咸寧市日照時數時空變化及影響因素

賀莉微 夏青

摘要：利用1960-2016年咸寧市6個國家觀測站逐月日照時數、總云量、低云量、相對濕度、降水量和降水日數等資料，采用氣候傾向率、Mann-Kendall檢驗和小波分析等方法分析咸寧市日照時數變化特征及其與各氣象要素之間的相關性。結果表明，咸寧地區日照時數呈現中部少、南北部多的空間分布特征，近57年咸寧市日照時數呈減少趨勢，近30年減少趨勢有所減緩；夏季、秋季和冬季均呈減小趨勢，尤以夏季的8月減少速率最大。20世紀60-70年代，年日照時數以異常偏多年份為主，20世紀80-90年代和2000年以后，以異常偏少為主。1977年日照時數發生了明顯減少的突變，以3年和7年振蕩周期最為顯著。季節和年日照時數與氣象要素多數表現為顯著的負相關關系，近57年咸寧地區日照時數的減少與低云量、降水日數和降水量有著密切的關系，但對比近30年的變化來看，這些影響因子的顯著性減少趨勢對日照時數的貢獻大于它們增多的趨勢。

關鍵詞：日照時數；氣候傾向率；Mann-Kendall檢驗；小波分析

中圖分類號：P468 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2018）08-0031-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.08.008

Spatial and Temporal Variation Characteristics of Sunshine Hours and Influence of Meteorological Factors in Xianning

HE Li-wei1，XIA Qing2

（1.Xianning Meteorological Bureau， Xianning 437100，Hubei，China；2.Hubei Public Meteorological Service Center，Wuhan 430074，China）

Abstract： Based the monthly sunshine duration， total cloud cover，low cloud cover，relative humidity，precipitation days and precipitation at 6 meteorological observation stations in Xianning from 1960 to 2016，the temporal and spatial variation characteristics of sunshine duration and their correlation with meteorological factors were studied by using the climate tendency rate，Morlet wavelet analysis and Mann-Kendall test methods. The results indicated that the annual sunshine duration was high in the middle and low on the north and south in Xianning. The change of annual sunshine duration showed a decreasing tendency in whole area in Xianning from 1960 to 2016 and the decreasing tendency had slowed down in the past 30 years.The sunshine duration in summer，autumn and winter showed a decreasing trend，especially in August. In the 1960s and 1970s annual sunshine hours were unusually high. In the 1980s-1990s and 2000 years later annual sunshine hours were abnormal too few. The mutation of sunshine duration with the obvious decrease occurred in 1977，and the oscillation periods of 3-year and 7-year were significant. The seasonal and annual sunshine hours and meteorological elements were mostly negative correlation. The reduction in sunshine hours was closely related to low cloud cover，precipitation days and precipitation in Xianning during 1960-2016. But in contrast to the changes of the past 30 years，the significant reduction trend of these influencing factors contributes more to the increasing trend of sunshine hours.

Key words： sunshine hours； climatic tendency rate； Mann-Kendall test； Morlet wavelet analysis

日照時數是指太陽在某地實際照射的時數，也稱實照時數[1]。日照時數是表示太陽輻射強弱的氣象要素之一，也是影響氣候變化的主要氣象要素之一[2]。日照時間的長短直接影響著農牧業生產，并對人類的日常生活有著直接的影響[3，4]。根據IPCC第4次評估報告，全球在變暖的同時也在變暗[5]。近年來研究表明，虞海燕等[6]指出全國年日照時數呈顯著減少的趨勢，平均每10年減少36.9 h。任國玉等[7]研究表明，近50年來中國日照時數呈明顯減少的趨勢，其趨減幅度具有東部大于西部、平原大于山區的特點，日照時數的變化還存在明顯季節性差異，冬、夏兩季趨減幅度大于春、秋兩季。但在中國少數地方的日照時數存在增加趨勢，華維等[8]指出青藏高原西部、西藏中東部和青海南部地區呈現顯著增加趨勢。賀俊杰等[9]指出內蒙古錫林浩特市近50年的日照時數呈顯著增加趨勢。

咸寧市位于湖北省東南部，長江中游南岸，整個地勢由東南向西北傾斜，境內地形復雜，湖泊眾多，長江繞經西北部。目前，對咸寧市溫度、降水等的研究，已有很多很全面的分析，但對反映氣候狀況的重要要素之一日照時數的研究還較少，因此，本研究對近57年咸寧市日照時數的變化特征和影響因子進行分析。

