近50年连山县日照时数变化特征分析

杨鑑斌 彭窈 阮楚雯

摘要利用连山县1966—2015年日照时数资料，采用线性趋势分析、小波变换和Mann-Kendall突变检验等方法对近50年连山县日照变化进行了分析。结果表明，近50年连山县年日照时数总体呈减少趋势，变化率为-5.05 h/a，减少趋势非常显著;春、夏、秋、冬各季日照时数变化总体都呈减少趋势，气候倾向率分别为-0.74、-2.20、-1.44、-0.59 h/a。连山县年日照时数存在明显的多时间尺度变化，准16年特征时间尺度的周期振荡为主周期，25～28年尺度为第2周期。年日照时数在20世纪90年代初发生突变，具体是从1990年开始的。

关键词日照时数;趋势分析;小波变换;Mann-Kendall突变检验;多时间尺度;连山县

中图分类号S161.1文献标识码A

文章编号0517-6611（2019）03-0212-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.03.066

日照是重要的气候因子，也是人类可以开发利用的可再生能源，对农业、林业生产乃至人类日常生活生产都有着重要意义。深入开展日照时数变化特征的研究，不仅可以更好地了解该地区的气候背景和气候资源，而且对该地区的农林业生产、太阳能开发利用、旅游资源开发等具有重要的现实意义。近年来有不少专家、学者对全国以及地区的日照时数变化特征进行了研究，如任国玉等[1]研究认为，1956—2002年我国年平均日照时数呈现出明显的减少趋势;赵东等[2]分析指出，1961—2007年我国日照时数总体呈现出下降的趋势，且具有明显的季节差异，夏季下降趋势最为明显;叶瑜等[3]对广西89个气象台站1961—2010年的日照资料进行分析，结果表明，近50年广西区域年日照时数总体呈下降趋势;史建桥等[4]分析了甘肃省26个气象台站1961—2010年日照时数的时空变化和突变特征，结果表明，近50年来甘肃省年日照时数表现为缓慢的下降趋势，四季日照时数未发生显著突变;杨玲珠等[5]分析表明，1955—2013年邯郸市年日照时数总体呈减少趋势，Mann-Kendall突变检验表明年日照时数在1982年发生了明显的突变;其他一些相关的研究也表明了我国大部分地区的日照时数呈现出明显的下降趋势[6-10]。笔者利用连山县1966—2015年逐年、逐月的日照时数资料，采用线性趋势分析和小波变换等方法，对该县的日照时数变化特征进行分析，并采用Mann-Kendall突变检验法对其进行突变检验，旨在于找出连山县日照時数的变化特征和规律，提高对连山县气候变化特征和规律的认识，为当地农林业生产、太阳能开发利用以及旅游资源开发等提供科学依据。

1材料与方法

1.1资料来源所用资料为连山县气象局提供的连山县1966—2015年逐年、逐月日照时数资料。

1.2研究方法

1.2.1线性趋势分析。采用的是一元线性回归分析，即y=ax+b，其中b为常数项，a是气候变化倾向率（回归系数）。当a>0时，表示气候变化呈上升趋势;当a<0时，表示呈下降趋势。并采用t检验法来检验线性倾向趋势的显著性，公式为：

t=n-2×r/1-r2（1）

其中，r为线性趋势系数（相关系数）。显著水平α取0.05，查t分布表，当|t|>tα，则说明线性变化趋势是显著的。

1.2.2小波变换方法。它是研究大气多时间尺度变化的有力工具，它能清晰地揭示出隐藏在时间序列中的多种变化周期，充分反映要素值在不同时间尺度中的变化趋势，并能对其未来发展趋势进行定性估计。该研究选择Morlet小波作为基小波，其表达式为：

Ψ（t）=ejω0te-t2/2（2）

1.2.3Mann-Kendall法[11]。它是一种非参数统计检验方法，其优点是不需要样本遵从一定的分布，也不受少数异常值的干扰，更适用于类型变量和顺序变量，计算也比较简单。通过分析统计序列UF和UB可以进一步分析序列x的趋势变化，而且可以明确突变的时间，指出突变的区域。若UF值大于0，则表明序列呈上升趋势;小于0则表明呈下降趋势;当它们超过临界直线（一般给定显著性水平α=0.05，那么临界值U0.05=±1.96）时，表明上升或下降趋势显著。如果UF和UB这2条曲线出现交点，且交点在临界直线之间，那么交点对应的时刻就是突变开始的时刻[11]。

2结果与分析

2.1日照时数的年际和季节变化

从图1可以看出，20世纪60年代中期—70年代中期，连山县年日照时数缓慢减少;70年代中期—80年代中期缓慢增加;80年代中期—90年代中后期大幅减少;90年代中后期—2005年变为大幅增加;2005年以后开始转为减少趋势，并持续至今。近50年来连山县年平均日照时数为1 372.8 h，年日照时数最大值出现在1986年（1 754.1 h），最小值出现在1997年（971.3 h），最大值和最小值相差达782.8 h，说明日照时数年际变化幅度很大。近50年来连山县年日照时数总体呈振荡减少趋势，变化率为-5.05 h/a，近50年减少了约252.5 h，对年日照时数变化趋势进行显著性t检验，取显著性水平α=0.05时，查t分布表可得tα=2.011 0，由公式（1）计算得到t=3.339 5，t值大于tα值，说明年日照时数减少的趋势非常显著。

