1966～2015年山东省曹县日照变化特征分析

王秀丽，窦 坤，高学芹，丁媛媛，任崇勇

(1.山东省曹县气象局，山东曹县 274400；2.山东省菏泽市气象局，山东菏泽 274000；3.山东省寿光市气象局，山东寿光 262700)



1966～2015年山东省曹县日照变化特征分析

王秀丽1，窦 坤2，高学芹3，丁媛媛2，任崇勇1

(1.山东省曹县气象局，山东曹县 274400；2.山东省菏泽市气象局，山东菏泽 274000；3.山东省寿光市气象局，山东寿光 262700)

摘要利用曹县1966～2015年月日照时数观测资料，采用9点二次平滑、累计距平、线性倾向估计、曼-肯德尔检验等统计方法，分析了近50 a来曹县日照时数的变化特征及影响日照减少的可能气象因素。结果表明，近50 a曹县日照时数变化与山东省的变化趋势一致，减少趋势非常明显，日照时数减少幅度为156.59 h/10 a；夏季和秋季减少极明显，冬季、春季显著减少；5月份减少趋势最大。1982年是曹县日照减少突变的时间点，也是日照时数由正距平向负距平的转折点。

关键词日照时数；变化特征；气象因素；山东省曹县

日照是重要的气候因子，也是可供人类开发利用的一种重要的可再生能源，日照时间的长短对人类的日常生活有直接影响[1]，也是分析气候变化的重要因素。很多学者对当地日照变化特征进行了很详细的论述，并取得了一定的研究成果[2-4]，但目前尚未见有关山东省曹县日照时数变化特征的系统分析。笔者利用曹县1966～2015年月日照时数观测资料，采用9点二次平滑、累计距平、线性倾向估计、曼-肯德尔检验等统计方法，分析了近50 a来曹县日照时数的变化特征及影响日照减少的可能气象因素，以期为合理利用太阳能和指导农业生产提供科学依据。

1资料与方法

1.1资料选取选用1966～2015年曹县国家一般气象站日照时数资料进行统计分析，从年、季、月等方面对曹县近50 a日照时数变化特征进行分析，其中季节划分为春季(3～5月)、夏季(6～8月)、秋季(9～11月)、冬季(12月～次年2月)。多年平均值为1966～2015年平均值。

1.2分析方法

1.2.19点二次平滑。对时间序列作9点二次平滑，可以克服滑动平均消弱过多波幅，更能直观展示出日照时数变化趋势。

1.2.2线性倾向估计。用线性倾向估计分析气象要素随时间变化趋势及大小[5]。即以时间t作为自变量，以日照时数x为因变量，建立一元线性回归方程xi=a+bti(i=1，2，…，50)，其中，a为回归常数，b为回归系数，a、b用最小二乘法进行估计；b×10称为气候倾向率。当气候回归系数b为正数时，表示序列随时间变化日照时数呈增加趋势，反之表示日照时数呈减少趋势。相关系数r表示变量x与时间t之间线性相关的密切程度。|r|越接近于0，x与t之间的线性相关越小。|r|越大，x与t之间的线性相关越大，要判断变化趋势是否显著就要对气候倾向进行显著性检验，给定显著性水平α，若|r|≥rα，表示变化趋势显著，否则变化趋势不显著。

1.2.3累计距平。累计距平是由曲线直观判断变化趋势的方法，可以分析长期演变趋势及持续性变化。累计距平曲线呈上升趋势，表示距平值增加，呈下降趋势则表示距平值减小，还可以诊断出发生突变的大致时间。

2结果与分析

2.1日照时数变化特征

2.1.1年代际变化。近50 a曹县年平均日照时数为2 301.0 h。从图1可以看出，近50 a日照时数呈减少趋势，且减少趋势非常明显，减幅为156.59 h/10 a，通过了α=0.001的显著性检验，大于菏泽日照时数减少速率(121.66 h/10 a)[4]，约是全国日照时数减少速率(37.60 h/10 a)[3]的4倍。从近50 a年极值来看，曹县年日照时数最多出现在1967年，为2 816.9 h;年日照时数最少出现在2003年，为1 830.6 h;两者相差986.3 h。按年代际分析，1966～1970年比50 a平均值偏多449.3 h，1971～1980年偏多213.5 h，1981～1990年偏多11.8 h，1991～2000年偏少170.3 h，2001～2010年偏少248.7 h，2011～2015年偏少228.8 h，1966～1983年均超过50 a平均值，1984～2015年除1986～1988年外均低于50 a平均值。

图1　1966～2015年曹县日照时数年变化Fig.1　The annual variation of sunshine hours in Caoxian County during 1966-2015

2.1.2季变化。近50 a来曹县日照时数一年四季变化趋势均减少。春季日照时数占全年日照时数的28.3%，春季日照时数平均值为652.4 h，变化趋势为-20.43 h/10 a，最大值出现在1967年，为654.5 h，最小值出现在2001年，为267.2 h；夏季日照时数占全年日照时数的28.3%，夏季日照时数平均值为650.4 h，变化趋势为-61.09 h/10 a，最大值出现在1969年，为881.5 h，最小值出现在2007年，为422.8 h；秋季日照时数占全年日照时数的23.7%，秋季日照时数平均值为544.3 h，变化趋势为-43.76 h/10 a，最大值出现在1966年，为719.2 h，最小值出现在2011年，为337.7 h；冬季日照时数占全年日照时数的19.7%，冬季日照时数平均值为454.2 h，变化趋势为-31.31 h/10a，最大值出现在1967年，为654.5 h，最小值出现在2001年，为267.2 h。春季是全年日照时数最多的季节，全年中日照时数最少的季节为冬季。从显著性检验看，春、夏、秋、冬四季均通过α=0.01的显著性检验，说明4个季节日照时数的减少趋势均极为显著。

