貴陽市日照時數時空變化特征及其影響因素研究

金昭貴　張皓　吳智鳳　吳世美　田夢勤　袁碩　李娟

摘要：選取1982—2013年貴陽市8個國家氣象站的逐月日照時數資料為研究對象，運用氣候傾向率、異常年份分析、Mann-Kendall檢驗和SPSS22軟件，對貴陽市日照時數時空變化特征及其影響因素進行分析。結果表明，貴陽市多年平均逐月日照時數呈單峰“M”型特點，四季、年的日照時數呈下降趨勢。年日照時數豐裕年出現在20世紀80、90 年代初期、末期，四季日照時數存在不同年份發生異常偏多、偏少，且四季、年日照時數有突變現象。夏季日照時數分布呈現西部-西北部低于其他地區，在貴陽市主城區出現日照時數偏少特征;年日照時數變化的空間差異明顯，基本上呈中部向周圍地區下降趨勢。云量、降水量、降水日數、平均相對濕度、平均水氣壓對日照時數減少的影響表現明顯。

關鍵詞：貴陽市;日照時數;時空變化;異常分析;突變檢驗

中圖分類號：S16

文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200215038

收稿日期：2019-10-31

基金項目：貴州省氣象局青年科技基金項目;貴陽市氣象局氣象科計基金項目（項目編號：筑氣科合KF[2018]09號）

作者簡介：金昭貴（1983-），男，碩士，工程師。研究方向：氣候變化、農業氣象等。

近年來，氣候變化已成為關注的焦點。除溫度、降水氣候影響因素外，日照是影響氣候變化的主要要素之一，是太陽輻射變化的最直接反映，是農作物生長發育必需條件，也是重要的氣候資源，其對合理布局農業生產和農業產業結構的調整具有重要作用。因此深入研究日照時數的時空分布規律及變化趨勢，對強化地區氣候背景認識和氣候變化趨勢特點的了解具有重要意義[1-4]。

近年來，學者們對日照時數的氣候變化特征及其影響因素做了相關研究。在全球變暖背景下，日照存在“變暗”特征。在美國、西歐、印度、中國等地區的日照時數呈減少趨勢，日照變化差異明顯[1，5，6]。中國年日照時數呈減少趨勢[6]，西南地區、云南、四川、貴州等省日照時數呈減少趨勢[7-12]，表現為明顯的階段性、空間變化差異性、盆地減少幅度大于高原、周期性“暗亮”交替等特征。貴州受地形地貌影響，日照時間年總量的空間分布具有明顯的地域分布特點[11，12]。貴陽單站日照時數呈現減少趨勢及存在突變現象[13]。

貴陽市位于云貴高原東部，是黔中農業經濟發展區。前人[13]初步貴陽市單站日照時數變化特征進行了初步分析，然而對整個貴陽市日照時數的時空變化特征及其影響因素進行較為全面系統的分析報道較少，因此本文選取1982—2013年貴陽市8個國家氣象站的逐月日照時數資料為研究對象，運用氣候傾向率、異常年份分析、Mann-Kendall檢驗、SPSS22軟件和ArcGIS10.2軟件Kriging空間插值法，對貴陽市日照時數時空變化特征及其影響因素進行分析，以期了解其氣候變化特征，為貴陽地區應對氣候變化、農業規劃、氣候資源開發利用等提供科學參考依據。

1 數據與方法

本文選取貴陽市8個國家氣象站1982—2013 年的逐月日照時數、總云量、低云量、平均風速、平均水汽壓、降水量、降水日數、平均相對濕度、霧日數資料，數據來源于貴州省氣象信息中心，多年平均值采用多站1981—2010年的30a標準值。按照氣象規定劃分12月—次年2月為冬季，3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季，通過算數平均法分別建立了貴陽市逐月、逐季、逐年的日照時間序列，分析了貴陽地區近32a日照時數時空變化特征及其影響因素。并運用ArcGis10.2軟件Kriging空間插值法繪制該區日照時數變化的空間分布特征。本文氣候傾向率[14]采用氣候變化線性趨勢分析、異常年份分析法[10]選取世界氣象組織對氣候異常提出的判別標準，突變特征采分析用Mann-Kendall檢驗法[15]。

