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      黔東南州近40 a日照時數(shù)變化特征分析

      2013-09-02 12:19:22姚曉蘭吳就勇
      中低緯山地氣象 2013年6期
      關鍵詞:云量黔東南州黔東南

      姚曉蘭,吳就勇,羅 俊

      (貴州省三穗縣氣象局,貴州 三穗 556500)

      1 引言

      太陽輻射是地球上一切能量的主要來源,它的變化對大氣熱力狀況、生物生長以及人類活動等都有著顯著的影響。到達地面的太陽輻射與太陽常數(shù)、云量、大氣中的水汽含量以及大氣氣溶膠含量等有密切關系。太陽輻射變化的最直接反映是日照時數(shù)的變化。

      近年來,環(huán)境與氣候的變化日益受到人們的關注。日照時數(shù)是影響氣候變化、地球生態(tài)系統(tǒng)和人類活動的重要驅(qū)動力之一,因此在氣候變化研究中越來越受到重視。大多數(shù)研究發(fā)現(xiàn)全球太陽輻射量表現(xiàn)出逐年降低趨勢,并把這種現(xiàn)象稱為“全球變暗”[1-2],對全球大多數(shù)地區(qū)太陽輻射或日照時數(shù)的研究也證實了這一結(jié)論,如美國、西歐和中歐的大多數(shù)地區(qū)等[3-4]。我國關于日照時數(shù)變化的研究也有不少,吳昊文[5]等發(fā)現(xiàn),浙江省日照時數(shù)呈明顯的減少趨勢,以夏季最為明顯,而春季的日照時數(shù)變化與年變化不一致,呈增加趨勢變化。靳利梅[6]指出,上海地區(qū)日照時數(shù)呈顯著減少趨勢變化,其中夏季、秋季和冬季日照時數(shù)顯著減少,春季日照時數(shù)變化不顯著;年日照時數(shù)與降水量和降水日數(shù)呈極顯著的負相關,各季日照時數(shù)與云量、水汽壓和降水基本都呈顯著的負相關。楊小梅[7]研究中國西南地區(qū)日照時數(shù)的變化時發(fā)現(xiàn),中國西南地區(qū)日照時數(shù)的降低主要發(fā)生在低海拔區(qū),特別是四川盆地和貴州高原,而位于高海拔區(qū)的大多數(shù)臺站降低幅度較小或為增加趨勢。本文通過相關統(tǒng)計分析方法,對貴州黔東南州日照時數(shù)變化特征進行初步分析。

      2 資料和方法

      本文選取黔東南州16 個臺站1971—2011年各站各月日照時數(shù)、月平均總云量、月平均低云量資料進行分析。

      研究方法采用線性趨勢分析法、Mann-Kendall 法[8]。

      季節(jié)劃分按氣候?qū)W劃分法,春季:3—5月;夏季:6—8月;秋季:9—11月;冬季:12月—次年2月。

      3 研究結(jié)果與分析

      3.1 黔東南州日照時數(shù)的時間變化

      3.1.1 全年日照時數(shù)的時間演變特征 通過統(tǒng)計計算可得,1971—2010年,黔東南州的年日照時數(shù)的多年平均值為1 186.4 h,年日照時數(shù)最多為1 410.7 h,出現(xiàn)在1978年,年日照時數(shù)最少為1 021.1 h,出現(xiàn)在2005年,兩者差值為389.6 h,占多年平均值的32.8%,充分表明,日照時數(shù)年際振蕩較大。根據(jù)黔東南州1971—2010年的逐年日照時數(shù),作出黔東南州逐年日照時數(shù)及變化趨勢圖(圖1)。由圖中可以看出,1971—2010年,黔東南州日照時數(shù)有明顯的年際變化特征,總體呈下降的線性趨勢。1971—1976年,日照時數(shù)呈下降變化,且除1976年外,日照時數(shù)均在40 a 平均值水平之上;1978—1984年,日照時數(shù)也呈波動下降變化;1984—1988年,日照時數(shù)呈上升變化;1988—2005年,日照時數(shù)基本呈下降變化;2005年后,日照時數(shù)略有回升。通過計算得出1971—2010年,黔東南州年日照時數(shù)的一元線性變化趨勢系數(shù)為-34.63,日照時數(shù)與時間的相關系數(shù)r =0.441,通過α =0.01顯著性檢驗,說明,1971—2010年黔東南州年日照時數(shù)的線性減少變化趨勢是顯著的。

      圖1 1971—2010年黔東南地區(qū)逐年日照時數(shù)及變化趨勢圖

      3.1.2 四季日照時數(shù)的時間演變特征 利用黔東南地區(qū)1971年3月—2011年2月的月日照時數(shù),計算出黔東南地區(qū)1971—2010年春、夏、秋、冬四季的平均日照時數(shù)(見表1)。

