近59年邯鄲市日照時數變化特征分析

楊玲珠　張燕寧　劉建偉

摘要 根據邯鄲市氣象觀測站1955～2013年逐年、逐月的日照時數資料，采用線性傾向估計方法，分析了邯鄲市日照時數的年、季變化趨勢，并運用Mann-Kendall非參數檢驗方法對其進行了突變檢驗。結果表明，近59年邯鄲市年日照時數總體呈減少趨勢，其氣候變化率為-103.68 h/10a；日照時數年際變化幅度較大，峰值點1965年與谷值點1996年相差可達1 096.6 h；日照時數存在明顯的季節差異，夏季變化趨勢最明顯，其次是冬季、秋季，而春季變化趨勢不顯著；近59年來5月平均日照時數最多，12月最少，各月日照時數減少最明顯的是7月，3、4月變化不顯著；年日照時數在1982年發生了明顯的突變，從氣候多日照時段轉為少日照時段，秋季突變時間點與年突變相同。

關鍵詞 日照時數；變化特征；線性傾向估計方法；Mann-Kendall突變檢驗

中圖分類號 S161.1 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）11-203-04

日照是重要的氣候因子，也是供人類開發利用的可再生能源，更是農作物生長發育不可缺少的條件[1]。日照時數指的是太陽在一地實際照射地面的時數（地面觀測地點受到太陽直接輻射輻照度≥120 Win的累計時間），以小時為單位[2]。

近些年來許多專家、學者對日照時數的變化進行了研究[3-8]，如趙東等通過分析1961～2007年我國日照時數的變化指出，近47年來我國日照時數總體呈下降趨勢，且具有明顯的季節和局地差異， 夏季下降最明顯，華北平原降幅最大，大氣透明度下降和平均風速減小是造成華北平原日照減少的主要原因[8-9]；陳碧輝等分別對當地的日照變化特征和成因做了較為詳細的論述，并得出較為一致的結論，即各地日照時數均呈減少的趨勢[10-12]。

在全球氣候變化大背景下，邯鄲市日照時數也發生了相應的變化。筆者在此對邯鄲市近59年日照時數變化趨勢進行了分析，并采用突變理論對日照時數進行了檢驗分析，找出了日照時數的變化特征和規律，為農業生產、環境污染治理等提供科學依據。

1 資料與方法

1.1 資料來源

選取的是邯鄲市氣象觀測站1955～2013年逐年、逐月日照時數資料，由邯鄲市氣象信息中心提供。

1.2 研究方法

1.2.1 線性傾向估計方法。對樣本數量為59的日照時數變量，構造其對應的時間序列，采用y=a+bx的線性傾向估計方法[13]，求出回歸系數b和相關系數r，來分析日照時數的變化趨勢。回歸系數b通常稱為傾向值，日照時數是呈上升趨勢還是下降趨勢取決于b的符號，正代表上升，負代表下降，b值的大小反映了上升或下降的速率，即表示上升或下降的傾向程度。對相關系數進行顯著性檢驗，可以判斷變化趨勢的程度是否顯著。

1.2.2 Mann-Kendall方法。對日照時數的突變檢驗采用的是Mann-Kendall方法，這是一種非參數統計檢驗方法[13]，目前比較常用[14-16] ，其優點在于不僅計算簡便，且可以明確突變開始時間，并指出突變區域。Mann-Kendall方法通過計算可以得出UF和UB值，若UF或UB的值大于0，則表明序列呈上升趨勢，小于0則表明呈下降趨勢。當超過臨界值時（一般給定顯著性水平α=0.05，臨界值μ0.05=±1.96），表明上升或下降的趨勢顯著。超過臨界線的范圍確定為出現突變的時間區域，如果UF和UB 2條曲線出現交點，且交點在臨界線之間，那么交點對應的時間便是突變開始的時間。

2 結果與分析

2.1 日照時數的趨勢變化特征分析

2.1.1 年代際變化。

邯鄲市日照時數多年平均值為2 398.4 h。除了1964年為負距平外，20世紀50、60、70年代均為正距平，日照時數較多；從80年代中期開始，日照時數呈現明顯下降趨勢，多為負距平。從日照時數的年際變化振幅（年日照時數最大值和最小值之差）來看，20世紀60、90年代日照時數變化振幅較大，分別是508.7、728.3 h，而70年代、80年代、2001～2010年變化幅度略小，均在500.0 h以下。

2.1.2 年際變化。自邯鄲建站以來，1965年日照時數最多，全年為2 913.0 h；1996年最少，為1 816.4 h；日照時數年際變化幅度較大，峰值點1965年與谷值點1996年的全年日照時數相差可達1 096.6 h。