2 結果與分析

2.1 日照時數的時空變化特征

2.1.1 日照時數的月變化分析

統計逐月日照時數結果顯示（圖1），貴陽市逐月日照時數呈單峰“M”型特點，8月逐月日照時數達到最高峰，為日照時數最多的月份，日照時數162.2h。日照時數逐月除2月、3月外其它月份均呈下降趨勢（表1）。

2.1.2 日照時數季節時空變化特征

據統計分析可知（圖2），春、夏、秋、冬四季多年平均日照時數分別為99.1h、142.1h、88.4h、49.0h，四季的日照時數呈下降趨勢，氣候傾向率為夏季（-9.35h/10a）>春季（-4.434h/10a）>秋季（-4.41h/10a）>冬季（-2.66h/10a），四季變化趨勢均表現為顯著水平（在α=0.05水平通過檢驗）。

通過計算貴陽市8個國家站夏季日照時數及其線性變化趨勢，得出氣候傾向率，繪制貴陽市夏季日照時數空間分布圖和氣候傾向率分布圖。結果顯示（圖3），貴陽市夏季日照時數分布呈現西部-西北部低于其他地區，在貴陽市主城區出現日照時數偏少特征。主要表現為在主城區、修文縣大部分地區、清鎮市中北部、息烽西部及南部、白云區西北部地區日照時數豐裕。從氣候傾向率變異分布情況顯示（圖4），貴陽市南部、主城區、中部地區日照時數氣候傾向率變化較大，集中于該區域。

2.1.3 年日照時數時空變化特征

計算貴陽市8個國家站逐年日照時數統計表明，1982—2013年貴陽市年平均日照時數為1135.1h，最高為1357.8h（1987年），最低為800.6h（2012年），極差557.2h，表明其年日照時數變幅較大。貴陽市逐年日照時數整體呈減少趨勢（圖5），減少速率為53.3h /10a（通過在α=0.05水平上的顯著性檢驗）。從貴陽近32a日照時數的年代際變化（圖5）分析可見，20世紀80、90年代，除1997年表現為負距平外，日照時數為正距平。21世紀初，貴陽的日照時數2005年、2008年表現為負距平，其余年份為正距平距，日照時數高于多年平均值。

分別計算貴陽市8個國家站全年日照時數及其線性變化趨勢，得出氣候傾向率，最后繪制出日照時數

的空間分布圖（圖6）和氣候傾向率的空間分布圖

（圖7）。貴陽市年平均日照時數在800.6～1357.8 之間，空間分布趨勢高值區出現在修文縣南部、清鎮市東部、白云區西北部。低值區主要出現在主城區，年日照時數變化的空間差異明顯，基本上呈中部向周圍地區下降趨勢，低值區出現在白云區，平均氣候傾向率為-140.7h/10a。

2.2 異常突變年份分析

2.2.1 異常年份分析

日照時數進行異常計算統計分析顯示（表2），貴陽市年日照時數異常偏多年份均出現在20世紀80、90 年初期、末期。異常偏少年份出現在2012年，偏多年份出現在1987年、1990年。異常偏少年份較多年平均值偏少248.7h，偏多年份較多年平均值偏多308.6h、263.5h。從季節的異常分析可見，貴陽春季異常年份偏多年份1987年、1998年、2002年、2007年，異常偏少年份為1996年;夏季異常偏多年份為1984年、1990年，偏少年份為2007年、2012年;秋季異常偏多年份為1992年、1998年，偏少年份為2012年;冬季異常偏多年份為1987年、1993年，異常偏少年份為1995年、2006年。