      表1 1971—2010年多年平均的黔東南州各季日照時數(shù)

      由表1 可以看出,黔東南州日照時數(shù)為夏季最多,秋季次之,然后為春季,冬季日照時數(shù)最少;夏季日照時數(shù)約占全年日照時數(shù)的38.4%,秋季占26.4%,春季占21.9%,冬季占13.3%。

      對四季逐年日照時數(shù)變化曲線圖(圖2)進行分析,分別計算各季日照時數(shù)一元線性變化趨勢系數(shù)及相關系數(shù)。由圖2a 中可以看出,近40 a 以來,黔東南州春季日照時數(shù)在平均值上下波動變化,線性趨勢變化不明顯,一元線性趨勢變化曲線,基本與40 a 平均值線重合;1971—1974年日照時數(shù)多偏高于多年平均值;而1975—1984年,日照時數(shù)多偏低于多年平均值;之后,日照時數(shù)在平均值上下波動變化。通過一元線性回歸分析,計算出春季的日照時數(shù)變化趨勢系數(shù)為0.86,并未通過顯著性檢驗,說明春季的線性變化趨勢不明顯。

      夏季(見圖2b),1972年日照時數(shù)為逐年中的最高值;其后至1974年急劇下降至逐年次低值,然后開始波動上升;上升趨勢至1985年結(jié)束,又開始下降。近40 a的總體變化趨勢為減少,趨勢系數(shù)為-24.91,相關系數(shù)通過顯著性檢驗,說明夏季的線性減少趨勢是明顯的。

      秋季(見圖2c),日照時數(shù)總體呈波動下降變化趨勢,特別是1971—1998年間,日照時數(shù)在平均值上下波動變化,但1999年后,進入寡照時期,12 a 中日照時數(shù)僅有2 a 高于平均值,且偏高不多。日照時數(shù)整體呈下降趨勢變化,趨勢系數(shù)為-6.67,但未通過顯著性檢驗。

      冬季(見圖2d),日照時數(shù)的變化趨勢與秋季變化趨勢相似,2000年后進入寡照期,11 a 中僅有3 a日照時數(shù)高于平均水平;線性變化趨勢為-4.46,也未通過顯著性檢驗。

      3.1.3 日照時數(shù)的年代際變化 表2 是黔東南州1971—2010年不同年代日照時數(shù)的平均值,由表中可以看出,春季日照時數(shù)各年代是呈增加趨勢變化的;夏季日照時數(shù)20 世紀70—80年代之間為增加變化,但進入90年代,日照時數(shù)明顯減少,到本世紀后,日照時數(shù)仍呈減少趨勢變化;秋季各年代的日照時數(shù)是波動變化的;而冬季各年代的日照時數(shù)變化正好與春季相反,均為減少,但減少不明顯。各年代的年日照時數(shù)變化也呈單調(diào)減少的變化,特別是90年代,較80年代減少較多。

      表2 1971—2010年黔東南州不同年代日照時數(shù)特征統(tǒng)計

      3.1.4 日照時數(shù)的突變分析 用Mann-Kendall方法檢驗黔東南州1971—2010年的全年及四季日照時數(shù)序列的突變狀況,結(jié)果見圖3。由圖中可以看出,在年日照時數(shù)的Mann-Kendall 檢驗中,UFk值均<0,說明年日照時數(shù)是呈減少趨勢變化的。UFk和UBk曲線的交點較多,但突變點為1992年。

      春季、秋季、冬季的UFk線均在α =0.05的臨界值曲線之間,日照時數(shù)沒有發(fā)生突變。

      夏季的UFk值大多<0,說明夏季日照時數(shù)也是呈下降趨勢變化。2001年后,UFk值超出了信度線,說明下降趨勢明顯。UFk和UBk曲線有2 個交點,分別為1991年和1992年,第1 個交點相交后,UFk曲線并沒有超過α =0.05的信度線,第2 個交點后,UFk值超出了α =0.05的信度線,所以,確定1992年為黔東南地區(qū)夏季日照時數(shù)的突變點。

      圖2 1971—2010年黔東南州逐年春(a)、夏(b)、秋(c)、冬(d)各季日照時數(shù)及變化趨勢圖

      圖3 1971—2010年黔東南州日照時數(shù)Mann-Kendall 統(tǒng)計量曲線圖

      3.2 黔東南州日照時數(shù)變化與云量變化的相關分析

      影響日照時數(shù)變化的因子有很多,本文從云量變化的角度,分析其對黔東南地區(qū)日照時數(shù)的影響。

      圖4 為1971—2010年黔東南州逐年云量及變化趨勢圖。由圖中可以看出,近40 a 以來,黔東南州年平均總云量呈波動減少趨勢變化,低云量相反,呈波動增加趨勢變化??傇屏康木€性趨勢為-0.84% /10 a,低云量的線性變化趨勢為1.85% /10 a,均通過α=0.05 顯著性檢驗。

