贵阳市日照时数时空变化特征及其影响因素研究

2020-03-27金昭贵张皓吴智凤吴世美田梦勤袁硕李娟

农业与技术 2020年3期

金昭贵　张皓　吴智凤　吴世美　田梦勤　袁硕　李娟

摘要：选取1982—2013年贵阳市8个国家气象站的逐月日照时数资料为研究对象，运用气候倾向率、异常年份分析、Mann-Kendall检验和SPSS22软件，对贵阳市日照时数时空变化特征及其影响因素进行分析。结果表明，贵阳市多年平均逐月日照时数呈单峰“M”型特点，四季、年的日照时数呈下降趋势。年日照时数丰裕年出现在20世纪80、90 年代初期、末期，四季日照时数存在不同年份发生异常偏多、偏少，且四季、年日照时数有突变现象。夏季日照时数分布呈现西部-西北部低于其他地区，在贵阳市主城区出现日照时数偏少特征;年日照时数变化的空间差异明显，基本上呈中部向周围地区下降趋势。云量、降水量、降水日数、平均相对湿度、平均水气压对日照时数减少的影响表现明显。

关键词：贵阳市;日照时数;时空变化;异常分析;突变检验

中图分类号：S16

文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200215038

收稿日期：2019-10-31

基金项目：贵州省气象局青年科技基金项目;贵阳市气象局气象科计基金项目（项目编号：筑气科合KF[2018]09号）

作者简介：金昭贵（1983-），男，硕士，工程师。研究方向：气候变化、农业气象等。

近年来，气候变化已成为关注的焦点。除温度、降水气候影响因素外，日照是影响气候变化的主要要素之一，是太陽辐射变化的最直接反映，是农作物生长发育必需条件，也是重要的气候资源，其对合理布局农业生产和农业产业结构的调整具有重要作用。因此深入研究日照时数的时空分布规律及变化趋势，对强化地区气候背景认识和气候变化趋势特点的了解具有重要意义[1-4]。

近年来，学者们对日照时数的气候变化特征及其影响因素做了相关研究。在全球变暖背景下，日照存在“变暗”特征。在美国、西欧、印度、中国等地区的日照时数呈减少趋势，日照变化差异明显[1，5，6]。中国年日照时数呈减少趋势[6]，西南地区、云南、四川、贵州等省日照时数呈减少趋势[7-12]，表现为明显的阶段性、空间变化差异性、盆地减少幅度大于高原、周期性“暗亮”交替等特征。贵州受地形地貌影响，日照时间年总量的空间分布具有明显的地域分布特点[11，12]。贵阳单站日照时数呈现减少趋势及存在突变现象[13]。

贵阳市位于云贵高原东部，是黔中农业经济发展区。前人[13]初步贵阳市单站日照时数变化特征进行了初步分析，然而对整个贵阳市日照时数的时空变化特征及其影响因素进行较为全面系统的分析报道较少，因此本文选取1982—2013年贵阳市8个国家气象站的逐月日照时数资料为研究对象，运用气候倾向率、异常年份分析、Mann-Kendall检验、SPSS22软件和ArcGIS10.2软件Kriging空间插值法，对贵阳市日照时数时空变化特征及其影响因素进行分析，以期了解其气候变化特征，为贵阳地区应对气候变化、农业规划、气候资源开发利用等提供科学参考依据。

1 数据与方法

本文选取贵阳市8个国家气象站1982—2013 年的逐月日照时数、总云量、低云量、平均风速、平均水汽压、降水量、降水日数、平均相对湿度、雾日数资料，数据来源于贵州省气象信息中心，多年平均值采用多站1981—2010年的30a标准值。按照气象规定划分12月—次年2月为冬季，3—5月为春季，6—8月为夏季，9—11月为秋季，通过算数平均法分别建立了贵阳市逐月、逐季、逐年的日照时间序列，分析了贵阳地区近32a日照时数时空变化特征及其影响因素。并运用ArcGis10.2软件Kriging空间插值法绘制该区日照时数变化的空间分布特征。本文气候倾向率[14]采用气候变化线性趋势分析、异常年份分析法[10]选取世界气象组织对气候异常提出的判别标准，突变特征采分析用Mann-Kendall检验法[15]。

