富裕县近50 a日照时数变化特征分析

孙淑荣，邱海芝，商宝荣

（1.富裕县气象局，黑龙江 富裕161000；2.依安县气象局，黑龙江 依安161500）

1 引言

日照时数是指太阳在一地实际照射地面的时数，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120 W·m-2的时间总和，以小时（h）为单位[1]，表征了日照时间的长短。纬度、季节、地势和气候都是影响日照时数的因素，日照时数作为光能资源不仅直接影响地表辐射能量的平衡，进而影响其他气象要素和地表通量的空间分布，还影响动植物的生长发育，造成植物的光周期现象。东北地区是中国重要的粮食产区，日照时数作为影响粮食生产的一个重要指标，是对农业生产起决定性作用的气象要素，对日照时数的研究尤为重要[2-3]。富裕县地处松嫩平原西北部，地形平缓，属中温带大陆性季风气候，冬寒夏暖，雨热同季，四季变化明显。据黑龙江省气候中心计算统计，黑龙江省中西部年太阳总辐射达到4800 MJ/m2，西部地区气候晴天日数较多，日照时数长，拥有较丰富的太阳能资源待开发[4-5]。分析富裕县日照时数变化规律，为今后富裕县太阳能资源的开发利用提供基础数据库，对农作物区划和百姓生活环境指数提高都有重要的意义。

2 资料与研究方法

选取富裕县（124°28′E,47°47′N）1969-2018年近50 a日照资料，观测仪器采用暗筒式日照计（又称乔唐式日照计）。依照气象学的季节分类方法，将季节划分为春季（3-5月）、夏季（6-8月）、秋季（9-11月）、冬季（12-次年2月），使用Excel 2007软件对年、季、月和逐日日照时数进行气候学统计分析。

采用线性倾向估计法与累计距平法分析富裕县日照时数变化特征。

3 日照时数统计分析

3.1 日照时数年际变化

由图1可知，1969-2018年，富裕县年日照时数在2062.3-2949.5 h区间变化，呈现出明显的波动性。50 a平均日照时数为2620.7 h，年最多日照时数出现在2011年，为2949.5 h,最少出现在2003年，为2062.3 h，差值幅度为887.2 h，占日照平均值的34%。分析线性变化趋势可见，富裕县近50 a来日照时数呈现波动减少趋势，气候倾向率为-58.9 h/10 a，即平均每10 a减少58.9 h，减少率较大。年日照时数与年度的时间序列相关系数是0.48，通过信度0.01的显著性检验。

图1 1969-2018年富裕县年日照时数变化

分析年代序列日照值的变化情况，20世纪70年代至21世纪00年代日照平均值呈减少趋势，21世纪10年代转为上升趋势，20世纪80-90年代际间平均日照差值最大，为120 h，20世纪90年代-21世纪10年代际间差值较小，差值范围20-25 h。1969-1989年是日照时数偏多时期，年代平均值高于常年平均值，20 a间仅有3 a日照时数低于历年平均值。其中1969-1979年平均日照时数最多（2773.3 h）,1980-1989年次之（2673.5 h）；1990年以后日照时数明显减少，年代平均值均低于常年平均值，其中1990-2000年平均日照时数最少（2509.2 h），达到年代际间最低值，1990-2003年14 a间仅有1 a日照时数高于常年平均值；2000年以后日照年际变化幅度较大，峰值波动明显，特别是在2003-2004年、2005-2006年间，日照时数年增幅较大，增值分别为716.9 h和345.4 h，其次2004-2005年和2011-2012年，年日照直线减少，减少值分别445.1 h和307.7 h。

分析累积距平变化曲线，由图2可知，富裕县1969-2018年日照时数累积距平呈现相对缓慢的波动，1989年之前累计距平曲线呈上升趋势，为日照时数偏多时期，其中1972年和1984年表现为弱的下降状态；1989年达到高值之后，1990-2018年大体呈现出减少趋势，为日照时数偏少时期。其中在2000年以后距平曲线变化明显，2000-2004年明显下降，2005-2012年日照时数逐年增加，2013-2018年稳定下降。对峰值年份1989年进行气候突变检验，统计1989年前后两阶段日照平均值和标准差，使用累计距平信噪比S/N=|X1-X2|/（S1+S2）做检验，当S/N＞1.0时，定义为突变，计算1989年前后累计距平信噪比值为0.58，表明在1968-2018年间不存在日照序列气候突变。

