1966～2015年山東省曹縣日照變化特征分析

王秀麗，竇 坤，高學芹，丁媛媛，任崇勇

(1.山東省曹縣氣象局，山東曹縣 274400；2.山東省菏澤市氣象局，山東菏澤 274000；3.山東省壽光市氣象局，山東壽光 262700)

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1966～2015年山東省曹縣日照變化特征分析

王秀麗1，竇 坤2，高學芹3，丁媛媛2，任崇勇1

(1.山東省曹縣氣象局，山東曹縣 274400；2.山東省菏澤市氣象局，山東菏澤 274000；3.山東省壽光市氣象局，山東壽光 262700)

摘要利用曹縣1966～2015年月日照時數觀測資料，采用9點二次平滑、累計距平、線性傾向估計、曼-肯德爾檢驗等統計方法，分析了近50 a來曹縣日照時數的變化特征及影響日照減少的可能氣象因素。結果表明，近50 a曹縣日照時數變化與山東省的變化趨勢一致，減少趨勢非常明顯，日照時數減少幅度為156.59 h/10 a；夏季和秋季減少極明顯，冬季、春季顯著減少；5月份減少趨勢最大。1982年是曹縣日照減少突變的時間點，也是日照時數由正距平向負距平的轉折點。

關鍵詞日照時數；變化特征；氣象因素；山東省曹縣

日照是重要的氣候因子，也是可供人類開發利用的一種重要的可再生能源，日照時間的長短對人類的日常生活有直接影響[1]，也是分析氣候變化的重要因素。很多學者對當地日照變化特征進行了很詳細的論述，并取得了一定的研究成果[2-4]，但目前尚未見有關山東省曹縣日照時數變化特征的系統分析。筆者利用曹縣1966～2015年月日照時數觀測資料，采用9點二次平滑、累計距平、線性傾向估計、曼-肯德爾檢驗等統計方法，分析了近50 a來曹縣日照時數的變化特征及影響日照減少的可能氣象因素，以期為合理利用太陽能和指導農業生產提供科學依據。

1資料與方法

1.1資料選取選用1966～2015年曹縣國家一般氣象站日照時數資料進行統計分析，從年、季、月等方面對曹縣近50 a日照時數變化特征進行分析，其中季節劃分為春季(3～5月)、夏季(6～8月)、秋季(9～11月)、冬季(12月～次年2月)。多年平均值為1966～2015年平均值。

1.2分析方法

1.2.19點二次平滑。對時間序列作9點二次平滑，可以克服滑動平均消弱過多波幅，更能直觀展示出日照時數變化趨勢。

1.2.2線性傾向估計。用線性傾向估計分析氣象要素隨時間變化趨勢及大小[5]。即以時間t作為自變量，以日照時數x為因變量，建立一元線性回歸方程xi=a+bti(i=1，2，…，50)，其中，a為回歸常數，b為回歸系數，a、b用最小二乘法進行估計；b×10稱為氣候傾向率。當氣候回歸系數b為正數時，表示序列隨時間變化日照時數呈增加趨勢，反之表示日照時數呈減少趨勢。相關系數r表示變量x與時間t之間線性相關的密切程度。|r|越接近于0，x與t之間的線性相關越小。|r|越大，x與t之間的線性相關越大，要判斷變化趨勢是否顯著就要對氣候傾向進行顯著性檢驗，給定顯著性水平α，若|r|≥rα，表示變化趨勢顯著，否則變化趨勢不顯著。

1.2.3累計距平。累計距平是由曲線直觀判斷變化趨勢的方法，可以分析長期演變趨勢及持續性變化。累計距平曲線呈上升趨勢，表示距平值增加，呈下降趨勢則表示距平值減小，還可以診斷出發生突變的大致時間。

2結果與分析

2.1日照時數變化特征

2.1.1年代際變化。近50 a曹縣年平均日照時數為2 301.0 h。從圖1可以看出，近50 a日照時數呈減少趨勢，且減少趨勢非常明顯，減幅為156.59 h/10 a，通過了α=0.001的顯著性檢驗，大于菏澤日照時數減少速率(121.66 h/10 a)[4]，約是全國日照時數減少速率(37.60 h/10 a)[3]的4倍。從近50 a年極值來看，曹縣年日照時數最多出現在1967年，為2 816.9 h;年日照時數最少出現在2003年，為1 830.6 h;兩者相差986.3 h。按年代際分析，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年均超過50 a平均值，1984～2015年除1986～1988年外均低于50 a平均值。

