临邑县近50年来日照时数变化特征

王 艳

（临邑县气象局，山东临邑 251500）

1 前言

日照是指太阳在一地实际照射的时数，也称实照时数。在一给定时间，日照时数定义为太阳直接辐照度达到或超过120W·m-2（W·m-2）的那段时间总和，以小时（h）为单位，取1位小数。可照时数（天文可照时数），是指在无任何遮蔽条件下，太阳中心从某地东方地平线到进入西方地平线，其光线照射到地面所经历的时间[1]，是表征气候变化的气象要素之一。气候变暖已经成为全球气候变化研究的重点内容。气候变化易导致大气物理和化学结构发生一系列的复杂变化，进而会对达到地面的太阳短波辐射产生重要影响。日照时数是表征气候变化的重要气候要素，也是能反映太阳短波辐射强弱变化的重要指标。因此日照时数的时空变化越来越多地被气候研究工作者所重视。

近些年来，有很多研究者对日照时数气候变化趋势进行了大量的研究，杨睿敏等[2]（2010）对汉中近50年日照时数的变化特征和影响因素进行了分析研究。结果表明，汉中近50年日照时数总体呈显著减少趋势。任国玉等[3]（2005）通过对1956～2002年间中国地区日照时数的变化研究，发现日照时数易受低云量和大气气溶胶增多的影响，总体上呈现了显著的下降趋势，并且这种变化有明显的区域性和季节性差异。杜军等[4]（2007）通过对西藏各地1971～2005年间日照时数的变化趋势进行分析得出，受水汽压增大影响，日照时数呈现了明显的减少趋势。霍华丽等[4]（2011）和郝智文等[5-6]（2009）的研究都指出，在近50年，宁夏自治区和山西省各地的日照时数均呈现显著的下降趋势，表现出了明显的空间和季节性差异。徐宗学等（2005）和买苗等[7-8]（2006）的研究也证明了在黄河流域，日照时数也表现了减少的趋势。不同于以上研究，刘卫平等（2008）、杨霞等（2011）和辛宏等[9-11]（2011）在对新疆地区日照时数的研究发现，该地区春夏两季日照时数明显增多，而秋季和冬季呈减少趋势，年日照时数呈现不明显的增多趋势。

深入研究日照时数的分布规律和变化趋势，不仅对认识地区气候背景状况和气候资源变化有重要作用，而且对利用清洁能源、合理农业布局生产、调整种植结构、旅游资源开发乃至社会经济的可持续发展等也具有重要意义。

本文对山东省临邑县1966～2015年的日照时数资料，采用线性倾向估计法分析了近50年临邑县日照时数的气候变化特征。临邑县隶属于山东省德州市，东与济南市商河县毗连，西与禹城市、平原县、陵县为邻，南隔陡骇河与齐河县相望，北以马颊河与乐陵市为界，西距德州50km，南距济南60km，北距北京300km、天津200m，东距滨州码头100km、青岛码头300km，地处环渤海经济圈、黄河三角洲和“京九”经济开发带。农业作为临邑县的支柱产业，生产总值约为70亿。日照时间作为影响农业生产的主要气候因子，对临邑县的社会经济发展，生态环境产生重要影响。因此对临邑县日照时数的详细研究是必要的。

2 资料和方法

2.1 观测资料

本文的研究领域如图1所示。临邑县位于东经116°41′46″至117°03′16″，北纬36°59′45″至37°31′34″，地处山东省西北部，东与济南市商河县毗连，西与禹城市、平原县、陵县为邻，南隔陡骇河与齐河县相望，北以马颊河与乐陵市为界。2012年，临邑县总面积1016km2。临邑县属暖温带半湿润季风气候，具有四季分明的特点。春季（3～5月），干早少雨，天气多变；夏季（6～8月）炎热多雨，湿度大；秋季（9～11月），秋高气爽；冬季（12～翌年2月），寒冷干燥。年平均气温12.6℃。1月平均气温-3.2℃，极端最低气温-24.0℃（1959年12月21日）；7月平均气温26.6℃，极端最高气温41.5℃（1968年6月11日）。

