樂亭縣太陽總輻射氣候變化特征分析

高英杰，顧黎燕，張 文，張 蔚

（1.樂亭縣氣象局，河北唐山 063699；2.保定市氣象局，河北保定 071000）

0 引言

總輻射是影響氣候變化的主要因素，總輻射量的多少是決定區(qū)域氣候的重要因素，其空間分布制約著氣候系統(tǒng)的運(yùn)行。隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，太陽輻射與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、太陽能利用等行業(yè)的關(guān)系也越來越密切，人們對太陽總輻射的關(guān)注度也逐漸升高。因此探討總輻射的變化具有重要意義。近年來，有不少專家學(xué)者對我國太陽總輻射的特征、趨勢變化等進(jìn)行過研究，如楊軍等[1]對1992—2000年我國的太陽總輻射特征、趨勢變化及分區(qū)進(jìn)行了分析，得出我國太陽總輻射夏季最大、春季次之、冬季最小，年總輻射平均量在總體上沒有明顯的趨勢變化，地區(qū)差異很大。戚易明[2]對1981—2010年我國太陽總輻射變化特征及空間分布分析得出，年太陽總輻射總體上呈上升趨勢，夏季最大，冬季最小。陳震等[3]利用Angstrom模型對唐山市日照百分率與總輻射資料進(jìn)行擬合的方法，計算的唐山市太陽總輻射值呈逐年下降的趨勢；陳志華等[4]研究1960—2005年新疆地區(qū)總輻射發(fā)現(xiàn)，年總輻射量也呈下降趨勢。

樂亭位于華北地區(qū)北部，唐山東南部，具有冬季干冷、夏季濕熱的大陸性氣候特點(diǎn)。根據(jù)樂亭1993—2021年近28年的總輻射資料，分析了樂亭總輻射的氣候變化規(guī)律。結(jié)果表明：近28年來，樂亭年總輻射呈逐年上升趨勢，1—5月份增加顯著，5月份達(dá)到最大，6—12月份下降較緩。冬季總輻射最小，春、夏季猛增，春季達(dá)到最大，秋季又猛減。年平均總輻射在2016年發(fā)生了增加突變；2015年春、夏季發(fā)生了增加突變；1月份、4—6月份、9月份、12月份發(fā)生了突變，但均沒有通過顯著性檢驗(yàn)。1月在1996年總輻射發(fā)生了減少突變，2001年、2002年氣候趨勢系數(shù)通過了α=0.05的顯著性檢驗(yàn)，即這兩年總輻射減少顯著。

1 資料與方法

選取樂亭輻射觀測站1993—2021年的總輻射資料，除去1994年（缺測），共計28年，采用線性傾向估計法研究了樂亭近28年總輻射氣候變化特征和變化規(guī)律，并采用Mann-Kendal檢驗(yàn)（以下簡稱為M-K檢驗(yàn)）方法對樂亭總輻射進(jìn)行趨勢與突變檢驗(yàn)。季節(jié)的劃分，按照氣象部門劃分標(biāo)準(zhǔn)，春季為3—5月份，夏季為6—8月份，秋季為9—11月份，冬季為12月～次年2月份。夏季資料為28年平均（1994年缺測），其他季節(jié)均為29年平均。

2 時間變化特征分析

2.1 總輻射年代際變化和年際變化

由樂亭各年代年均總輻射可知，21世紀(jì)00年代平均總輻射是減少的，比20世紀(jì)90年代減少了175.85 MJ/m2，比21世紀(jì)10年代少215.13 MJ/m2。由于資料時間較短，年代際變化不能很好地表明變化趨勢。

近28年來，經(jīng)統(tǒng)計可知，樂亭總輻射總體上呈增加趨勢，其線性氣候傾向率為53.5 MJ/10 a。年平均總輻射為5153.79 MJ/m2，最大值為5521.15 MJ/m2，最小值為4747.14 MJ/m2，二者相差774.01 MJ/m2。總輻射年際間變化波動較大。其中1993年、1995—1997年、2016—2020年，這9年間總輻射較28年平均值偏大，1998—2000年、2002年、2004—2005年、2009年、2014—2015年、2021年，10年總輻射在平均值附近變化，其他9年總輻射較平均值偏小。