图2 1969-2018年富裕县日照时数累积距平变化

3.2 日照时数季变化特征

由图3-图6可知，近50 a来富裕县春、夏、秋、冬四季的日照时数均呈现下降趋势，线性趋势方程显示各季气候倾向率分别为：-16.9/10 a、-24.6/10 a、-10.3/10 a、-7.1/10 a，其中夏季日照时数减少率最明显，其次为春季、秋季，冬季日照时数减少率最缓慢。

图3 1969-2018年富裕县春季日照时数变化图

图6 1969-2018年富裕县冬季日照时数变化图

春季平均日照时数为748.1 h，是四季中日照时数最多的季节，通过信度0.01显著性检验，表明下降趋势极显著，仅次于夏季变化速率。50 a间春季3个较高峰值出现在1970年、1985年和2009年，分别为856.9 h、892.3 h和852.0 h；较突出的1个低峰值在2003年，为570.8 h。春季日照从1970年至2008年总体呈下降趋势，2008-2009年日照时数年际变化幅度最大，增加232.1 h。

夏季平均日照时数为718.5 h，降趋势极显著（p＜0.01）。夏季日照在1992年以前年际间波动缓慢，1993年以后日照起伏较大。2个较高峰值出现在1971年和2004年，分别为896.3 h和883.8 h，较突出的1个低峰值出现在2003年，为393.2 h。

图4 1969-2018年富裕县夏季日照时数变化图

秋季平均日照时数为613.8 h。秋季日照气候倾向率-10.3 h/10 a，未通过0.01显著性检验，表明秋季日照的变化趋势在统计上不显著。2个突出的较低峰值在1972年和2016年，高值不明显；1971-1973年日照下降上升波动明显，特别是1972-1973年，年变化增幅最大，为254.9 h；2011年以后秋季日照均小于多年平均值。

图5 1969-2018年富裕县秋季日照时数变化图

冬季平均日照时数为540.3 h，通过信度为0.05的显著性检验，即冬季的减少趋势在统计上显著。冬季日照递减相对较平稳，2个较高峰值出现在2011和2012年，年际变化值较明显的时段在2010-2013年，年际最大差值为116.1 h。

由四季气候倾向率可知，夏季和春季对年日照时数减少趋势贡献明显，占71%。影响富裕本地日照时数变化的主要原因有天气状况、大气污染等，据有关分析，总低云量、水汽压、相对湿度、降水日数分别和日照时数之间存在不同的相关性，春夏两季气候的波动特点不可忽视，在此不做分析讨论。

3.3 日照时数月、日变化特征

统计各月日照时数可知（表1），近50 a年月平均日照时数最多是5月，3月与5月基本持平，其次为6月和8月，12月日照时数最少，极多月与极少月相差101.4 h。平均日照时数＞240 h有4个月，＞200 h有9个月，其中3月、5月和6月的日平均日照时数均高于8 h。各月平均日照时数气候倾向率均呈下降趋势，其中6月下降趋势最明显，其次是5月份，而且均通过信度0.01显著性检验，8月、11月和12月通过信度0.05显著性检验。统计历年逐日平均日照时数，日照时数高于8 h的日数有98 d，多分布在5-6月和8月，符合光周期8-10 h的短日照植物的生长需求。

表1 1969-2018年富裕县各月平均日照时数与倾向率变化

4 结论

近50 a来，富裕县年日照时数变化呈减少趋势，年、季、月气候倾向率都为负值，同一性较强。

年平均日照时数为2620.7 h，年日照时数最多出现在2011年（2949.5 h），最少出现在2003年（2062.3 h），气候倾向率为-58.9 h/10 a。年代际数据变化特征为20世纪70年代平均日照时数最多，属于日照高值区，21世纪前10年最少，处在日照低值区。2004年以后的近15年，年际间日照变化幅度较大。

季平均日照均呈下降趋势。夏季日照时数减少最为显著，其次为春季、秋季，冬季日照时数下降最缓慢。

逐月平均日照时数中5月份最多，3月和5月基本持平，12月份最少，2003年后各月日照时数在年际间起伏较大。

分析50 a累计距平变化，富裕县日照时数经历从增多到减少的变化，变化趋势转折大致出现在20世纪80年代后期，由前期的偏多进入偏少时期，2000年以后距平曲线变化明显。