2 结果与分析

2.1 日照时数的时空变化特征

2.1.1 日照时数的月变化分析

统计逐月日照时数结果显示（图1），贵阳市逐月日照时数呈单峰“M”型特点，8月逐月日照时数达到最高峰，为日照时数最多的月份，日照时数162.2h。日照时数逐月除2月、3月外其它月份均呈下降趋势（表1）。

2.1.2 日照时数季节时空变化特征

据统计分析可知（图2），春、夏、秋、冬四季多年平均日照时数分别为99.1h、142.1h、88.4h、49.0h，四季的日照时数呈下降趋势，气候倾向率为夏季（-9.35h/10a）>春季（-4.434h/10a）>秋季（-4.41h/10a）>冬季（-2.66h/10a），四季变化趋势均表现为显著水平（在α=0.05水平通过检验）。

通过计算贵阳市8个国家站夏季日照时数及其线性变化趋势，得出气候倾向率，绘制贵阳市夏季日照时数空间分布图和气候倾向率分布图。结果显示（图3），贵阳市夏季日照时数分布呈现西部-西北部低于其他地区，在贵阳市主城区出现日照时数偏少特征。主要表现为在主城区、修文县大部分地区、清镇市中北部、息烽西部及南部、白云区西北部地区日照时数丰裕。从气候倾向率变异分布情况显示（图4），贵阳市南部、主城区、中部地区日照时数气候倾向率变化较大，集中于该区域。

2.1.3 年日照时数时空变化特征

计算贵阳市8个国家站逐年日照时数统计表明，1982—2013年贵阳市年平均日照时数为1135.1h，最高为1357.8h（1987年），最低为800.6h（2012年），极差557.2h，表明其年日照时数变幅较大。贵阳市逐年日照时数整体呈减少趋势（图5），减少速率为53.3h /10a（通过在α=0.05水平上的显著性检验）。从贵阳近32a日照时数的年代际变化（图5）分析可见，20世纪80、90年代，除1997年表现为负距平外，日照时数为正距平。21世纪初，贵阳的日照时数2005年、2008年表现为负距平，其余年份为正距平距，日照时数高于多年平均值。

分别计算贵阳市8个国家站全年日照时数及其线性变化趋势，得出气候倾向率，最后绘制出日照时数

的空间分布图（图6）和气候倾向率的空间分布图

（图7）。贵阳市年平均日照时数在800.6～1357.8 之间，空间分布趋势高值区出现在修文县南部、清镇市东部、白云区西北部。低值区主要出现在主城区，年日照时数变化的空间差异明显，基本上呈中部向周围地区下降趋势，低值区出现在白云区，平均气候倾向率为-140.7h/10a。

2.2 异常突变年份分析

2.2.1 异常年份分析

日照时数进行异常计算统计分析显示（表2），贵阳市年日照时数异常偏多年份均出现在20世纪80、90 年初期、末期。异常偏少年份出现在2012年，偏多年份出现在1987年、1990年。异常偏少年份较多年平均值偏少248.7h，偏多年份较多年平均值偏多308.6h、263.5h。从季节的异常分析可见，贵阳春季异常年份偏多年份1987年、1998年、2002年、2007年，异常偏少年份为1996年;夏季异常偏多年份为1984年、1990年，偏少年份为2007年、2012年;秋季异常偏多年份为1992年、1998年，偏少年份为2012年;冬季异常偏多年份为1987年、1993年，异常偏少年份为1995年、2006年。

2.2.2 突变特征分析

運用Mann-Kendall方法对贵阳市年日照时数和四季进行突变分析，结果显示（图4），贵阳市年日照时数UF曲线和UB曲线存在交点，通过α=0.05的检验，时间在1994年前后发生突变，从季节上看（图略），四季UF曲线与UB曲线在信度线内均存在交点，通过α=0.05的检验，表明四季均出现突变。春季日照时数在增加过程中发生了突变，时间在2008 年前后，夏季日照时数在减少过程中也发生了突变，时间在1992年前后，秋、冬季日照时数在下降过程中发生突变，秋季在1992年、1995年、1998年、2001年存在上升或下降过程中发生转折突变，冬季日照时数在冬季1987年、1992年、1995年、1998年、2009年、2011年发生了转折突变。