2.2.2 突變特征分析

運用Mann-Kendall方法對貴陽市年日照時數和四季進行突變分析，結果顯示（圖4），貴陽市年日照時數UF曲線和UB曲線存在交點，通過α=0.05的檢驗，時間在1994年前后發生突變，從季節上看（圖略），四季UF曲線與UB曲線在信度線內均存在交點，通過α=0.05的檢驗，表明四季均出現突變。春季日照時數在增加過程中發生了突變，時間在2008 年前后，夏季日照時數在減少過程中也發生了突變，時間在1992年前后，秋、冬季日照時數在下降過程中發生突變，秋季在1992年、1995年、1998年、2001年存在上升或下降過程中發生轉折突變，冬季日照時數在冬季1987年、1992年、1995年、1998年、2009年、2011年發生了轉折突變。

3 影響年日照時數的氣象要素分析

運用SPASS22軟件，選擇總云量、低云量、平均水氣壓、降水量、平均風速、降水日數、霧日數、平均相對濕度等因子分析與日照時數的相關、主成分關系。結果顯示如下。

年日照時數與總云量、低云量、降水量、降水日均呈顯著負相關關系（均通過α= 0.01的信度檢驗），相關系數分別為-0.656、-0.852、-0.223、-0.466，而與平均相對濕度呈顯著負相關關系 （通過α=0.05的信度檢驗），相關系數為-0.433，霧日數與日照時數也呈負相關關系，但未通過顯著性檢驗。選擇通過相關顯著性檢驗的因子數據進行標準化處理后做主成分分析，結果表明，KMO為0.71>0.7，Bartlett球形檢定顯著性p=0.000，2個成分特征值分別為3.419、1.483，均>1，且累計貢獻率=81.7%，可以提取2個因子。分析因子載荷顯示2個主成分，平均總云量、平均相對濕度、降水日數在成分1上有較高載荷，平均低云量在成分1上有較高載荷。

春季，日照時數與總云量、低云量、降水日數均通過α=0.01信度檢驗，呈顯著性負相關，其相關系數分別為-0.656、-0.852、-0.466，平均相對濕度與日照時數呈顯著性負相關，通過α=0.05的信度檢驗;降水日數、霧日數與日照時數呈負相關，未通過顯著性檢驗。夏季，日照時數與總云量、低云量、平均水氣壓、降水量、降水日數、平均相對濕度分別通過在α=0.01、α=0.05信度檢驗，均呈顯著性負相關，其相關系數分別為-0.716、-0.889、-0.466、-0.428、-0.620、-0.608;霧日數與日照時數呈負相關，未通過顯著性檢驗。秋季，日照時數與總云量、低云量、平均水氣壓、降水日數、平均相對濕度分別通過在α=0.01、α=0.05信度檢驗，均呈顯著性負相關，其相關系數分別為-0.878、-0.866、-0.363、-0.657、-0.646;降水量、平均風速、霧日數與日照時數呈負相關，未通過顯著性檢驗。冬季，日照時數與總云量、低云量、降水日數、平均相對濕度分別通過在α=0.05信度檢驗，均呈顯著性負相關，其相關系數分別為-0.969、-0.913、-0.756、-0.641;降水量、霧日數與日照時數呈負相關，未通過顯著性檢驗。

前人發現日照變化受觀測日照的儀器、大氣氣溶膠影響[11，12]，同時，貴陽市國家臺站觀測環境的影響也是導致日照減少的原因。從年份上分析，年日照時數的變化受總云量、降水日數、相對濕度影響。從季節上看，春季日照時數變化與平均總云量、平均相對濕度、降水日數影響;夏季日照時數變化受總云量、低云量、平均水氣壓、降水量、降水日數、平均相對濕度影響。秋季日照時數變化受總云量、低云量、降水日數、平均相對濕度影響，冬季日照時數與總云量、低云量、降水日數、平均相對濕度影響。綜上發現云量、降水量、降水日數、平均相對濕度、平均水氣壓對日照時數減少的影響表現明顯，尤其是夏季日照時數顯著減少，相關因子的增多對全年、夏季日照時數的減少貢獻最大。

