天水市日照时数的气候变化特征

强玉柱，姚延锋，朱恩超，谢蕊

（甘肃省天水市气象局，甘肃天水741000）

摘要：选取天水市7 个气象站1965—2011 年日照时数资料，采用累积距平、Mann-Kendall 突变检验法和Morlet 小波等方法，分析天水市日照时数的气候变化规律。结果表明，天水市年平均日照时数总体呈减少趋势。1965—1980 年，日照时数呈增加趋势；1981—1992 年呈减少趋势；1993—2008 年呈增加趋势；2009 年以后又趋于减少。日照时数的变幅最大的季节为夏季，春季的日照时数变化呈上升趋势，其余各季都呈下降趋势。小波分析得出天水市的全年和各季的日照时数大部都存在小尺度的准周期变化，冬季存在中尺度的周期变化，夏季在年代际的变化上存在准27 年的周期变化。对日照时数气候变化的空间分析表明，天水市整体平均日照时数呈下降趋势，有局部地方和整体趋于的气候变化趋势不完全相同，天水北部的变化趋势更加显著。

关键字：日照时数；时空分布特征；累积距平；Mann-Kendall；小波分析；天水

中图分类号：S162.3 文献标志码：A 论文编号：2014-0786

基金项目：甘肃省强对流天气预报预警系统建设项目；公益性行业(气象)科研专项(GYHY201306006)

作者简介：强玉柱，男，1979 年出生，工程师，主要从事气候预测和气候变化规律应用研究。通信地址：741000 天水市岷山路64 号，Tel：0938-8384461，E-mail：qyz120_2002@163.com。

收稿日期：2014-08-08，修回日期：2014-09-26。

0 引言

研究表明，自1861 年来全球的平均地表温度呈增加的趋势[1]。由于气候变化能够使大气物理和化学结构发生变化，太阳辐射能也因此发生了变化[2]。日照是重要的气候因子，也是农作物生长发育不可缺少的条件，并且是气候资源的重要组成部分之一[3]。所以，研究日照的变化趋势，对合理布局农业生产和农业结构的调整有着很重要的作用[3]。近些年来，有很多研究者对日照时数变化趋势以及影响因素做了大量的分析。任国玉[4]等发现中国近50 年的日照时数呈明显减少趋势，主要特点为平原大于山区、东部大于西部。陈少勇[5]等研究得出，在西北地区大多数的日照时数显著减少，而且冬季日照最少，夏季最多。目前也有很多地区都对当地日照时数的变化作了很多的研究[6-11]。天水的果林业是当地主要支柱产业之一[12]，其中苹果、桃子、葡萄、核桃和大樱桃是当地的特色林果，该地的生态气候特性以及气候因素直接关系到特色林果的产量，特别是日照时数也对其品质有着直接的作用，因此针对该地区研究日照时数的变化是很有必要的。天水市地处副热带北缘和青藏高原东部边坡地带，地形复杂，深居内陆，远离海洋，大陆性季风气候特征明显，属温带半湿润半干旱区[13]。文中针对天水市日照时数的变化趋势进行分析，了解其气候变化特征，这为当地的林果业生产提供了依据。

1 资料与方法

选取资料为1965—2011 年天水市7 个气象站（秦州、麦积、清水、张家川、秦安、甘谷、武山）的逐月、逐年日照时数。按12月—2 月为冬季，3—5 月为春季，6—8月为夏季，9—11 月为秋季，形成季序列以及年序列[14]。利用累积距平[15]的方法分析近47 年天水市日照时数的逐年变化趋势；应用Mann-Kendall突变检验方法[16]，对全年和各季的日照时数进行突变点检验；采用Morlet 小波分析方法[15]，分析年和各季平均日照时数变化周期。

