金华市气温和日照时数气候态变化特征

楼俊伟，李正泉，章永辉，范瑜越，高昕瑜

（1.浙江省气候中心，杭州 310017；2.武义县气象局，浙江 武义 321200；3.柯桥区气象局，浙江 绍兴 312030；4.金华市气象局，浙江 金华 321000）

气候变化问题日益突出，使得越来越多的学者对其进行研究［1-4］。随着研究的深入，学者发现中国气温、日照时数等气象要素的基本特征在20 世纪70 年代末至80 年代初存在明显突变［5-8］。20 世纪90 年代后，中国年平均气温增暖加速［9］，日照时数的减小趋势却有所放缓［10］。选择不同研究时段所产生的差异将会导致1971—2000 年、1981—2010 年和1990—2019 年这3 个气候态下的气候平均值不同，对气候分析和评价产生影响［11］。因此，赵宗慈等［12］指出应注意不同标准气候态对应的数值不同。中国气象局自2012 年起将日常气候业务中原来的1971—2000 年气候平均值变更为现在的1981—2010 年［13］。

以上研究大多对气温或日照时数进行气候变化特征分析，而关于不同气候态下二者变化特征的研究较少。金华市位于浙江中部，是浙江第四大都市区。研究气温和日照时数等影响宜居的要素对于中国十佳宜居城市之一的金华市具有重要意义。梁亮等［14］分析了金华市气温、日照时数等气象因子与不同下垫面温度存在的关系，指出两者与下垫面温度相关性显著。项素清等［15］对两类厄尔尼诺事件次年的高温日数、日照时数进行研究，发现第1 类影响年金华市日照时数比常年偏少，出现高温天数少，且不严重，第2 类影响年正好相反。张育慧等［16］研究金华市逐日平均气温和日照时数等气象因子对晚稻产量的影响，得到晚稻相对产量与7 月中旬和8 月中旬的平均气温呈负相关，与9 月上旬日照时数呈正相关的结论。可以看出，关于金华市气温和日照时数变化特征以及气候态转变研究较少，有必要利用最新数据，从气候态角度出发，探讨金华市平均气温和日照时数等农业气候资源的时空演变特征。研究采用1968—2019 年逐年的平均气温和日照时数资料，对金华市气温和日照时数气候态变化特征进行分析，有助于了解当地农业气候资源的气候态差异，以期为金华市的城市发展、气候评价和科研工作提供依据。

1 资料与方法

所用气象资料是金华市气象台提供的，包含金华市8 个台站（金华、兰溪、浦江、义乌、东阳、磐安、永康和武义，见图1）逐年平均气温和日照时数数据，由于磐安建站时间较晚，将其舍去，与此同时，考虑到数据的连续性、统一性和时间一致性，将时间范围选取为1968—2019 年。此外，高程资料来自浙江师范大学，数据经过严格的质量控制。金华市高程呈南北高、中部低的特点，海拔高度介于19～1 527 m。

首先，通过线性回归法，对比分析不同气候态下平均气温及其距平、日照时数及其距平百分率的变化趋势；其次，利用小波分析和M-K 突变检验法，研究不同气候态下平均气温和日照时数的周期和突变特征；最后，基于ArcGIS 软件来分析不同气候态下平均气温和日照时数的空间分布规律。

2 结果与分析

2.1 不同气候态下气温和日照时数的变化

2.1.1 不同气候态下气温和日照时数的年际变化分别给出金华市气温和日照时数气候态的年际变化（图2）。由图2a 可见，不同气候态下的逐年平均气温均呈显著的增温趋势。其中，气候标准态下平均气温的增温速度为0.04 ℃/年，1971—2000 年气候态下的平均气温增温幅度比气候标准态偏低0.01 ℃/年；1981—2010 年气候态下的平均气温较气候标准态偏高0.02 ℃/年；1990—2019 年气候态下的则与之持平。

图2 不同气候态下金华地区气温（a）和日照时数（b）的年际变化

由图2b 可知，不同气候态下金华市逐年日照时数的变化趋势是相似的。其中，1968—2019 年的日照时数以8.0 h/年的速度显著减少，1971—2000 年的日照 时 数 较 其偏 高4.2 h/年；1981—2010 年 和1990—2019 年的则分别偏低4.2 和2.9 h/年。

2.1.2 不同气候态下气温距平和日照时数距平百分率的年际变化 分析金华市平均气温距平和日照时数距平百分率（图3），在不同气候态下平均气温距平均呈增暖趋势，1971—2000 年气候态下的逐年气温距平比气候标准态下的偏高0.4 ℃；1981—2010年气候态下的逐年气温距平与气候标准态下的持平；1990—2019 年气候态下的则偏低0.4 ℃（图3a）。由此可见，随着气候态转变，30 年气温平均值随之增加，从而使得气温距平减小，气候变暖趋势减弱。此外，气候标准态和1981—2010 年气候态下气温距平1997 年起表现为明显增暖趋势；1971—2000 年气候态下气温距平在1994 年由负距平转为正距平，较气候标准态偏早3 年；1990—2019 年气候态下气温距平在2002年转为增暖趋势，较气候标准态偏晚5 年。