4 結論

貴陽市多年平均逐月日照時數呈單峰“M”型特點，8月逐月日照時數達到最高峰;四季、年的日照時數呈下降趨勢，代際變化顯示1997、2005年、2008年表現為負距平，豐裕年出現在20世紀80、90 年初期、末期。

貴陽市年日照時數異常偏多年份均出現在20世紀80、90 年初期、末期。四季日照時數在不同年份發生異常偏多和偏少。突變分析顯示年日照時數UF曲線和UB曲線存在交點，時間在1994年前后發生突變;四季UF曲線與UB曲線在信度線內均存在交點，四季均出現突變特征。

貴陽市夏季日照時數分布呈現西部-西北部低于其他地區，在貴陽市主城區出現日照時數偏少特征;年平均日照時數在800.6～1357.8 之間，年日照時數變化的空間差異明顯，基本上呈中部向周圍地區下降趨勢。

日照時數與影響因子的相關分析、主成分分析表明，年日照時數的變化受總云量、降水日數、相對濕度影響。整體上云量、降水量、降水日數、平均相對濕度、平均水氣壓對日照時數減少的影響表現明顯，尤其是夏季日照時數顯著減少，相關因子的增多對全年、夏季日照時數的減少貢獻最大。

參考文獻

[1] 范曉輝，郝智文，王孟本.山西省近 50 年日照時數時空變化特征研究[J].生態環境學報，2010， 19（3）： 605-609.

[2] 霍華麗，劉普幸，張克新.寧夏日照時數的時空變化征分析[J].中國沙漠，2011，31（ 2）：521-524.

[3] 張運林，秦伯強，陳偉民，等.太湖無錫地區近40a來日照的變化特征分析[J].氣象科學，2003，23（2）：231-237.

[4] 陳少勇， 張康林， 邢曉賓，等.中國西北地區近47 a日照時數的氣候變化特征[J].自然資源學報，2010，25（7）：1142-1152.

[5] 郭軍，任國玉.天津地區近40年日照時數變化特征及其影響因素[J].氣象科技，2006，34（4）：415-420.

[6] 虞海燕，劉樹華，趙娜，等.我國近59年日照時數變化特征及其與溫度、風速、降水的關系[J].氣候與環境研究，2011，16（3）：389-398.

[7] 楊小梅，安文玲，張薇，等.中國西南地區日照時數變化及影響因素[J].蘭州大學學報（自然科學版），2012，48（5）：52-60.

[8] 王宇，延軍平，吳夢初，等.云南省近44年日照時數時空變化及其影響因素分析[J].云南大學學報（自然科學版），2014，36（3）：392-399.

[9] 李金建，秦寧生，孫善磊，等.基于均一性檢驗的1961年至2006年四川省日照變化規律研究[J].資源科學，2011，33（5）：1002-1009.

[10] 杜軍，邊多，胡軍，等.西藏近35 年日照時數的變化特征及其影響因素[J].地理學報， 2007，62（5）： 492-500.

[11] 鄭小波，羅宇翔，周成霞，等.近45年來貴州省日照時數的變化特征[J].氣象研究與應用，2007（28）：1-3.

[12] 袁淑杰，繆啟龍，邱新法，等.貴州高原起伏地形下日照時間的時空分布[J].應用氣象學報，2008，19（2）：233-237.

[13] 鄭奕，鄭小波.貴陽市近50a來日照變化特征分析[J].貴州氣象，29（1）：7-8.

[14] 魏鳳英.現代氣候統計診斷與預測技術[M].第2版.北京： 氣象出版社，2007.

[15] 符淙斌，王強.氣候突變的定義和檢測方法[J].大氣科學，1992，16（4）：482-493.

（責任編輯 李媛媛）