圖1　1966～2015年曹縣日照時數年變化Fig.1　The annual variation of sunshine hours in Caoxian County during 1966-2015

2.1.2季變化。近50 a來曹縣日照時數一年四季變化趨勢均減少。春季日照時數占全年日照時數的28.3%，春季日照時數平均值為652.4 h，變化趨勢為-20.43 h/10 a，最大值出現在1967年，為654.5 h，最小值出現在2001年，為267.2 h；夏季日照時數占全年日照時數的28.3%，夏季日照時數平均值為650.4 h，變化趨勢為-61.09 h/10 a，最大值出現在1969年，為881.5 h，最小值出現在2007年，為422.8 h；秋季日照時數占全年日照時數的23.7%，秋季日照時數平均值為544.3 h，變化趨勢為-43.76 h/10 a，最大值出現在1966年，為719.2 h，最小值出現在2011年，為337.7 h；冬季日照時數占全年日照時數的19.7%，冬季日照時數平均值為454.2 h，變化趨勢為-31.31 h/10a，最大值出現在1967年，為654.5 h，最小值出現在2001年，為267.2 h。春季是全年日照時數最多的季節，全年中日照時數最少的季節為冬季。從顯著性檢驗看，春、夏、秋、冬四季均通過α=0.01的顯著性檢驗，說明4個季節日照時數的減少趨勢均極為顯著。

2.1.3月變化。從表1可以看出，50 a來曹縣月平均日照時數最大值出現在5月，為241.9 h，其次是6月的233.3 h；2月份日照時數最少，為148.8 h，1月次之，為152.0 h。1～12月氣候傾向率變化范圍為-21.14 ～-5.06 h/10 a，一年中各月份均呈減少趨勢，其中8月份減少趨勢最明顯，氣候傾向率為-21.14 h/10 a，其次為7月份(-19.99 h/10 a)，各月均通過一定的顯著性檢驗，減少趨勢非常明顯。

2.2年日照時數的突變檢驗采用累計距平對1966～2015年曹縣日照時數進行分析，結果發現，1966～1982年曹縣日照時數處于偏多階段，年日照時數以正距平為主；1983～2015年累計距平呈下降趨勢，即1982年之后曹縣日照時數處于偏少階段，年日照時數以負距平為主。給定α=0.05(Uα= ±1.96)的顯著性標準，用M-K檢驗法分析近50 a曹縣年日照時數序列(圖2)可見，UF和UB 2條曲線的交點在1982年，但交點處均已突破臨界值。計算信噪比值發現，1982年信噪比值最大，為1.56，由此可以診斷曹縣日照時數發生突變的大致時間是1982年前后。發生突變前后2段的均值相差458.0 h。

表11966～2015年曹縣各月日照時數及其氣候傾向率

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

月份Month日照時數Sunshinehours∥h平均值Mean最大值Maximumvalue最小值Minimumvalue氣候傾向率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條虛線表示顯著水平α=0.05的臨界值(U=±1.96)。Note：Two dotted lines stand for critical value of significant level α=0.05.圖2　1966～2015年曹縣日照時數M-K突變檢驗Fig.2　M-K mutation test of sunshine hours in Caoxian County during 1966-2015

2.3影響日照時數的氣象要素影響日照時數的氣象因素很多，主要有探測環境、云量、降水日數、視程障礙現象等。分析曹縣近50 a氣候資料，曹縣降水日數也呈逐年增加的變化趨勢，降水日數的增多使得日照時數減少。隨著工業的不斷發展以及受生態環境破壞的影響，空氣中的氣溶膠增加，從而增強了大氣對太陽光的反射和吸收，使太陽輻射減小、日照時數下降，因此大氣污染是直接或間接影響日照時數減少的主要原因。

3結論

(1)近50 a來，曹縣日照時數呈極顯著減少趨勢，其變化傾向率為-156.59 h/10 a，通過了α=0.001的顯著性檢驗;四季日照時數均呈減少趨勢，夏季減少趨勢最顯著。

(2)運用M-K法對近50 a來曹縣年日照時數進行突變分析，發現從20世紀60年代以來年日照時數呈減少趨勢，在1982年發生了突變，之后日照時數逐漸減少。

參考文獻

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[2] 張璇.近50年山東省日照時數變化特征分析[J].安徽農業科學，2011，39(3)：1534-1536.

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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

作者簡介王秀麗(1978- )，女，山東安丘人，工程師，從事綜合業務觀測工作。

收稿日期2016-03-08

中圖分類號S 161.1

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)10-212-02