2.2 四季變化特征

經(jīng)統(tǒng)計，近28年來樂亭總輻射存在明顯的季節(jié)差異。春季總輻射最大，達(dá)1664.66 MJ/m2，其次是夏季為1638.21 MJ/m2，秋季為1062.49 MJ/m2，較春、夏季明顯減少，冬季最小，僅為776.98 MJ/m2，不到春季、夏季的一半。

春季總輻射呈增加趨勢，其氣候傾向率為26.3 MJ/10 a，最大值1826.83 MJ/m2與最小值1444.13 MJ/m2的差值為382.70 MJ/m2。夏季總輻射也呈上升趨勢，但上升趨勢沒有春季顯著，其氣候傾向率為17.3 MJ/10 a，最大值1824.32 MJ/m2與最小值1509.02 MJ/m2的差值為315.30 MJ/m2，其中1997年有明顯跳升，較上一年增加了304.60 MJ/m2。秋季總輻射呈緩慢下降趨勢，其氣候傾向率為-7.3 MJ/10 a，最大值1180.86 MJ/m2與最小值954.30 MJ/m2的差值為226.56 MJ/m2。冬季總輻射呈緩慢上升趨勢，其氣候傾向率為8.7 MJ/10 a，最大值903.56 MJ/m2與最小值578.40 MJ/m2的差值為325.16 MJ/m2。可見，樂亭四季總輻射上升幅度最大的是春季，其次是夏季，冬季上升幅度最小，只有秋季呈下降趨勢。

2.3 月變化特征

近28年來，樂亭月均總輻射呈單峰變化，月平均值為429.48 MJ/m2，1～5月總輻射呈上升趨勢，且增加的趨勢較明顯，5月份達(dá)到1年中的最大值651.22 MJ/m2，而后開始下降，6～12月份總輻射呈下降趨勢，下降趨勢較緩，12月份達(dá)最小值218.45 MJ/m2；最大與最小值相差432.77 MJ/m2。

3 氣候突變分析

3.1 年、四季總輻射突變檢驗(yàn)

經(jīng)M-K檢驗(yàn)法分析，根據(jù)UF（k）和UB（k）曲線交點(diǎn)的位置（圖略），確定樂亭年總輻射在2016年發(fā)生了突變，2016年以后總輻射呈增加趨勢，但氣候趨勢系數(shù)沒有通過α=0.05的顯著性檢驗(yàn)。對樂亭四季總輻射進(jìn)行突變分析可知，春季總輻射在2015年發(fā)生了突變，自2015年開始總輻射呈增加趨勢，但沒有通過α=0.05的顯著性檢驗(yàn)；其他季節(jié)均沒有發(fā)生突變現(xiàn)象。

3.2 各月總輻射突變檢驗(yàn)

對樂亭近28年各月份平均總輻射進(jìn)行突變分析（圖略），結(jié)果表明：1月份在1996年發(fā)生了突變，自1997年總輻射開始減少，2001年、2002年氣候趨勢系數(shù)通過了α=0.05的顯著性檢驗(yàn)，即減少顯著，其他年份沒有通過顯著性檢驗(yàn)，減少不顯著；4月份在2016年、5月份在2015年、6月份在2016年、9月份在2018年、12月份在2019年均發(fā)生了突變，總輻射均呈增加趨勢，但都沒有通過顯著性檢驗(yàn)，即突變不顯著；其他月份均沒有發(fā)生突變情況。

4 結(jié)論

1993—2021年，樂亭平均總輻射為5153.79 MJ/m2，總體上呈逐年增加趨勢，年總輻射每10年增加53.5 MJ/m2；總輻射存在明顯的季節(jié)性變化，即冬季最小、春、夏季猛增、秋季明顯下降。除秋季呈減少趨勢外，其余三季均呈不同程度的增加趨勢。月均總輻射1～5月份呈明顯的持續(xù)增加趨勢，5月份達(dá)到最大值，6～12月份呈持續(xù)下降趨勢，12月份達(dá)到最小值。總輻射在2016年發(fā)生了增加突變，沒有通過顯著性檢驗(yàn)。春季總輻射在2015年發(fā)生了增加突變，沒有通過顯著性檢驗(yàn)，秋、冬季沒有發(fā)生突變。1月份在1996年發(fā)生了減少突變，2001年、2002年通過了顯著性檢驗(yàn)，即減少顯著，其他月份沒有通過顯著性檢驗(yàn)；4～6月份、9月份、12月份均發(fā)生了增加突變，但均沒有通過顯著性檢驗(yàn)。其他月份沒有發(fā)生突變。