图3 不同气候态下金华市气温距平（a）和日照时数距平百分率（b）的年际变化

不同气候态下，金华市逐年日照时数的距平百分率都呈减小趋势，其中，1971—2000 年所代表的气候态比气候标准态偏少1.9% ～3.3%；1981—2010年和1990—2019 年所代表的气候态比气候标准态分别偏多1.5% ～2.6%和4.0% ～6.8%。由此可知，随着气候态更替，30 年日照时数平均值随之减少，从而使得日照时数的距平百分率减小，日照时数减少程度减弱。此外，1968—2019 年、1971—2000 年、1981—2010 年和1990—2019 年4 种不同气候态下的日照时数距平百分率由正转负时间分别是1989年、1989 年、1997 年和2010 年。

2.1.3 不同气候态下气温和日照时数的周期变化从不同气候态下金华市逐年平均气温的小波分析（图4）可知，气候标准态下平均气温有3 ～4 年为主的波动周期，对应时段为1990—2000 年，且该周期特征通过了95%的显著性检验；1971—2000 年气候态下平均气温存在平均周期为4 年的波动，较气候标准态偏长1 年左右，对应2 个时段，均偏早，分别为1977—1981 年和1986—1994 年，通过95%的显著性检验；1981—2010 年气候态下平均气温的波动周期特征与气候标准态下的一致，对应时段较气候标准态有所扩大，通过95% 的显著性检验；1990—2019 年气候态下的平均气温以2～5 年的周期波动，但通过95%显著性检验的仅3～5 年，对应时段为1995—2004 年，较气候标准态的偏晚。

图4 不同气候态下金华市平均气温的小波功率谱及全谱

分析不同气候态下金华市日照时数的小波变换（图5），气候标准态下逐年日照时数波动周期分别为2 ～3、3 ～6 和7 ～8 年，对应时段分别为1972—1982 年、2003—2015 年和1979—1987 年，且前面2个周期通过95%显著性检验；1971—2000 年气候态下的日照时数分别以2 ～3 和6 ～8 年的周期波动，短周期对应时段为1974—1979 年和1981—1986 年，长周期对应时段为1979—1988 年，且均通过95%显著性检验；1981—2010 年气候态下主要波动周期分别为2、4、2 ～6 和8 年，对应时段分别为1983—1991年、1986—1994 年、1996—2003 年和1991—1998 年，均通过95%显著性检验；1990—2019 年气候态下日照时数主要以2 ～3 和3 ～6 年的周期波动，对应时段分别为1998—2003 年和1999—2014 年，均通过95%显著性检验。

图5 不同气候态下金华市日照时数的小波功率谱及全谱

2.1.4 不同气候态下M-K 突变检验 图6 分别为不同气候态下金华市平均气温和日照时数的M-K 突变检验，由图6a 至图6d 可知，气候标准态下的平均气温主要呈明显的增温趋势，其突变发生在1996年，此后呈更为显著的增温趋势；1971—2000 年气候态下平均气温在1972—1989 年主要呈显著的降温趋势，1990—2000 年则呈显著的增温趋势，突变年较气候标准态下的偏早2 年；1981—2010 年气候态下平均气温呈明显增温趋势，突变年较气候标准态下的也偏早2 年，但由于突变点在信度线外，故无明显突变；1990—2019 年气候态下平均气温明显增暖时间段为1997—2019 年，发生突变的时间比气候标准态下的分别偏晚2 和4 年。

由图6e 至图6h 可见，1968—2019 年金华市日照时数呈显著的减小趋势，突变发生在1989 年，之后日照时数以更为显著的趋势减小；1971—2000 年的日照时数也呈显著的减小趋势，突变年比1968—2019 年偏早1 年；1981—2010 年的日照时数主要在1997—2010 年呈明显的减小趋势，发生突变的时间较1968—2019 年偏迟6 年；1990—2019 年的日照时数呈明显减小趋势的时间段为1998—2019 年，突变年分别为2000 年、2006 年、2010 年和2017 年。

