富?？h近50 a日照時數(shù)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(shù)是指太陽在一地實(shí)際照射地面的時數(shù)，在一給定時間，日照時數(shù)定義為太陽直接輻照度達(dá)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(jié)、地勢和氣候都是影響日照時數(shù)的因素，日照時數(shù)作為光能資源不僅直接影響地表輻射能量的平衡，進(jìn)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(fā)育，造成植物的光周期現(xiàn)象。東北地區(qū)是中國重要的糧食產(chǎn)區(qū)，日照時數(shù)作為影響糧食生產(chǎn)的一個重要指標(biāo)，是對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)起決定性作用的氣象要素，對日照時數(shù)的研究尤為重要[2-3]。富?？h地處松嫩平原西北部，地形平緩，屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，冬寒夏暖，雨熱同季，四季變化明顯。據(jù)黑龍江省氣候中心計(jì)算統(tǒng)計(jì)，黑龍江省中西部年太陽總輻射達(dá)到4800 MJ/m2，西部地區(qū)氣候晴天日數(shù)較多，日照時數(shù)長，擁有較豐富的太陽能資源待開發(fā)[4-5]。分析富裕縣日照時數(shù)變化規(guī)律，為今后富?？h太陽能資源的開發(fā)利用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，對農(nóng)作物區(qū)劃和百姓生活環(huán)境指數(shù)提高都有重要的意義。

2 資料與研究方法

選取富?？h（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(jì)（又稱喬唐式日照計(jì)）。依照氣象學(xué)的季節(jié)分類方法，將季節(jié)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(shù)進(jìn)行氣候?qū)W統(tǒng)計(jì)分析。

采用線性傾向估計(jì)法與累計(jì)距平法分析富?？h日照時數(shù)變化特征。

3 日照時數(shù)統(tǒng)計(jì)分析

3.1 日照時數(shù)年際變化

由圖1可知，1969-2018年，富?？h年日照時數(shù)在2062.3-2949.5 h區(qū)間變化，呈現(xiàn)出明顯的波動性。50 a平均日照時數(shù)為2620.7 h，年最多日照時數(shù)出現(xiàn)在2011年，為2949.5 h,最少出現(xiàn)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(shù)呈現(xiàn)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(shù)與年度的時間序列相關(guān)系數(shù)是0.48，通過信度0.01的顯著性檢驗(yàn)。

圖1 1969-2018年富?？h年日照時數(shù)變化

分析年代序列日照值的變化情況，20世紀(jì)70年代至21世紀(jì)00年代日照平均值呈減少趨勢，21世紀(jì)10年代轉(zhuǎn)為上升趨勢，20世紀(jì)80-90年代際間平均日照差值最大，為120 h，20世紀(jì)90年代-21世紀(jì)10年代際間差值較小，差值范圍20-25 h。1969-1989年是日照時數(shù)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(shù)低于歷年平均值。其中1969-1979年平均日照時數(shù)最多（2773.3 h）,1980-1989年次之（2673.5 h）；1990年以后日照時數(shù)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(shù)最少（2509.2 h），達(dá)到年代際間最低值，1990-2003年14 a間僅有1 a日照時數(shù)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(shù)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?？h1969-2018年日照時數(shù)累積距平呈現(xiàn)相對緩慢的波動，1989年之前累計(jì)距平曲線呈上升趨勢，為日照時數(shù)偏多時期，其中1972年和1984年表現(xiàn)為弱的下降狀態(tài)；1989年達(dá)到高值之后，1990-2018年大體呈現(xiàn)出減少趨勢，為日照時數(shù)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(shù)逐年增加，2013-2018年穩(wěn)定下降。對峰值年份1989年進(jìn)行氣候突變檢驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)1989年前后兩階段日照平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，使用累計(jì)距平信噪比S/N=|X1-X2|/（S1+S2）做檢驗(yàn)，當(dāng)S/N＞1.0時，定義為突變，計(jì)算1989年前后累計(jì)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(shù)累積距平變化

3.2 日照時數(shù)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(shù)均呈現(xiàn)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(shù)減少率最明顯，其次為春季、秋季，冬季日照時數(shù)減少率最緩慢。

圖3 1969-2018年富?？h春季日照時數(shù)變化圖

圖6 1969-2018年富?？h冬季日照時數(shù)變化圖

春季平均日照時數(shù)為748.1 h，是四季中日照時數(shù)最多的季節(jié)，通過信度0.01顯著性檢驗(yàn)，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(xiàn)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(shù)年際變化幅度最大，增加232.1 h。

夏季平均日照時數(shù)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(xiàn)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(xiàn)在2003年，為393.2 h。

圖4 1969-2018年富?？h夏季日照時數(shù)變化圖

秋季平均日照時數(shù)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(yàn)，表明秋季日照的變化趨勢在統(tǒng)計(jì)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?？h秋季日照時數(shù)變化圖

冬季平均日照時數(shù)為540.3 h，通過信度為0.05的顯著性檢驗(yàn)，即冬季的減少趨勢在統(tǒng)計(jì)上顯著。冬季日照遞減相對較平穩(wěn)，2個較高峰值出現(xiàn)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(shù)減少趨勢貢獻(xiàn)明顯，占71%。影響富裕本地日照時數(shù)變化的主要原因有天氣狀況、大氣污染等，據(jù)有關(guān)分析，總低云量、水汽壓、相對濕度、降水日數(shù)分別和日照時數(shù)之間存在不同的相關(guān)性，春夏兩季氣候的波動特點(diǎn)不可忽視，在此不做分析討論。

3.3 日照時數(shù)月、日變化特征

統(tǒng)計(jì)各月日照時數(shù)可知（表1），近50 a年月平均日照時數(shù)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(shù)最少，極多月與極少月相差101.4 h。平均日照時數(shù)＞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(shù)均高于8 h。各月平均日照時數(shù)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(yàn)，8月、11月和12月通過信度0.05顯著性檢驗(yàn)。統(tǒng)計(jì)歷年逐日平均日照時數(shù)，日照時數(shù)高于8 h的日數(shù)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(shù)與傾向率變化

4 結(jié)論

近50 a來，富?？h年日照時數(shù)變化呈減少趨勢，年、季、月氣候傾向率都為負(fù)值，同一性較強(qiáng)。

年平均日照時數(shù)為2620.7 h，年日照時數(shù)最多出現(xiàn)在2011年（2949.5 h），最少出現(xiàn)在2003年（2062.3 h），氣候傾向率為-58.9 h/10 a。年代際數(shù)據(jù)變化特征為20世紀(jì)70年代平均日照時數(shù)最多，屬于日照高值區(qū)，21世紀(jì)前10年最少，處在日照低值區(qū)。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(shù)減少最為顯著，其次為春季、秋季，冬季日照時數(shù)下降最緩慢。

逐月平均日照時數(shù)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(shù)在年際間起伏較大。

分析50 a累計(jì)距平變化，富?？h日照時數(shù)經(jīng)歷從增多到減少的變化，變化趨勢轉(zhuǎn)折大致出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代后期，由前期的偏多進(jìn)入偏少時期，2000年以后距平曲線變化明顯。