葫蘆島市近48年日照變化及突變分析

廖晶晶，張鳳鳴

(1.葫蘆島市氣象局，遼寧 葫蘆島 125000； 2.朝陽市氣象局，遼寧 朝陽 122000)

1 資料與方法

1.1 資料

本研究以葫蘆島地區1964—2011年月平均日照、各季節平均日照和逐年平均日照相關資料為理論基礎，一年四季劃分標準如下：春季(3—5月)、夏季(6—8月)、秋季(9—11月)、冬季(12—2月)。

1.2 方法

1.2.1 線性傾向估計

在對氣象要素資料序列進行趨勢分析時，最常用的方法是線性傾向估計法[1-2]。在這種方法中，用yi表示n個樣本在階段內的氣候變量，而xi就代表研究觀察的時間，利用上述理論可以建立xi與ti之間的一元線性回歸：

yi=a+bxi，i=1，2，…，n。

b在該線性回歸中表示氣候變量y在階段內的變化走向，如果b>0，就表示時間x與y之間存在正比關系，b又可以被稱為趨勢變化率，它的得出途徑是最小二乘法，即10b表示氣候變化率，其單位為：h·10 a-1。此時還可以通過計算得出r值，并將其結果進行顯著性檢驗。

1.2.2 累積距平法

累積距平[2]是利用目標曲線形態觀察變化趨勢及其走向的一種方法。序列x在某時刻的累積距平的表示方法:

本文利用累積距平圖觀察階段內目標數值的變化趨勢及其未來走向，累積距平曲線呈上升狀態時，我們可認為氣象要素偏高(多)，而曲線呈下降狀態時則表示此時的氣象要素偏低(少)。

1.2.3 Mann-Kendall法

Mann-Kendall法(簡稱為M-K法)是用途極廣的一種突變檢驗法，其主要用于氣候和徑流趨勢突變分析，利用這種方法得出的分析結果精度極高，算法簡便，并且可以明確突變開始的時間，其具體算法如下：

將樣本量為n的時間序列利用該分析法構造成一秩序列Sk：

式中，Sk是表示時刻i大于時刻j時刻個數的累計總數，假設時間序列為獨立且隨機的定量，此時定義統計值UFk：

其中UF=0，E(Sk)和var(Sk)表示Sk階段內的平均值和方差，所有的UF值可組成一條顯示其變化走向和趨勢的UF曲線，本研究利用M-K法可同時得出2個準確時間點，即時間序列的突變初始時間和上升下降趨勢明顯發生變化的時間。

2 日照的年、季變化特征

2.1 年代際變化

由圖1得出，葫蘆島市區年代間日照時數變化顯著。日照時數從20世紀60年代開始呈現下降趨勢，而60年代期平均日照時數的最大值為2 870.5 h，60年代至80年代的平均日照時數則逐漸減少，90年代該數值略有上浮，2001—2011年的平均日照時數達到史上最低點(2 504.7 h)。

2.2 年平均日照變化特征

葫蘆島市區48年平均日照時數為2 621.5 h。圖2顯示，葫蘆島在近48年間的市區日照時數呈現總體下降趨勢，氣象傾向率為-85.6 h·a-1，減少趨勢符合0.001顯著性檢驗的要求。總體上，60年代到70年代的葫蘆島市區日照時數最多，80年代大幅減少，90年代有小幅回升，之后一直呈現下降趨勢。從日照年變化情況來看，最高值出現在1968年，為3 037.1 h；最低值出現在2010年，為2 217.2 h，最高值與最低值相差819.9 h。由此可見，日照時數的年際變化差異性很大。

圖1 葫蘆島市區各年代平均日照時數

圖2 葫蘆島市區年日照時數變化曲線特征和線性趨勢

2.3 季節日照變化特征

進一步分析葫蘆島市區日照時數的季節變化走向，圖3顯示，葫蘆島在48年中的四季日照時數變化狀況和年日照時數變化狀況大體一致，均為平穩減少。表1顯示，夏秋兩季日照時數變化情況與0.001顯著性檢驗要求相符，春季日照時數變化狀況則與0.01的顯著性檢驗要求相符，但是冬季日照時數變化狀況與0.05的顯著性檢驗要求不符，而且由于各個季節的溫度特性差異較大，所以導致春季、夏季和秋季的平均日照時數變化遠大于冬季平均日照時數變化。春、夏、秋、冬四季的氣候傾向率分別為-20.224、-34.714、-22.641、-9.363 h·10 a-1，表明夏季平均日照時數在48年間的變化最大，而冬季平均日照時數最小。四季中夏季的平均日照時數在近48年間的變化幅度最大，其中變化最為顯著的年份是1968年，858.4 h；最少年份為1996年，475.8 h，相差382.6 h。春和冬季次之，分別為277.1 h和210.9 h，而秋季最小為183.5 h。

表1 葫蘆島市線性傾向估計值 h·10 a-1

注：***通過0.001信度，**通過0.01信度，*通過0.10信度。

3 日照的突變性和階段性

本文旨在利用M-K法得出葫蘆島市區日照的精確突變時間和階段內日照變化趨勢和走向，然后利用累積距平曲線圖得出日照時數變化的階段特征，圖4為表現葫蘆島市區各年和和季節日照變化趨勢的M-K檢驗曲線圖：其中的虛線為0.05的顯著水平線，具體數值為±1.96。

圖3 葫蘆島市區四季日照時數變化曲線特征和線性趨勢

圖4 葫蘆島市區年和各季日照時數M-K法檢驗曲線

圖4表明，葫蘆島市區日照時數突變年份在1979年。1981年又出現了日照時數明顯下降的情況，已超過0.05的顯著水平線；而春季日照時數在1976年發生顯著突變，1981年超過0.05顯著水平線，以后呈現出更加明顯的下降趨勢；夏季日照時數在1984年發生突變，1986年超過0.05顯著水平線，下降趨勢顯著；秋季日照時數1980年發生突變，1981年超過0.05顯著水平線，下降趨勢顯著；冬季日照時數沒有發生突變，雖有下降趨勢，但是不顯著。

從圖5可以看出，葫蘆島市區年、春季和冬季日照時數1964—1978年處于偏高階段，1979—2011年處于偏低階段；夏季和秋季日照時數1964—1983年處于偏高階段，1984—2011年略有下降。利用線性傾向估計、M-K法和累積距平對葫蘆島市區全年和各季節日照時數變化的研究結果沒有太大差別，三種方法的檢測結果均顯示年、春、夏和秋季日照時數顯著下降，冬季日照時數下降不顯著。

圖5 葫蘆島市區年和四季日照時數累積距平

4 小結

近48年來，葫蘆島市區年、春、夏和秋季的日照時數都具有明顯的下降趨勢，且都與0.001的信度檢測要求相符合，冬季的日照時數變化并不明顯。用Mann-Kendall檢驗法對葫蘆島進行年和四季日照時數變化的突變檢測，結果為年和春季日照時數1979年左右發生突變，夏季和秋季分別在1980年和1984年發生突變，冬季沒有發生突變。通過Mann-Kendall檢驗法和累積距平得出葫蘆島市區年和春、夏、秋季日照時數20世紀80年代初超過0.05顯著水平線，下降趨勢顯著。冬季日照時數沒有發生突變，有下降趨勢，但不顯著。

[1] 徐宗學，隋彩虹．黃河流域平均氣溫變化趨勢分析[J]．氣象，2005，31(11)：7-16．

[2] 魏鳳英．現代氣候統計診斷與預測技術[M]．北京：氣象出版社，1999：37-40，4344，63-66．