图6 不同气候态下金华市平均气温（a～d）和日照时数（e～h）的M-K 突变检验

2.2 不同气候态下气温和日照时数的空间变化

由不同气候态下平均气温的空间分布（图7）可见，4 种不同气候态下的平均气温均呈南北低、中部高的空间格局。其中，气候标准态下金华市平均气温的暖区在永康，达18.0 ℃，冷区则在浦江，为16.9 ℃（图7a）；1971—2000 年气候态下平均气温的暖区则在兰溪，且强度较气候标准态偏低0.3 ℃，冷区仍在浦江，强度比气候标准态下的偏强0.3 ℃（图7b）；1981—2010 年气候态下的平均气温，其暖区和冷区的所在地及强度均与气候标准态的相同（图7c）；1990—2019 年气候态下平均气温的暖区和冷区分别仍在永康和浦江，但强度较气候标准态下分别偏强0.5 ℃和偏弱0.3 ℃（图7d）。结合图1 可知，金华市地势南北高、中部低，与各气候态下平均气温空间分布特征正好相反。一般来说，海拔越高，近地层大气的辐射降温就强烈，从而使得平均气温偏低。

图7 不同气候态下金华市气温的空间变化

对于不同气候态下日照时数来说（图8），其空间分布特征相似，表现为西部南部少、中部北部多。其中，气候标准态下日照时数的高值区为金华市本级，达1 855.7 h，低值区在兰溪，仅1 701.9 h（图8a）；1971—2000 年气候态下日照时数的高值区则在义乌，且比气候标准态下的偏多54.7 h，低值区仍为兰溪，且较气候标准态下的偏多61.1 h（图8b）；1981—2010 年气候态下日照时数高值区和低值区分别比气候标准态下的偏少32.9 和61.3 h（图8c）；1990—2019 年气候态下日照时数的高值区和低值区均与气候标准态下的一致，但强度分别偏少85.7 和111.4 h（图8d）。此外，结合高程数据可知，金华市7个台站海拔高度由高到低依次是浦江、武义、永康、义乌、东阳、金华和兰溪，一般海拔高度越高接收到的太阳辐射就越强，但可能由于城市化的发展，其造成的大气污染使日照时数减小［17］，因此不同气候态下日照时数西部南部少、中部北部多的空间格局或许与海拔高度以及城市化有关。

图8 不同气候态下金华市日照时数的空间变化

3 小结与讨论

不同气候态下金华市平均气温均呈显著的增加趋势，日照时数则与之相反。其中，气候标准态下平均气温的增温和日照时数的减少速度分别为0.04 ℃/年和8.0 h/年，1971—2000 年、1981—2010 年和1990—2019 年这3 种不同气候态下的平均气温比气候标准态下分别偏低0.01 ℃/年、偏高0.02 ℃/年和持平；日照时数则分别偏高4.2 h/年、偏低4.2 h/年和偏低2.9 h/年。

在不同气候态下，金华市平均气温距平均呈增大趋势，日照时数距平百分率则与之相反，但二者距平的转变时间均集中在20 世纪90 年代至21 世纪00年代。其中，3 种不同气候态下逐年气温距平先后较气候标准态下的偏高0.4 ℃、持平和偏低0.4 ℃；日照时数距平百分率则分别偏少1.9% ～3.3%、偏多1.5% ～2.6%和偏多4.0% ～6.8%。当气候标准态发生转变时，相应气候评价会产生差异，若选取1971—2000 年或后续2 个气候态作为标准态，金华市气温增温和日照时数减少幅度就随之增强或减弱。

金华市平均气温的周期变化在不同气候态下均较为一致，主要是3 ～4 年为主的周期变化，日照时数则有所差异，气候标准态和1990—2019 年气候态下波动周期分别为2 ～3、3 ～6 年，1971—2000 年气候态下分别为2 ～3 和6 ～8 年；1981—2010 年气候态下的分别为2、4、2 ～6 和8 年。

气候标准态下平均气温的突变年是1996 年，1971—2000 年和1981—2010 年气候态下平均气温的突变年均较之偏早2 年，1990—2019 年气候态则分别偏晚2 和4 年；日照时数的突变年在不同气候态下差异较大，但都发生在20 世纪90 年代至21 世纪10 年代。

不同气候态下平均气温的空间分布特征表现为南北低、中部高，日照时数则表现为西部南部少、中部北部多。

不同气候态下金华市平均气温和日照时数均分别呈增温和减少的趋势，与杭州市相比［18］，平均气温的增温速度先后偏高0.01 ℃/年、相等、偏高0.03 ℃/年和偏高0.01 ℃/年，与长三角地区的变化趋势一致［19］。气候态的突变集中在20 世纪90 年代至21 世纪10 年代，这段时期也是金华市城市化快速发展时期，多位学者研究指出城市化对增暖有贡献率［20-23］，其造成的大气污染是中国东部日照时数下降的主要原因［17］。可进一步分析金华市城市化对气温和日照时数的影响，还可选取不同气候态作为标准态对气候分析评价产生的影响。