2.1.3月变化。从表1可以看出，50 a来曹县月平均日照时数最大值出现在5月，为241.9 h，其次是6月的233.3 h；2月份日照时数最少，为148.8 h，1月次之，为152.0 h。1～12月气候倾向率变化范围为-21.14 ～-5.06 h/10 a，一年中各月份均呈减少趋势，其中8月份减少趋势最明显，气候倾向率为-21.14 h/10 a，其次为7月份(-19.99 h/10 a)，各月均通过一定的显著性检验，减少趋势非常明显。

2.2年日照时数的突变检验采用累计距平对1966～2015年曹县日照时数进行分析，结果发现，1966～1982年曹县日照时数处于偏多阶段，年日照时数以正距平为主；1983～2015年累计距平呈下降趋势，即1982年之后曹县日照时数处于偏少阶段，年日照时数以负距平为主。给定α=0.05(Uα= ±1.96)的显著性标准，用M-K检验法分析近50 a曹县年日照时数序列(图2)可见，UF和UB 2条曲线的交点在1982年，但交点处均已突破临界值。计算信噪比值发现，1982年信噪比值最大，为1.56，由此可以诊断曹县日照时数发生突变的大致时间是1982年前后。发生突变前后2段的均值相差458.0 h。

表11966～2015年曹县各月日照时数及其气候倾向率

Table 1The monthly sunshine hours and climate tendency rate in Caoxian County during 1966-2015

月份Month日照时数Sunshinehours∥h平均值Mean最大值Maximumvalue最小值Minimumvalue气候倾向率Climatetendencyrate∥h/10a1152.0231.477.3-11.192148.8251.685.6-9.453192.2262.9124.7-5.064218.3278.6157.2-5.535241.9310.2150.9-9.846233.3320.0155.9-19.907207.4303.494.8-19.998209.7316.6113.6-21.149186.9261.997.7-16.8010192.5291.5104.3-14.3311164.9251.849.8-12.5812153.5269.155.2-10.67

注：2条虚线表示显著水平α=0.05的临界值(U=±1.96)。Note：Two dotted lines stand for critical value of significant level α=0.05.图2　1966～2015年曹县日照时数M-K突变检验Fig.2　M-K mutation test of sunshine hours in Caoxian County during 1966-2015

2.3影响日照时数的气象要素影响日照时数的气象因素很多，主要有探测环境、云量、降水日数、视程障碍现象等。分析曹县近50 a气候资料，曹县降水日数也呈逐年增加的变化趋势，降水日数的增多使得日照时数减少。随着工业的不断发展以及受生态环境破坏的影响，空气中的气溶胶增加，从而增强了大气对太阳光的反射和吸收，使太阳辐射减小、日照时数下降，因此大气污染是直接或间接影响日照时数减少的主要原因。

3结论

(1)近50 a来，曹县日照时数呈极显著减少趋势，其变化倾向率为-156.59 h/10 a，通过了α=0.001的显著性检验;四季日照时数均呈减少趋势，夏季减少趋势最显著。

(2)运用M-K法对近50 a来曹县年日照时数进行突变分析，发现从20世纪60年代以来年日照时数呈减少趋势，在1982年发生了突变，之后日照时数逐渐减少。

参考文献

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[2] 张璇.近50年山东省日照时数变化特征分析[J].安徽农业科学，2011，39(3)：1534-1536.

[3] 任国玉，郭军，徐铭志，等.近50年中国地面气候变化基本特征[J].气象学报，2005，63(6)：942-952.

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[5] 魏凤英.现代气候诊断与预测技术[M].北京：气象出版社，2007：37，63-64.

[6] 杜军，李春，廖健，等.近45年拉萨浅层地温对气候变化的响应[J].气象，2007，33(10)：61-67.

Analysis on Sunshine Variation Characteristics of Caoxian County in Shandong Province during 1966-2015

WANG Xiu-li1, DOU Kun2, GAO Xue-qin3et a

(1. Caoxian Meteorological Bureau, Caoxian, Shandong 274400; 2. Heze Meteorological Bureau, Heze, Shandong 274000; 3. Shouguang Meteorological Bureau, Shouguang, Shandong 262700)

AbstractBy using monthly sunshine hours data in Caoxian County during 1966-2015, adopting statistical methods such as 9 secondary smooth, cumulative anomaly, linear tendency estimation, Mann Kendall test, the variation characteristics of sunshine hours in Caoxian in recent 50 years and possible meteorological factors affecting sunshine reduction were analyzed. The results showed that the change of sunshine duration in Caoxian in recent 50 years was the same as that in Shandong Province, the decline tendency was obvious as 156.59 h/10 a; the reduction was extremely significant in summer and autumn, and was significant in winter and spring; the reduction tendency was maximum in May. The year of 1982 was the time point of reduction mutation of sunshine hours in Caoxian, and it was also the turning point from positive anomaly to negative anomaly.

Key wordsSunshine hours; Variation characteristics; Meteorological factors; Caoxian County in Shandong Province

作者简介王秀丽(1978- )，女，山东安丘人，工程师，从事综合业务观测工作。

收稿日期2016-03-08

中图分类号S 161.1

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)10-212-02