1 資料與方法

選取咸寧市6個國家氣象觀測站1960-2016年逐月日照時數、總云量、低云量、相對濕度、降水量和降水日數等資料。季節劃分：春季為3-5月，夏季為6-8月，秋季為9-11月，冬季為12月至翌年2月。

采用線性方程擬合方法[10]進行日照時數及其他氣象影響因子的變化趨勢分析。利用Mann-Kendall（M-K）方法對序列進行突變檢驗，明確突變開始時間及突變區域，運用Morlet小波方法給出信號變化的時間尺度，表征周期變化特征。

2 日照時數的時間分布特征

2.1 日照時數年際和季節變化趨勢

咸寧市平均年日照時數為1 726.8 h，其中春季384.6 h，約占全年22.3%；夏季599.8 h，約占全年34.8%；秋季434.0 h，約占全年25.1%；冬季307.4 h，約占全年17.8%。以夏季最多，冬季最少。從空間分布來看，各地年日照時數為1 633.3～1 841.5 h，整體而言呈現中部少、南北部多的空間分布特征。

由圖1可以看出，近57年咸寧市年平均最多日照時數為2 030.1 h（1963年），最少日照時數為 1 464.7 h（1982年）。整體而言表現為-49.69 h/10年的顯著下降趨勢，并且通過了0.01水平的顯著性檢驗。同時日照時數變化表現為緩升陡降的趨勢，1980-1985年日照時數明顯減小，有5年日照時數低于平均值；2013-2016年從高于平均值到連續4年低于平均值，降幅明顯。近30年（1987-2016年）下降趨勢表現為-18.55 h/10年，減少趨勢有所放緩（表1）。

通過對四季的分析（表1）表明，近57年夏季、秋季和冬季均呈減小趨勢，尤以夏季減少最多（-31.28 h/10年），冬季次之，秋季減少最少（-7.4 h/10年），且均通過了顯著性檢驗。春季表現為增多趨勢（1.86 h/10年），但未通過顯著性檢驗，變化趨勢不顯著。

近30年的四季變化與近57年變化趨勢一致，均是夏季、秋季和冬季呈減小趨勢，春季呈增多趨勢，但變化幅度大，整體而言呈日照時數增多趨勢，所以近30年日照時數雖然仍是減少趨勢（-18.55 h/10年），但較之近57年而言卻為增多趨勢。

2.1.1 日照時數的異常年份分析 世界氣象組織對氣候異常提出兩種判別標準。一是距平超過標準差的2倍以上，二是它出現的幾率為25年以上一次。采用距平大于標準差的2倍作為異常，以標準差的1.5～2.0倍為接近異常來分析咸寧市日照時數的異常特征。

從近57年咸寧市異常年份（含接近異常）表2可以看出，春季以異常偏多年份為主，共出現5次，主要集中在20世紀60年代和2000年以后，其中1965年異常偏多120.8 h，異常偏少年份出現在2000年以前；夏季以異常偏少年份為主，也出現5次，主要集中在20世紀80-90年代，其中1999年異常偏少214.1 h，偏多年份主要集中在20世紀60-70年代；秋季異常偏多偏少年份均出現4次，偏多年份主要集中在20世紀60-70年代，偏少年份主要集中在20世紀80年代和2000年以后，其中2016年異常偏少138.5 h，1979年異常偏多173.5 h；而冬季在歷史上僅1963年出現異常偏多231.9 h，異常偏少出現3次。

年日照時數以異常偏多年份為主，主要出現在20世紀60-70年代，是由于夏季和秋季異常偏多造成，其中以1963年偏多303.3 h，異常偏少年份出現在20世紀80-90年代和2000年以后。

2.1.2 年日照時數的突變特征 用M-K法檢測1960-2016年咸寧市年日照時數序列的突變，給定顯著性水平α=0.05，即U0.05=±1.96，結果（圖2）顯示，UF一直呈現波動減小趨勢，自19世紀80年代以來，咸寧市年日照時數有明顯的減少趨勢，90年代之后這種減少趨勢甚至超過0.001顯著性水平（U0.001=±2.56）。根據曲線交點位置，確定19世紀80年代左右日照時數的減少是一種突變現象，具體是從1977年開始的。

2.1.3 年日照時數的周期分析 分析日照時數的周期特征不僅有助于更好地理解過去變化，也有利于推測未來的演變。采用Morlet小波方法分析咸寧市1960-2016年年日照時數的小波變化（圖3）。結果表明，咸寧市年日照時數存在多周期變化特征，存在3年和7年的變化周期，1960-2016年呈現出3年左右的變化周期，同時在1970-1998年存在一個7年左右的變化周期，且均通過α=0.05的顯著性水平檢驗（0線以內）。其中7年的周期與厄爾尼諾呈現有關，3年的周期與大氣環流2～4年準周期一致[11]。