采用線性傾向估計法進行分析（圖1），發現

1955～2013年邯鄲市日照時數呈減少趨勢，變化趨勢為-10.368 h/a（表1），

近59年內大約減少了612 h。年日照時數序列的相關系數r為-0.732 8，對年日照時數變化趨勢進行顯著性t檢驗發現，取顯著性水平α=0.05時，t0遠大于tα，說明年日照時數減少趨勢是顯著的。

2.1.3季變化。邯鄲市日照時數在季節上存在差異，從圖2可以看出，1955～2013年邯鄲市各季節日照時數變化趨勢與年日照時數變化趨勢相同，均呈減少趨勢，但各季節變化情況不盡相同，春季、夏季、秋季、冬季氣候傾向率分別為-9.402、-35.811、-27.038、-31.429 h/10a，夏季日照時數減少趨勢最明顯，冬季、秋季次之，春季變化趨勢則不太明顯。對邯鄲市各季節日照時數的變化趨勢進行顯著性檢驗（表1），發現夏、秋、冬三季變化趨勢均通過了α=0.01的顯著性檢驗，說明日照時數的減少趨勢非常明顯，只有春季日照時數的變化趨勢沒有通過α=0.01甚至是α=0.05的檢驗，說明春季的減少趨勢在統計上是不顯著的。

從變化振幅來看，變化最大的是夏季，日照時數最多年和最少年相差415.1 h，秋季次之，春季變化振幅最小，最多年和最少年相差335.3 h。

2.1.4月變化。從近59年邯鄲市月平均日照時數來看（圖3），1、2月日照時數比較少，3、4月迅速增加，至5月到達峰值（262.9 h）。5月份多晴朗天氣，云量較少，因此日照偏多。之后進入夏季，陰雨天氣增多，日照時數開始逐步減少，至12月降至谷值（154.5 h）。

從邯鄲市各月日照時數的線性趨勢變化率及顯著性檢驗情況（表2）可以看出，邯鄲市4月日照時數變化趨勢不明顯，傾向值b為正值，其余各月傾向值均為負值，呈減少趨勢，近59年月日照時數減少最多的是7月，其次是6月，減少最少的是3月；顯著性檢驗發現1、2、5、6、7、8、9、10、12月變化趨勢通過顯著性水平α=0.01的檢驗，11月變化趨勢通過了顯著性水平α=0.05的檢驗，3、4月沒有通過顯著性檢驗。

2.2 日照時數的突變分析

2.2.1 年突變。利用Mann-Kendall法對1955～2013年邯鄲市年日照時數序列進行突變分析，

由UF曲線（圖4）可知，自20世紀80年代以來，邯鄲市日照時數有一明顯的減少趨勢，90年代以后這種減少趨勢均大大超過顯著性水平0.05的臨界線（μ0.05=±1.96），甚至超過了0.001顯著性水平（μ0.001=±2.56），表明邯鄲日照時數下降趨勢是十分顯著

的。UF和UB 2條曲線在1982年出現交點，且交點在μ0.05

=±1.96臨界線之間，因此可以確定邯鄲市日照時數20世紀80年代減少是一突變現象，1982年則是突變的時間點，這與焦建麗等對河南省日照時數突變點的研究結果[17]基本一致。1982年以前日照時數在平均值以上的范圍內下降，而1982年以后是在平均值以下的范圍內繼續下降。

2.2.2 季節突變。

利用Mann-Kendall法對近59年邯鄲市的各季日照時數序列進行突變分析，從圖5可看出，春夏秋冬四季的情況不盡相同，春季UF和UB曲線大部分時段在顯著性水平μ0.05=±1.96臨界線之間，表明日照時數減少趨勢不顯著，夏季在1989年、秋季在1982年、冬季在1979年存在突變現象。

3 結論

（1）自建站以來，邯鄲市日照時數年際變化幅度較大，峰值出現在1965年，谷值出現在1996年，峰值與谷值相差可達1 096.6 h。

（2）近59年邯鄲市年日照時數總體呈減少趨勢，其氣候變化率為-103.68 h/10a。

（3）近59年邯鄲市日照時數存在明顯的季節差異，夏季變化趨勢最明顯，其次是冬季、秋季，而春季變化趨勢不顯著，春季、夏季、秋季、冬季氣候變化率分別為-9.402、-35.811、-27.038、-31.429 h/10a。

（4）近59年邯鄲市5月平均日照時數最多，12月最少；各月日照時數減少最明顯的是7月，其次是6月， 3和4月變化不顯著。

（5）近59年邯鄲市年日照時數在1982年發生了明顯的突變，從氣候多日照時段轉為少日照時段；秋季突變時間點與年突變相同，而春季突變不顯著。

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