      圖5 為1971—2010年黔東南州各季低云量的變化趨勢圖。由圖中可以看出,近40 a 以來,黔東南州各季節(jié)的低云量均呈增加變化。其中春季,80年代初期以前,低云量呈減少變化,20 世紀80年代至90年代末期,低云量為增加變化階段,其后至2007年,云量為減少變化,2007年以后,低云量又開始增加。而夏季的低云量在80年代以前為一個增加變化,1980年后至1985年,日照時數(shù)減少,其后至20 世紀末,低云量為一個持續(xù)的增加變化過程,進入21 世紀后,夏季的低云量變化較為平緩。秋季的低云量變化波動性較大,80年代前,為減少變化,1980—1985年,為增加變化,1985—1992年,低云量又開始減少,1992—1997年,低云量為增加變化,1997年后,低云量又開始減少,但減少幅度小。冬季的低云量也是呈增加變化。從20 世紀70年代中期開始一直到90年代末期,低云量一直在增加,90年代后至本世紀初期,低云量有所減少,減幅小。

      圖4 1971—2010年黔東南州年平均總云量(a)、低云量(b)及變化趨勢

      圖5 1971—2010年黔東南地區(qū)逐年各季節(jié)低云量的變化趨勢

      表3 1971—2010年黔東南地區(qū)日照時數(shù)與云量的相關系數(shù)

      表4 1971—2010年黔東南地區(qū)云量趨勢系數(shù)及顯著性 (單位:% /10 a)

      對黔東南州1971—2010年的全年和四季總云量、低云量的變化趨勢以及與日照時數(shù)的變化關系進行分析,結(jié)果見表3 及表4。其中,表3 為云量與日照時數(shù)的相關系數(shù),表4 為云量的變化趨勢。

      由日照時數(shù)與云量的相關系數(shù)可見,日照時數(shù)與云量呈顯著的負相關關系,云量增加,日照時數(shù)減少。年日照時數(shù)與平均低云量的相關性更密切,這是因為云對太陽輻射的反射能力隨云狀和云的厚度而不同,高云反射率約為25%,中云為50%,低云為65%,稀薄的云層也可反射10%~20%。隨著云層增厚反射增強,厚云層反射可達90%[9]。

      在1971—2010年中,全年及各季平均總云量均呈減少趨勢變化,春季平均總云量的減少趨勢通過α=0.01 顯著性檢驗;而年平均總云量的減少,通過α=0.01 顯著性檢驗。

      對于平均低云量而言,近40 a,平均低云量呈增加趨勢變化,夏季的增加趨勢最為顯著,其次為冬季,再次為秋季,而春季的平均低云量變化不明顯。

      黔東南州1971—2010年春季總云量減少明顯,而低云量變化不明顯,因此,春季日照時數(shù)有小的增加趨勢;而夏季總云量變化不明顯,而低云量增加最明顯,且該季日照時數(shù)與低云的反相關最大(-0.904),導致夏季日照時數(shù)減少最顯著;秋季總云量減少,低云量有所增加,總云量的減少趨勢較低云量的增加趨勢小,因而秋季日照時數(shù)呈減少趨勢變化;冬季總云量的變化最不明顯,低云量的增加趨勢在四季中僅次于夏季,但日照時數(shù)的減少趨勢在四季中次于夏季和秋季,由此可知,日照時數(shù)的減少,不僅僅取決于云量的變化,還與其它的一些要素相關。

      4 結(jié)論

      通過對1971—2010年黔東南州日照時數(shù)的時空變化特征及與云量變化關系的分析,得出如下主要結(jié)論:

      ①黔東南地區(qū)1971—2010年的年日照時數(shù)呈顯著下降趨勢變化。春季日照時數(shù)變化不明顯,夏季顯著減少,秋季和冬季也呈減少趨勢變化,但變化趨勢不如夏季明顯。

      ②從年代際變化來看,黔東南州自上世紀70年代以來,各年代間日照時數(shù)呈減少變化,其中,變化最劇烈為20 世紀80年代至90年代;黔東南州年日照時數(shù)的突變點為1992年。

      ③黔東南地區(qū)日照時數(shù)的減少,與低云量的增加有顯著相關。

      [1]Stanhill G,Cohen S.Global dimming:A review of the evidence for a widespread and significant reduction in global radiation with discussion of its probable causes and possible agricultural consequence.Agricultural and Forest Meteorology,2001,107:255-278.

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