1969—2018年廣州增城日照時數的變化特征分析

楊麗英，葉 茵，梁穎茹

廣州市增城區氣象局，廣東增城 511300

日照與人類日常生產活動及地球各圈層的互相影響密切相關，它是太陽輻射能量最直接的體現。日照的多寡通常用日照時數來表征。日照時數是反映太陽輻射時間長短的氣候指標，是表征氣候變化的重要氣象要素之一。近年來，有不少學者對日照時數變化進行了研究。虞海燕等[1]研究了我國近59年的日照時數變化特征及其與溫度、風速、降水的關系；任國玉等[2]分析了1956—2002年中國日照時數的變化特征，研究表明：全國年日照時數呈明顯下降趨勢；吳桂明等[3]通過對1965—2015年廣東省的日照時數時空變化特征的分析，發現廣東省4個季節日照時數均呈下降趨勢，秋季下降最明顯，其次是夏季，顯著下降的區域主要位于珠三角地區；其他一些相關研究[4-6]也表明：20世紀90年代以來，廣東的日照時數、太陽輻射在減少。另有研究表明，導致日照時數變化的因子主要有云量、風速以及降水等[7-9]。

廣州市增城區位于廣東省中部，北回歸線經過增城北部，屬南亞熱帶海洋性季風氣候，具有氣溫高、雨量充沛、霜日少、光照充足等氣候特點，全年都可栽培作物。作為全國著名的荔枝之鄉，增城荔枝的聞名得益于得天獨厚的氣候條件。增城區多年降水、氣溫等氣象要素的變化特征已有學者進行了研究[10]，但針對增城日照時數變化的研究暫無相關分析。探究日照時數時空分布特征和周期變化規律，不僅有利于深入了解當地氣候背景和生態氣候資源，而且對增城氣候生態資源的可持續性開發和農業生產等有著重要意義，為農業生產等更好地利用氣候資料提供理念依據。為此，對增城1969—2018年50年來日照時數的變化特征及影響因子進行研究，以期為增城氣候變化及農業生產研究提供參考。

1 資料與方法

本研究采用增城國家基準氣候站1969—2018年日照時數等氣象要素。季節劃分：3—5月為春季、6—8月為夏季、9—11月為秋季、12—翌年2月為冬季。本研究采用數理統計方法，并應用趨勢法研究了不同時間尺度日照時數的氣候變化特征，采用Mann-Kendall檢驗法(以下簡稱M-K檢驗法）對日照時數進行突變檢驗，利用Morlet小波方法分析日照時數的振蕩周期。

2 日照時數的時間變化特征

2.1 日照時數的年際、年代際變化

從1969—2018年增城年日照時數的年際變化（圖1）可以看出，增城年際變化幅度大，年平均日照時數為1 811.8 h，年最大日照時數2 231.1 h（1971年）；年最小日照時數1 434.8 h（2012年），二者相差796.3 h，振幅較大。

圖1 1969—2018年增城年日照時數的年際變化趨勢

1969—2018年50年間，增城日照時數出現多個高峰值和低峰值。20世紀90年代以前，日照時數波動變化較為有規律，大致每隔2～4年出現1次峰值，90年代以后波動變化規律不明顯。總體增城日照時數呈顯著減少趨勢,氣候傾向率達-8.01 h/年，其相關系數為0.596，通過了α=0.001的顯著性檢驗，表明減少趨勢非常顯著；這與全國平均的日照時數呈顯著的下降趨勢一致。

在年代際變化方面，從1969—2018年的50年間，第1個十年（1969—1978年）與第2個十年（1979—1988年）日照時數變化不明顯；但第3個十年（1989—1998年）開始出現了較明顯的減少趨勢，較第1個十年減少了200.8 h；第4個十年（1999—2008年）與第3個十年日照時數變化不大；但第5個十年（2009—2018年）再次出現明顯下降的趨勢，較第1個十年減少了302.0 h，降幅達15%，為50年來的最小值。總體而言,從年代際變化看，增城日照時數呈明顯的下降趨勢。

2.2 日照時數的季節變化

從表1可以看出，增城春、夏、秋、冬四季平均日照時數以秋季最多，為579.3 h/年、春季最少，為284.4 h/年。四季日照時數最小值均出現在20世紀90年代以后。

表1 1969—2018年增城四季日照時數

對1969—2018年增城春、夏、秋、冬四季日照時數進行線性趨勢分析，得知增城日照時數的四季變化趨勢和年變化趨勢一致,都呈減少趨勢。其中，夏季的氣候傾向率最大，為-3.08/年，相關系數為0.530，通過α=0.001的顯著性檢驗，說明夏季日照時數減少趨勢最顯著，這與等研究的廣東省4個季節日照時數以秋季下降最明顯的結論不一致；秋季的氣候傾向率-1.99 h/年，通過α=0.01的顯著性檢驗，另外，冬春兩季均通過α=0.05的顯著性檢驗，表明增城四季的日照時數趨勢變化均呈顯著減少趨勢。