3 影响年日照时数的气象要素分析

运用SPASS22软件，选择总云量、低云量、平均水气压、降水量、平均风速、降水日数、雾日数、平均相对湿度等因子分析与日照时数的相关、主成分关系。结果显示如下。

年日照时数与总云量、低云量、降水量、降水日均呈显著负相关关系（均通过α= 0.01的信度检验），相关系数分别为-0.656、-0.852、-0.223、-0.466，而与平均相对湿度呈显著负相关关系（通过α=0.05的信度检验），相关系数为-0.433，雾日数与日照时数也呈负相关关系，但未通过显著性检验。选择通过相关显著性检验的因子数据进行标准化处理后做主成分分析，结果表明，KMO为0.71>0.7，Bartlett球形检定显著性p=0.000，2个成分特征值分别为3.419、1.483，均>1，且累计贡献率=81.7%，可以提取2个因子。分析因子载荷显示2个主成分，平均总云量、平均相对湿度、降水日数在成分1上有较高载荷，平均低云量在成分1上有较高载荷。

春季，日照时数与总云量、低云量、降水日数均通过α=0.01信度检验，呈显著性负相关，其相关系数分别为-0.656、-0.852、-0.466，平均相对湿度与日照时数呈显著性负相关，通过α=0.05的信度检验;降水日数、雾日数与日照时数呈负相关，未通过显著性检验。夏季，日照时数与总云量、低云量、平均水气压、降水量、降水日数、平均相对湿度分别通过在α=0.01、α=0.05信度检验，均呈显著性负相关，其相关系数分别为-0.716、-0.889、-0.466、-0.428、-0.620、-0.608;雾日数与日照时数呈负相关，未通过显著性检验。秋季，日照时数与总云量、低云量、平均水气压、降水日数、平均相对湿度分别通过在α=0.01、α=0.05信度检验，均呈显著性负相关，其相关系数分别为-0.878、-0.866、-0.363、-0.657、-0.646;降水量、平均风速、雾日数与日照时数呈负相关，未通过显著性检验。冬季，日照时数与总云量、低云量、降水日数、平均相对湿度分别通过在α=0.05信度检验，均呈显著性负相关，其相关系数分别为-0.969、-0.913、-0.756、-0.641;降水量、雾日数与日照时数呈负相关，未通过显著性检验。

前人发现日照变化受观测日照的仪器、大气气溶胶影响[11，12]，同时，贵阳市国家台站观测环境的影响也是导致日照减少的原因。从年份上分析，年日照时数的变化受总云量、降水日数、相对湿度影响。从季节上看，春季日照时数变化与平均总云量、平均相对湿度、降水日数影响;夏季日照时数变化受总云量、低云量、平均水气压、降水量、降水日数、平均相对湿度影响。秋季日照时数变化受总云量、低云量、降水日数、平均相对湿度影响，冬季日照时数与总云量、低云量、降水日数、平均相对湿度影响。综上发现云量、降水量、降水日数、平均相对湿度、平均水气压对日照时数减少的影响表现明显，尤其是夏季日照时数显著减少，相关因子的增多对全年、夏季日照时数的减少贡献最大。

4 结论

贵阳市多年平均逐月日照时数呈单峰“M”型特点，8月逐月日照时数达到最高峰;四季、年的日照时数呈下降趋势，代际变化显示1997、2005年、2008年表现为负距平，丰裕年出现在20世纪80、90 年初期、末期。

贵阳市年日照时数异常偏多年份均出现在20世纪80、90 年初期、末期。四季日照时数在不同年份发生异常偏多和偏少。突变分析显示年日照时数UF曲线和UB曲线存在交点，时间在1994年前后发生突变;四季UF曲线与UB曲线在信度线内均存在交点，四季均出现突变特征。

贵阳市夏季日照时数分布呈现西部-西北部低于其他地区，在贵阳市主城区出现日照时数偏少特征;年平均日照时数在800.6～1357.8 之间，年日照时数变化的空间差异明显，基本上呈中部向周围地区下降趋势。

日照時数与影响因子的相关分析、主成分分析表明，年日照时数的变化受总云量、降水日数、相对湿度影响。整体上云量、降水量、降水日数、平均相对湿度、平均水气压对日照时数减少的影响表现明显，尤其是夏季日照时数显著减少，相关因子的增多对全年、夏季日照时数的减少贡献最大。

参考文献

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