本文所选资料来源于临邑国家一般气象站（海拔18.5m），该站位于北纬37°12′，东经116°49′。所选数据为临邑县气象局1966～2015年逐月、逐年日照时数，按冬季（12月～次年2月）、春季（3～5月）、夏季（6～8月）、秋季（9～11月）划分四季。利用线性倾向估计法分析了近50年临邑县日照时数的年及季节变化规律。

图1 观测地点示意图

2.2 研究方法

2.2.1 气候倾斜率

气候要素的趋势变化一般采用一元线性回归模型描述，即：

式中，y为气候要素序列，x为时间序列（本文中为1961-2005年），b为线性趋势项，10b即为气候要素每10a的气候倾向率（符淙斌等，1992），用于定量分析气候要素变化的线性趋势。

2.2.2 累积距平分析

气候突变是存在于气候系统中的常见的重要现象，其均值可以较好地反应气候状况的变化，其变化常用累积距平来确定。累积距平是一种由曲线直观判断气候变化趋势的方法。对于气候要素序列，其某一时刻t的累积距平表示为：

将 n 个时刻的累积距平值全部算出，绘出累积距平曲线进行趋势分析。

3 日照时数变化趋势

3.1 年日照时数的变化

从图2年日照时数变化曲线及其线性趋势线可以看出，近50年来，临邑县日照时数呈现峰谷波动，但总趋势为显著下降趋势、日照时数最大值出现在1997年，为3026.6h；日照时数最小值出现在2006年，为1837.5h。根据近50年资料计算，年日照时数拟合方程倾向率为-58.3h/10a，并通过了0.001的显著性水平检验，说明临邑县年日照时数减少趋势明显。

根据临邑县1966～2015年日照时数变化也可以看出：1966～1997年日照时数明显偏高，在32年间有27年的日照时数不小于均值，历史最大值和次大值均在此段出现，分别为1997年和1968年，均高出历史平均值300.0h以上；只有5年（1973，1975，1976，1984，1985）在均值以下。1998～2015年日照时数明显偏低，在28年间，只有6年的日照时数不低于平均值，历史最小值和次小值均出现在此段时间内，分别为2006和2003年。

图2 临邑县年日照时数变化及其线性趋势（单位：h）

3.2 季日照时数的变化

图3给出了临邑县四季日照时数逐年变化情况，从春季日照时数变化情况（图3a）可见，春季日照时数变化倾向率为1.2h/10a，日照时数增加趋势显著，对比夏季、冬季，秋季，春季的日照时数是唯一呈增多趋势的。最大值出现在2001年（360.0h），最小值出现在1998年（185.4h）。从夏季日照时数变化（图3b）可见，日照时数减少趋势，夏季日照时数变化倾向率为-9.8h/10a。减少趋势很明显，说明夏季是影响年日照时数减少的主要时期。将逐年数据与多年平均值对比发现，1994年以前，日照时数减少不明显，1994年以后减少趋势很明显，从图中可以看出，夏季日照时数最大值出现在1997年（305.0h），最小值出现在2006年（148.8h）。从秋季日照时数变化（图3c）可见，日照时数呈减少趋势，秋季日照时数倾向率为-8.5h/10a。近50a来的最大值出现在1979年（244.0h），最小值出现在2015年（141.0h）。从冬季日照时数变化（图3d）可见，日照时数呈现减少趋势，冬季日照时数倾向率为-2.3h/10a。最大值出现在1999年（212.7h），最小值出现在2006年（131.1h）。近50年间，累计春季日照总时数为最大，达到了12045h，夏季次之，为11827h，秋季日照总时数仅仅大于冬季，秋冬两季分别为 10288h和8656h。夏季虽然受太阳照射时间较长，但由于临邑地区的气候特征影响，在夏季云量增多，水汽压增大，降水增多，致使日照时数受到影响，因此春季的日照时数要略高于夏季。

