富裕縣近50 a日照時數變化特征分析

孫淑榮，邱海芝，商寶榮

（1.富裕縣氣象局，黑龍江 富裕161000；2.依安縣氣象局，黑龍江 依安161500）

1 引言

日照時數是指太陽在一地實際照射地面的時數，在一給定時間，日照時數定義為太陽直接輻照度達到或超過120 W·m-2的時間總和，以小時（h）為單位[1]，表征了日照時間的長短。緯度、季節、地勢和氣候都是影響日照時數的因素，日照時數作為光能資源不僅直接影響地表輻射能量的平衡，進而影響其他氣象要素和地表通量的空間分布，還影響動植物的生長發育，造成植物的光周期現象。東北地區是中國重要的糧食產區，日照時數作為影響糧食生產的一個重要指標，是對農業生產起決定性作用的氣象要素，對日照時數的研究尤為重要[2-3]。富裕縣地處松嫩平原西北部，地形平緩，屬中溫帶大陸性季風氣候，冬寒夏暖，雨熱同季，四季變化明顯。據黑龍江省氣候中心計算統計，黑龍江省中西部年太陽總輻射達到4800 MJ/m2，西部地區氣候晴天日數較多，日照時數長，擁有較豐富的太陽能資源待開發[4-5]。分析富裕縣日照時數變化規律，為今后富裕縣太陽能資源的開發利用提供基礎數據庫，對農作物區劃和百姓生活環境指數提高都有重要的意義。

2 資料與研究方法

選取富裕縣（124°28′E,47°47′N）1969-2018年近50 a日照資料，觀測儀器采用暗筒式日照計（又稱喬唐式日照計）。依照氣象學的季節分類方法，將季節劃分為春季（3-5月）、夏季（6-8月）、秋季（9-11月）、冬季（12-次年2月），使用Excel 2007軟件對年、季、月和逐日日照時數進行氣候學統計分析。

采用線性傾向估計法與累計距平法分析富裕縣日照時數變化特征。

3 日照時數統計分析

3.1 日照時數年際變化

由圖1可知，1969-2018年，富裕縣年日照時數在2062.3-2949.5 h區間變化，呈現出明顯的波動性。50 a平均日照時數為2620.7 h，年最多日照時數出現在2011年，為2949.5 h,最少出現在2003年，為2062.3 h，差值幅度為887.2 h，占日照平均值的34%。分析線性變化趨勢可見，富裕縣近50 a來日照時數呈現波動減少趨勢，氣候傾向率為-58.9 h/10 a，即平均每10 a減少58.9 h，減少率較大。年日照時數與年度的時間序列相關系數是0.48，通過信度0.01的顯著性檢驗。

圖1 1969-2018年富裕縣年日照時數變化

分析年代序列日照值的變化情況，20世紀70年代至21世紀00年代日照平均值呈減少趨勢，21世紀10年代轉為上升趨勢，20世紀80-90年代際間平均日照差值最大，為120 h，20世紀90年代-21世紀10年代際間差值較小，差值范圍20-25 h。1969-1989年是日照時數偏多時期，年代平均值高于常年平均值，20 a間僅有3 a日照時數低于歷年平均值。其中1969-1979年平均日照時數最多（2773.3 h）,1980-1989年次之（2673.5 h）；1990年以后日照時數明顯減少，年代平均值均低于常年平均值，其中1990-2000年平均日照時數最少（2509.2 h），達到年代際間最低值，1990-2003年14 a間僅有1 a日照時數高于常年平均值；2000年以后日照年際變化幅度較大，峰值波動明顯，特別是在2003-2004年、2005-2006年間，日照時數年增幅較大，增值分別為716.9 h和345.4 h，其次2004-2005年和2011-2012年，年日照直線減少，減少值分別445.1 h和307.7 h。

分析累積距平變化曲線，由圖2可知，富裕縣1969-2018年日照時數累積距平呈現相對緩慢的波動，1989年之前累計距平曲線呈上升趨勢，為日照時數偏多時期，其中1972年和1984年表現為弱的下降狀態；1989年達到高值之后，1990-2018年大體呈現出減少趨勢，為日照時數偏少時期。其中在2000年以后距平曲線變化明顯，2000-2004年明顯下降，2005-2012年日照時數逐年增加，2013-2018年穩定下降。對峰值年份1989年進行氣候突變檢驗，統計1989年前后兩階段日照平均值和標準差，使用累計距平信噪比S/N=|X1-X2|/（S1+S2）做檢驗，當S/N＞1.0時，定義為突變，計算1989年前后累計距平信噪比值為0.58，表明在1968-2018年間不存在日照序列氣候突變。