2.2 日照時數月變化趨勢

由表3可以看出，1960-2016年咸寧市月平均日照時數分布呈現明顯的單峰型，峰值出現在7月（224.7 h），谷值出現在2月（87.8 h），7月和8月的日照時數明顯多于其他月份，對夏季日照時數貢獻最大；從氣候傾向率可以看出，除3月和4月外，其余月份日照時數均呈現出減少趨勢，其中夏季減少最為明顯，8月減少率最多（-13.31 h/10年），7月次之（-9.52 h/10年），6月再次之（-8.46 h/10年），且1月和6-8月均通過0.01顯著性檢驗，說明這種減少趨勢是顯著的，可見，夏季日照時數的顯著減少對年日照時數的減少貢獻最大。

3 氣象因子影響分析

相關研究表明，影響日照時數變化的主要因子除了云量、降水、相對濕度等氣候因子外，人類活動特別是工業排放污染物的急劇增長也是造成其變化的一個重要因素[12-17]。由于咸寧無大型工礦企業，污染物的排放對日照時數的影響很小，因此只考慮氣候因子對日照時數變化的影響，并對其進行分析。

通過對影響日照時數的氣象因子的氣候傾向率（表4）來看，總云量除冬季外，其他季節和年呈現不同程度的減少趨勢，以春季最為顯著（-0.14成/10年）；低云量和相對濕度的季節和年均呈現減少趨勢，均為春季減少最顯著（-0.29成/10年和-1.38%/10年）；降水量除春季外，其他季節和年均表現為增多趨勢，尤以年增長最多（26.43 mm/10年），但未通過顯著性檢驗；降水日數夏季和冬季為增多趨勢，春季、秋季和年表現為減少趨勢，其中年變化減少最多（-1.3 d/10年），未通過顯著性檢驗。

就相關系數而言，日照時數與總云量、低云量、相對濕度、降水量和降水日數多數呈現顯著的負相關，尤以冬季和春季最為顯著，且季節變化均通過0.01的顯著性檢驗，而年變化除低云量和相對濕度外，也均通過了0.01的顯著性檢驗。

據上所述，季節和年日照時數與上述氣象因子多數表現為顯著的負相關關系，即隨著總云量、低云量、相對濕度、降水量和降水日數的增加，日照時數表現為減少趨勢。從表4可以看出，低云量、降水日數和降水量的部分季節和年表現為增加趨勢，表明日照時數的減少與其有著密切的關系。但同時從表1可以看到，近30年以來雖然日照時數仍為減少趨勢，但較之近57年來說卻是增加的趨勢，說明這些影響因子的顯著性減少趨勢對日照時數的貢獻大于增多趨勢。

4 小結

1）咸寧地區日照時數呈現中部少、南北部多的空間分布特征，平均年日照時數為1 726.8 h。近57年咸寧市日照時數呈減少趨勢，趨勢變化為-49.69 h/10年。近30年減少趨勢有所減緩。

2）咸寧地區夏季日照時數最多，約占全年34.8%，以7月最多（224.7 h），冬季最少，約占全年17.8%，以2月最少（87.8 h）。近57年夏季、秋季和冬季日照時數均呈減小趨勢，尤以夏季減少最多，為-31.28 h/10年，從月日照時數來看，8月減少最多，為-13.31 h/10年，春季表現為增多趨勢，但變化趨勢不顯著。近30年減少趨勢有所減緩。

3）年日照時數以異常偏多年份為主，主要出現在20世紀60-70年代，是由夏季和秋季異常偏多造成，其中以1963年偏多303.3 h，異常偏少年份出現在20世紀80-90年代和2000年以后。

4）近57年咸寧地區日照時數的減少是一種突變現象，具體突變時間是1977年。同時還存在3年和7年的變化周期，1960-2016年呈現出3年左右的變化周期，同時在1970-1998年存在一個7年左右的變化周期。

5）季節和年日照時數與總云量、低云量、相對濕度、降水量和降水日數多數表現為顯著的負相關關系，近57年咸寧地區日照時數的減少與低云量、降水日數和降水量有著密切的關系，但對比近30年的變化來看，這些影響因子的顯著性減少趨勢對日照時數的貢獻大于其增多的趨勢。

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