2.3 日照時數的月變化

分析1969—2018年增城各月平均日照時數及其氣候傾向率、相關系數（表2），可知增城月日照時數平均值為151.0 h；月日照時數主要集中在下半年，下半年7—12月的日照時數（1 157.8 h）是上半年日照時數（654 h）的1.8倍；年中月日照時數最大值為7月的207.2 h，次大值為10月的205.5 h；年中月日照時數最小值為3月，76.4 h，次小值為4月83.6 h；月最大日照值與最小日照值兩者振幅相差130.8 h。全年中7月日照時數增幅最大，這與前汛期結束轉后汛期，降水減少有關；而全年中日照時數降幅最大的月份是2月，主要是由于低溫陰雨天氣所導致。

表2 1969—2018年增城各月的日照時數及氣候傾向率、相關系數

從近50年的各月日照時數氣候傾向率來看，1—12月的氣候傾向率變化范圍在-0.16～-1.20 h/年之間，均為負傾向率，說明各月的日照時數均呈減少趨勢。其中11月的氣候傾向率達最大-1.20 h/年，通過了α=0.01的顯著性檢驗，減少趨勢明顯；7月的氣候傾向率達為次大值-1.19 h/年，且通過了α=0.001的顯著性檢驗，減少趨勢最為顯著；6月、8月和12月均通過了α=0.05的顯著性檢驗，4月通過了α=0.1的顯著性檢驗；其他月份均未通過顯著性檢驗。

2.4 年日照時數變化的周期分析

利用Morlet小波方法分析增城年日照時數的振蕩變化情況（圖2）,可以發現在20世紀70年代到80年代中期以及2010年以后，增城年日照時數存在準3年左右的周期特征，且通過了α=0.05顯著性檢驗，說明周期振蕩顯著。

圖2 1969—2018年增城區日照時數的Morlet小波分析

2.5 年日照時數的突變分析

利用M-K檢驗法對1969—2018年增城年日照時數進行突變分析（圖3）,給定顯著性水平α=0.05,臨界值范圍為±1.96，可知，1969—2018年增城日照時數的UF曲線和UB曲線相交于1993年，交點在臨界線之間，說明年日照時數在1993年發生突變。由UF曲線可看出，1969—1992年日照時數呈上升趨勢，1993—2018年呈下降趨勢，突變前年平均日照時數為2 136.3 h，突變后為1 930.9 h，前后相差205.4 h。此外，從1997年開始，UF＜-1.96，表明在1997—2018年期間增城日照時數下降趨勢顯著。

圖3 1969—2018年增城區日照時數的M-K突變檢驗分析

3 影響因子分析

前人的研究結果表明，日照時數主要受云量、降水、和氣溶膠等的影響[11]，因此，本研究分析了1969—2018年增城區日照時數與降雨量、降雨日數、相對濕度、風速、水汽壓、低云量及總云量的相關性（表3）。

表3 日照時數與相對濕度、降雨量、降雨日數、風速、水汽壓、低云量及總云量的相關性

上述要素除相對濕度外，均通過了α=0.05的顯著性檢驗，說明年平均相對濕度變化與日照時數無太大關系。根據相關學者的研究分析可知，這是由于增城區屬于亞熱帶季風氣候，終年溫暖濕潤，1969—2018年相對濕度平均值為79.3%，最大值為83.2%，最小值為72.4%，數值穩定，年際變化小，因此與日照時數的相關性很低；低云量、總云量、降水量與日照時數呈顯著的負相關關系，其中低云量和總云量通過了α=0.001的顯著性檢驗，表明云量是影響增城日照時數變化最主要的氣象要素；而風速呈正相關，說明風速越大的年份對應的日照時數越多，這是由于風速大有利于空氣中的水汽、氣溶膠粒子等擴散，使得地面能接收更多太陽輻射，從而導致日照時數偏多。

分析1969—2018年增城區低云量與日照時數的線性趨勢（圖4）可知，增城區近50年低云量呈明顯增多的趨勢，低云量高的年份日照時數少，負相關性十分明顯。有研究[12]也表明，由于近年來大氣污染日趨嚴重，大氣氣溶膠濃度不斷增加，促進了云的形成，進一步阻擋削弱了太陽輻射，從而導致了日照時數的減少，與上述結論非常一致。

圖4 1969—2018年增城區低云量與日照時數折線圖

4 結論

（1）1969—2018年增城年日照時數總體呈減少趨勢，與全國平均的日照時數呈顯著的下降趨勢一致，年日照時數在1993年發生突變，開始呈下降趨勢，且在1997—2018年下降趨勢顯著。

（2）日照時數存在明顯的季節差異，秋季最多為579.3 h/年、春季最少為284.4 h/年；四季平均日照時數均呈減少趨勢，夏季減少趨勢最為顯著。

（3）逐月日照時數中，最大值為7月的207.2 h，最小值為3月的76.4 h；所有月份日照時數均呈減少趨勢，7月減少最明顯。

（4）在20世紀70年代到80年代中期以及2010年以后，增城年日照時數存在準3年左右的顯著振蕩周期。

（5）除風速與日照時數呈正相關關系外，低云量、總云量、降水量、降水日數等均與日照時數呈負相關關系，其中低云量和總云量通過了α=0.001的顯著性檢驗，表明云量是影響增城日照時數變化最主要的氣象要素。