福州市近70年日照變化趨勢(shì)分析

王麗玉，李雙錦，林瑩晶

1.福建省氣象臺(tái)，福建福州 350008；2.福建省氣象信息中心，福建福州 350008

日照是重要的氣象因子，也是共人類開發(fā)利用的可再生能源，與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類的生產(chǎn)活動(dòng)密切相關(guān)，更是農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育不可缺少的條件。日照時(shí)數(shù)是地面直接接受太陽(yáng)光照射的實(shí)際小時(shí)數(shù)，是表征太陽(yáng)輻射強(qiáng)弱的氣象要素之一[1]。近百年來，全球正經(jīng)歷變暖為主要特征的顯著變化，氣候變化引起大氣物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)變化，進(jìn)而影響太陽(yáng)輻射能量的變化。在全球氣候變暖的大背景下，各地日照時(shí)數(shù)也隨之發(fā)生了變化[2-3]。

福州市的日照時(shí)數(shù)也發(fā)生了相應(yīng)的變化，對(duì)福州的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)城市發(fā)展也產(chǎn)生了影響。本文利用福州國(guó)家基準(zhǔn)氣候站1951—2020年的日照時(shí)數(shù)資料，采用統(tǒng)計(jì)分析方法和突變理論，對(duì)該地區(qū)的日照時(shí)數(shù)變化規(guī)律進(jìn)行研究，以期為福州市農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、合理布局農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)城市建設(shè)規(guī)劃、旅游資源開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

選取福州市1951—2020年逐日日照時(shí)數(shù)觀測(cè)資料，對(duì)日照時(shí)數(shù)進(jìn)行計(jì)算、整理，整理出月、季、年的日照時(shí)數(shù)長(zhǎng)序列。依據(jù)氣候?qū)W方法劃分四季：春 季（3—5月）、夏 季（6—8月）、秋季（9—11月）、冬季（12月—翌年2月）。采用線性趨勢(shì)估計(jì)法、滑動(dòng)平均及累積距平法，分日照時(shí)數(shù)序列的線性趨勢(shì)傾向率和變化趨勢(shì)，用Mann-Kendall非參數(shù)檢驗(yàn)法對(duì)日照時(shí)數(shù)進(jìn)行突變檢驗(yàn)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 日照時(shí)數(shù)的變化特征

福州近70年來日照時(shí)數(shù)多年平均值為1 672.4 h?？傮w呈減少趨勢(shì)變化，其氣候傾向率為71.338 h/10年。即每平均10年減少71.338 h。年際變化幅度較大（1963年為2 378.4 h，2016僅為1 287.2 h，最多年份為最少年份的1.85倍），且呈波動(dòng)變化，表現(xiàn)為日照多寡交替出現(xiàn)。從5年滑動(dòng)平均曲線來看，近70年福州日照時(shí)數(shù)表現(xiàn)為“升—降—升—降”交替變化（圖1）。

圖1 福州1951—2020年年日照時(shí)數(shù)變化趨勢(shì)

1951—2020年年日照時(shí)數(shù)大致可分為2個(gè)階段：1951—1981年為年日照偏多期；1982—2020年為日照偏少期，2016年達(dá)近70年的極低值（1 287.2 h）。1951—1981年，各年代平均日照時(shí)數(shù)高于1 972.4 h。年日照時(shí)數(shù)20世紀(jì)90年代最低，比平均值低202.1 h。進(jìn)入21世紀(jì)以來，日照時(shí)數(shù)逐漸增多，尤其是2004之前日照時(shí)數(shù)明顯增多。21世紀(jì)頭10年增加明顯，比平均值低43.2 h，比最低的90年代高158.9 h。2005以后日照時(shí)數(shù)呈減少趨勢(shì)。

2.2 季日照時(shí)數(shù)的變化特征

日照時(shí)數(shù)的年際變化存在明顯的季節(jié)差異。近70年福州春夏秋冬日照時(shí)數(shù)均呈減少趨勢(shì)，其氣候傾向率分別為-9.14、-25.421、-13.204、-15.805 h/10年，其中，夏、冬季減少趨勢(shì)較顯著，春、秋季減少趨勢(shì)較弱（圖2）。

圖2 福州1951—2020年各季日照時(shí)數(shù)的逐年變化曲線

從5年滑動(dòng)平均趨勢(shì)可以看出，春季日照時(shí)數(shù)以1977年、2004年為界分3個(gè)階段：1977年之前為偏多期，1978—2004年為偏少期，2005—2020年為日照多寡交替頻繁變化。夏季日照時(shí)數(shù)以1975年、1992年為界，1975年之前為偏多期，1976—1992年期間日照多寡交替頻繁變化，1993—2020年為日照時(shí)數(shù)偏少期。秋季日照的多寡交替頻繁，階段特征不甚明顯。冬季日照時(shí)數(shù)基本呈3個(gè)階段：以1981年為界，1981年之前為日照時(shí)數(shù)偏多期，之后為偏少期。

2.3 日照時(shí)數(shù)的年代際變化特征

20世紀(jì)50、60年代四季的日照時(shí)數(shù)均為偏多，使得年日照時(shí)數(shù)顯著偏多，其中以夏季偏多最為突出。70年代春季日照時(shí)數(shù)偏少，夏、秋、冬季的日照時(shí)數(shù)偏多使得70年代日照時(shí)數(shù)總體上偏多。80年代、90年代、2011—2020年四季日照時(shí)數(shù)均呈偏少；80～90年代春季的日照、2011—2020年四季日照時(shí)數(shù)均呈偏少，使得年日照時(shí)顯著偏少，其中80年代春、秋季減少顯著，90年代夏季較少異常偏少，2011—2020年夏、冬季節(jié)減少顯著；70年代春季日照時(shí)數(shù)略為偏少，夏秋冬季偏多，年日照時(shí)數(shù)呈偏多。2001—2010年變化與20世紀(jì)70年代相反，春季日照時(shí)數(shù)呈增多變化，夏、秋冬季呈顯著偏少，使得年日照時(shí)數(shù)總體呈偏少（表1）。