图3 临邑四季（a：春季；b：夏季；c：秋季；d：冬季）日照时数变化及线性趋势（单位：h）

3.3 月日照时数的变化

临邑县1～12月份日照时数的气候变化倾向率分别为-0.194、-0.214、0.473、0.259、-0.366、-1.076、-0.957、-0.920、-1.060、-0.727、-0.776、-0.270h/a，50年中各月日照时数除3月份、4月份外，其他均呈减少趋势，其中减少最多的是6月份，其次是9月份。

3.4 日照时数突变分析

图4 观测期间日照时数累积距平曲线

利用日照时数累积距平方法分析年日照时数的突变。由图4可见，观测期间日照时数呈现倒“V”型，临邑县日照时数在2000年左右发生突变。2000年以前，日照时数在1972年、1976年、1984年、1999年和2004年发生转折，临邑县日照时数的累积距平总体上呈现上升趋势，这说明以正距平为多，呈现正负距平交替的形式，年日照时数多高于均值。在2003年之后，日照时数的累积距平总体上呈现下滑趋势，这说明以负距平为主，日照时数多小于均值。因此可以将观测时期的日照时数分为两个阶段：1966年～2000年为日照时数偏多期，临邑县日照时数呈现增加趋势，2000年～2015年为日照时数偏少期，增加趋势终止，日照时数进入明显减少阶段。与董旭光等[12]（2013）人的研究结果相似，该研究中发现山东省年日照时数在1983年、1997年前后发生了突变，1983年增加趋势终止，1997年开始明显减少。

4 影响日照时数减少的原因

日照时数主要受太阳辐射、水汽等因素的影响，但随着工业化的快速发展，大气中的气溶胶颗粒物、氮氧化合物、碳氧化合物、碳氢化合物、光化学烟雾等空气污染物明显增多，这些污染物不仅影响水平视程、减小水平能见距离，且能吸收和散射太阳辐射，减少到达地面的太阳辐射[13-14]。

临邑县日照时数从2006年开始明显减少，这与其工业发展是分不开的，临邑县是以石油化工、新型建材、碳素制品、生物制药、机械装备、畜牧养殖、蔬菜加工等为重点的工农业生产体系。2005年，临邑县的三次产业比例由2000年的28：43：29演进成为11：57：32，二三产业增加值占GDP的比重提高到8.6%。工业的增加使大气中的气溶胶数量增多，空气污染严重。

5 小结

通过对德州临邑地区1966～2015年日照时数和总、低云量的变化特征分析，主要结论如下：

（1）近50年来，临邑县日照时数呈现峰谷波动，但总趋势为显著下降趋势，年日照时数拟合方程倾向率为-58.3h/10a，说明临邑县年日照时数减少趋势明显。1966～1997年日照时数明显偏高，在32年间有27年的日照时数不小于均值，历史最大值和次大值均在此段出现。1998～2015年日照时数明显偏低，在28年间，只有6年的日照时数不低于平均值，历史最小值和次小值均出现在此段时间内。

（2）在各季中，春季日照时数呈增加趋势，夏季日照时数减少最多，其次是秋季，冬季减少最缓；各月日照时数除3月份、4月份外，其他均呈减少趋势，其中减少最多的是6月份，其次是9月份。

（3）观测期间日照时数呈现倒“V”型，临邑县日照时数在2000年左右发生突变。将观测时期的日照时数分为两个阶段：1966年-2000年为日照时数偏多期，临邑县日照时数呈现增加趋势，2000年～2015年为日照时数偏少期，增加趋势终止，日照时数进入明显减少阶段。

（4）随着时间的变化，日照时数与总云量呈负相关关系，说明随着总云量的减少，日照时数增加；随着总云量的增加，日照时数减少；日照时数与低云量相关性不大，无明显相关关系。

（5）临邑县日照时数的急剧减少是从2006年以后，而临邑县的三次产业比例增加是从2005年以后，工业化的发展使大气中的气溶胶数量增多，不但影响了水平能见度，同样也影响了垂直能见度，从而造成了日照时数的减少。