从1966—2015年连山县春季（3—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11月）、冬季（12月—次年2月）日照时数逐年变化（图2）可以看出，夏秋两季的日照时数明显多于春冬两季，春、夏、秋、冬四季年平均日照时数分别为222.6、459.5、438.6和252.5 h，其中夏季年平均日照时数最多，春季最少，夏季年平均日照时数是春季的2倍以上，说明连山县日照时数的季节变化特征较明显。从变化趋势上看，近50年连山县四季日照时数变化趋势与年日照时数变化趋势相同，都呈减少趋势，但各季的减少速率有所不同，春季、夏季、秋季、冬季的气候倾向率分别为-0.74、-2.20、-1.44、-0.59 h/a，由此看出夏季的日照时数减少趋势最明显，秋季和春季次之，冬季的减少趋势最不明显。各季日照时数的变化幅度也有所不同，其中夏季、秋季、冬季的变化幅度较大，分别为355.0、310.6、314.1 h，春季的变化幅度最小，仅为201.9 h。分别对春、夏、秋、冬各季日照时数变化趋势进行显著性t检验，由公式（1）算得t值分别为1.624 6、2.996 8、1.973 9、0.921 8，夏季的变化趋势通过了显著性水平α=0.05的检验，说明夏季的日照时数减少趋势非常显著;秋季的变化趋势通过了显著性水平α=0.05的检验，说明秋季的日照时数减少趋势也较为显著;春季和冬季的变化趋势没有通过显著性水平α=0.05的检验，说明春季和冬季的日照时数减少趋势不显著。

2.2日照时数的小波分析

由图3可见，近50年来连山县年日照时数变化存在2个明显的特征时间尺度周期振荡，分别为25～28年和准16年周期振荡。这2个时间尺度的周期振荡强度都非常强，而且振荡基本贯穿了整个时段，在整个分析时段表现非常稳定，具有全域性。在25～28年周期振荡中，连山县年日照时数大致经历了4个交替变化时期：20世纪70年代中期之前的偏少期、70年代中期—90年代初的偏多期、90年代初—2008年的偏少期、2009—2015年的偏多期;而在准16年周期振荡中，连山县年日照时数大致经历了6个交替变化时期：20世纪70年代初之前的偏多期、70年代初—80年代初的偏少期、80年代初—90年代初的偏多期、90年代初—2001年的偏少期、2002—2010年的偏多期、2011—2015年的偏少期。

从1966—2015年连山县年日照时数的小波方差图（图4）可以看出，近50年内小波方差存在2个较为明显的峰值，它们分别对应着25～28年和准16年的特征时间尺度，其中，最大峰值对应着准16年的特征时间尺度，说明准16年的周期振荡最强烈，为年日照时数变化的主周期;25～28年特征时间尺度对应着第2峰值，为年日照时数变化的第2周期。

2.3日照时数的突变分析

气候突变是指气候从一种稳定态或稳定持续的变化趋势跳跃式地转变到另一种稳定态或稳定持续的变化趋势的现象，它表现为气候在时空上从一个统计特性到另一个统计特性的急剧变化[11]。从图5可以看出，20世纪60年代中期—70年代末，连山县年日照时数呈减少趋势;70年代末—90年代初，年日照时数呈增多趋势;90年代初以后，年日照时数呈减少趋势，其中1997年以后减少趋势超过了α=0.05临界线，表明这段时间内减少趋势十分显著，且这种减少趋势很大可能会延续到2015年以后。UF和UB曲线的交点在临界直线之间，说明交点对应的时刻就是突变开始的时刻，根据交点的位置，确定连山县年日照时数在20世纪90年代的减少是一突变现象，具体是从1990年开始的。

3结论

（1）近50年来连山县年平均日照时数为1 372.8 h，最大值出現在1986年（1 754.1 h），最小值出现在1997年（971.3 h），两者相差达782.8 h，日照时数的年际变化幅度很大。连山县年日照时数总体呈减少趋势，气候变化率为-5.05 h/a，通过了显著性t检验，说明下降趋势非常显著。

（2）近50年来连山县春夏秋冬四季年平均日照时数分别为222.6、459.5、438.6和252.5 h，其中夏季年平均日照时数最多，春季最少，夏秋两季的日照时数明显多于春冬两季，

日照时数的季节变化特征较明显。四季的日照时数变化趋

势与年日照时数变化趋势相同，都为下降趋势，但是变化率各有不同，夏季和秋季的日照时数减少趋势最明显，气候变化率分别为-2.20和-1.44 h/a，且都通过了显著性t检验，说明减少趋势较显著;春季和冬季的日照时数减少趋势较不明显，气候变化率分别仅有-0.74和-0.59 h/a，且无法通过显著性水平α=0.05的检验，说明春季和冬季的日照时数减少趋势不显著。

（3）近50年来连山县年日照时数存在2个较明显的特征时间尺度周期振荡，分别为25～28年和准16年，2个时间尺度的周期振荡强度都非常强，而且振荡基本贯穿了整个时段，在整个分析时段表现非常稳定，具有全域性。由小波方差图可知，准16年特征时间尺度的周期振荡为主周期，25～28年特征时间尺度的周期振荡为第2周期。

（4）经Mann-Kendall检验表明，20世纪60年代中期—70年代末，连山县年日照时数呈减少趋势;70年代末—90年代初，年日照时数呈增多趋势;90年代初以后，年日照时数呈减少趋势，且这种减少趋势很大可能会延续到2015年以后。连山县年日照时数在20世纪90年代的减少是一突变现象，具体是从1990年开始的。

安徽农业科学2019年

参考文献

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