圖2 1969-2018年富裕縣日照時數累積距平變化

3.2 日照時數季變化特征

由圖3-圖6可知，近50 a來富裕縣春、夏、秋、冬四季的日照時數均呈現下降趨勢，線性趨勢方程顯示各季氣候傾向率分別為：-16.9/10 a、-24.6/10 a、-10.3/10 a、-7.1/10 a，其中夏季日照時數減少率最明顯，其次為春季、秋季，冬季日照時數減少率最緩慢。

圖3 1969-2018年富裕縣春季日照時數變化圖

圖6 1969-2018年富裕縣冬季日照時數變化圖

春季平均日照時數為748.1 h，是四季中日照時數最多的季節，通過信度0.01顯著性檢驗，表明下降趨勢極顯著，僅次于夏季變化速率。50 a間春季3個較高峰值出現在1970年、1985年和2009年，分別為856.9 h、892.3 h和852.0 h；較突出的1個低峰值在2003年，為570.8 h。春季日照從1970年至2008年總體呈下降趨勢，2008-2009年日照時數年際變化幅度最大，增加232.1 h。

夏季平均日照時數為718.5 h，降趨勢極顯著（p＜0.01）。夏季日照在1992年以前年際間波動緩慢，1993年以后日照起伏較大。2個較高峰值出現在1971年和2004年，分別為896.3 h和883.8 h，較突出的1個低峰值出現在2003年，為393.2 h。

圖4 1969-2018年富裕縣夏季日照時數變化圖

秋季平均日照時數為613.8 h。秋季日照氣候傾向率-10.3 h/10 a，未通過0.01顯著性檢驗，表明秋季日照的變化趨勢在統計上不顯著。2個突出的較低峰值在1972年和2016年，高值不明顯；1971-1973年日照下降上升波動明顯，特別是1972-1973年，年變化增幅最大，為254.9 h；2011年以后秋季日照均小于多年平均值。

圖5 1969-2018年富裕縣秋季日照時數變化圖

冬季平均日照時數為540.3 h，通過信度為0.05的顯著性檢驗，即冬季的減少趨勢在統計上顯著。冬季日照遞減相對較平穩，2個較高峰值出現在2011和2012年，年際變化值較明顯的時段在2010-2013年，年際最大差值為116.1 h。

由四季氣候傾向率可知，夏季和春季對年日照時數減少趨勢貢獻明顯，占71%。影響富裕本地日照時數變化的主要原因有天氣狀況、大氣污染等，據有關分析，總低云量、水汽壓、相對濕度、降水日數分別和日照時數之間存在不同的相關性，春夏兩季氣候的波動特點不可忽視，在此不做分析討論。

3.3 日照時數月、日變化特征

統計各月日照時數可知（表1），近50 a年月平均日照時數最多是5月，3月與5月基本持平，其次為6月和8月，12月日照時數最少，極多月與極少月相差101.4 h。平均日照時數＞240 h有4個月，＞200 h有9個月，其中3月、5月和6月的日平均日照時數均高于8 h。各月平均日照時數氣候傾向率均呈下降趨勢，其中6月下降趨勢最明顯，其次是5月份，而且均通過信度0.01顯著性檢驗，8月、11月和12月通過信度0.05顯著性檢驗。統計歷年逐日平均日照時數，日照時數高于8 h的日數有98 d，多分布在5-6月和8月，符合光周期8-10 h的短日照植物的生長需求。

表1 1969-2018年富裕縣各月平均日照時數與傾向率變化

4 結論

近50 a來，富裕縣年日照時數變化呈減少趨勢，年、季、月氣候傾向率都為負值，同一性較強。

年平均日照時數為2620.7 h，年日照時數最多出現在2011年（2949.5 h），最少出現在2003年（2062.3 h），氣候傾向率為-58.9 h/10 a。年代際數據變化特征為20世紀70年代平均日照時數最多，屬于日照高值區，21世紀前10年最少，處在日照低值區。2004年以后的近15年，年際間日照變化幅度較大。

季平均日照均呈下降趨勢。夏季日照時數減少最為顯著，其次為春季、秋季，冬季日照時數下降最緩慢。

逐月平均日照時數中5月份最多，3月和5月基本持平，12月份最少，2003年后各月日照時數在年際間起伏較大。

分析50 a累計距平變化，富裕縣日照時數經歷從增多到減少的變化，變化趨勢轉折大致出現在20世紀80年代后期，由前期的偏多進入偏少時期，2000年以后距平曲線變化明顯。