表1 福州1951—2020年各年代際、季日照時(shí)數(shù)距平 h

2.4 日照時(shí)數(shù)的年內(nèi)分布特征

從福州市平均日照時(shí)數(shù)年內(nèi)分配特征可以明顯看出，日照時(shí)數(shù)主要集中分布在6—10月，日照時(shí)數(shù)均超過140 h，占全年的54%；其余月份日照時(shí)數(shù)分配比較均衡，為85～121 h。全年日照時(shí)數(shù)最多出現(xiàn)在7月（237.7 h），最少為2月（85.2 h），日照時(shí)數(shù)最多月是最少月的2.8倍多。各年代的年內(nèi)日照時(shí)數(shù)分析表明：70年代、90年代最少日照時(shí)數(shù)出現(xiàn)的時(shí)間有所不同，70年代最低出現(xiàn)在5月，90年代最少出現(xiàn)在3月，其他各年代變化趨勢(shì)基本相似。

2.5 日照時(shí)數(shù)的突變檢驗(yàn)分析

氣候突變是指在較短時(shí)間內(nèi)從一種相對(duì)穩(wěn)定的氣候狀態(tài)向另一種氣候狀態(tài)快速轉(zhuǎn)變，表現(xiàn)出氣候系統(tǒng)的非線性特征。福州市日照時(shí)數(shù)1951—1953年呈減少趨勢(shì)，從1954—1974年呈增加趨勢(shì)，1975—2020年一直呈下降趨勢(shì)，UF和UB線在1980附近發(fā)生交叉，且交叉點(diǎn)處于α=0.01的信度線區(qū)間內(nèi)，UF線自較差點(diǎn)后與1984年后穩(wěn)步下降并穿越-2.56的信度線。由此可見，福州市年日照時(shí)數(shù)在1980年發(fā)生減少突變，日照向著減少的方向變化。

圖3為福州市近70年的四季日照時(shí)數(shù)Mann-Kendall突變檢驗(yàn)曲線。由圖3a可知。福州市春季日照時(shí)數(shù)數(shù)在1951—1979年之間日照時(shí)數(shù)呈增加趨勢(shì),進(jìn)入20世紀(jì)80年后日照時(shí)數(shù)呈減少趨勢(shì)，UF和UB線相交于1973年附近，且交叉點(diǎn)處于α=0.01的置信區(qū)間內(nèi)。

由圖3b可知，夏季日照時(shí)數(shù)在1953年、1956—1958年、1967年、1971年呈增加趨勢(shì)，1972年以來呈減少趨勢(shì)，UF和UB線在1980年附近有交叉點(diǎn)，交叉點(diǎn)處于α=0.01的置信區(qū)間內(nèi)，UF線自交叉點(diǎn)后穩(wěn)步下降并穿過α=0.01顯著檢驗(yàn)性邊界，可見夏季日照時(shí)數(shù)在1980年附近發(fā)生日照時(shí)數(shù)由多向少突變。

由圖3c可知，福州市秋季日照時(shí)數(shù)在1953—1970年呈增多趨勢(shì)，之后日照值2020年日照時(shí)數(shù)呈減少趨勢(shì)，UF和UB線在1977年附近發(fā)生交叉，交叉點(diǎn)處于α=0.01的置信區(qū)間內(nèi)，UF線自交叉點(diǎn)后穩(wěn)步下降并穿過-2.56的信度線，可見秋季日照時(shí)數(shù)在1977年附近日照時(shí)數(shù)減少突變。

由圖3d可知，1954—1977年日照時(shí)數(shù)（除1968年、1972年、1976年日照時(shí)數(shù)減少）呈增多加趨勢(shì)，進(jìn)入1978年以后，日照時(shí)數(shù)呈減少趨勢(shì)，UF和UB兩線相交于1981年，交叉點(diǎn)位于α=0.01置信區(qū)間內(nèi)，自交叉點(diǎn)之后UF穩(wěn)步下降并穿過-2.56的信度線，可見福州市日照時(shí)數(shù)在1981年附近發(fā)生由多向少的突變，并于1993年起日照時(shí)數(shù)呈現(xiàn)顯著減少趨勢(shì)。

圖3 福州市四季的日照時(shí)數(shù)Mann-Kendall突變檢驗(yàn)

3 結(jié)論

近70年來，福州市年日照時(shí)數(shù)呈顯著減少趨勢(shì)，以71.338 h/10年的速率遞減，70年間，輻照日照時(shí)數(shù)減少了499.4 h，日照時(shí)數(shù)年際變化幅度較大，峰值點(diǎn)出現(xiàn)在1963年（2 378.4 h）峰谷點(diǎn)出現(xiàn)在2016年（1 287.2 h），兩者相差大1 091.2 h，較多年是較少年份近2倍之多。

四季日照時(shí)數(shù)變化與年日照時(shí)數(shù)變化基本一致，均呈減少趨勢(shì)，夏、冬兩季減少得多，春季減少最少。

福州市年日照時(shí)數(shù)在1980年附近發(fā)生突變，之后呈減少趨勢(shì)；突變前后年平均日照時(shí)數(shù)相差307.1 h。春季在1973年左右發(fā)生突變，夏季在1980年、秋季在1997年、冬季在1981年也存在突變現(xiàn)象。