2 日照时数气候变化趋势

2.1 日照时数的年代际变化

图1 是天水市年日照时数的逐年变化和累积距平变化，其中图1a 中粗实线是日照时数和年时间序列的六阶拟合趋势线，相关系数为0.5243，通过了95%的置信度检验，可见天水市日照时数有明显的年际波动，并在21 世纪初出现了日照时数峰值，80 年代出现了低谷，21 世纪初的峰值小于20 世纪60 年代初的水平；细实线为日照时数与时间序列的线性拟合，相关系数为0.2161，没有通过95%的信度检验，天水市平均日照时数总体呈减少趋势，平均递减率为-24.19h/10a（见表1）。

从逐年累积距平变化曲线（见图1b）可以看出，天水市近47 年来年日照时数有4 个变化：1965—1980年，日照时数呈增加趋势；1981—1992 年呈减少趋势；1993—2008年呈增加趋势；2009年以后又趋于减少。

2.2 日照时数的季节变化

从天水市全年、各季节不同年代的日照时数距平值（见表1）可以看出，年日照时数20 世纪60 年代最多，70 年代次之，80 年代最少，90 年代有所增加，但21世纪初又开始减少。

春季的日照时数则是在21 世纪初最多，20世纪80年代最少，90 年代在逐渐增加，并在21 世纪初又呈正距平，增加幅度较大，春季日照时数的气候倾向率为3.007h/10a。夏季、秋季和冬季日照时数的变化趋势一致，日照时数的气候倾向率分别是- 5.443h/10a、-4.233h/10a、-2.944h/10a，都呈减少趋势，从距平百分比来看，都成双谷型，均在20 世纪80 年代和21 世纪初出现低谷，其中夏季的年际变幅最大，在20 世纪80 年代到了-9.3%，在60 年代达到了10.1%。

2.3 日照时数周期变化特征

为了分析日照时数的多时间尺度特征，对年、季的日照时数进行了小波分析，从小波方差和小波系数的变化过程可以判断日照时数序列周期及未来变化趋势特征[17]。计算发现，天水市的年、季日照时数都存在多个比较明显的周期（见图2），年日照时数存在4 年、8 年的准周期变化，春季存在3 年、6 年的准周期变化，夏季主要体现在年代际的变化上，存在准27 年的周期变化，秋季存在2 年、4 年和7 年的准周期变化，冬季存在2 年、4 年、7 年和16年的准周期变化。

通过Mann-Kendall 突变检验发现，天水市的年、季日照时数虽然UF和UB都存在交点，但均未通过a=0.05 的检验，因此没有显著地突变年份。

2.4 日照时数气候变化趋势的时空分析

分别计算天水市7 个站点全年以及各季日照时数的线性变化趋势，得出气候倾向率，最后绘制出气候倾向率的空间分布图（见图3）。从图3 可以看出，天水市整体平均日照时数呈下降趋势，整个区域的气候变化趋势基本一致。全年日照时数变化（图3a）除天水西部外，其他各站均呈下降趋势，其中北部的秦州、秦安、张家川变化趋势明显，相关系数都通过了0.05 的显著性水平。春季的日照时数变化除秦安外均呈上升趋势。夏季、秋季和冬季的日照时数变化趋势一致，除了天水东南部外，均呈下降趋势，并且除武山外，其余各站相关系数都达到了0.05 的显著性水平，其中夏季的日照时数变化下降趋势更为显著。由此见，近47 年来，天水市各站全年和各季节的日照时数变化大部呈下降趋势，春季呈上升趋势，夏季、秋季和冬季的日照时数表现为较一致的下降趋势。

3 讨论

导致日照时数减少的主要原因是大气透明度、水汽压和太阳辐射[18-19]。随着气候变暖，工业污染导致大气的能见度减小，大气气溶胶增多，也是影响日照时数减少的因素之一。同时日照时数也与经纬度、海拔高度等有关。大气环流以及天气系统的影响也直接关系着该地的日照时数的变化。文中分析结果表明，天水市的日照时数总体减少，这是对气候变暖的响应；从季节变化来看，只有春季的日照时数是上升趋势，春季恰恰是林果生长发育阶段，充分的日照使得林果更好的生长，这也为该地林果种植提供了一定的科学依据；从空间分布来看，天水北部的日照时数变化最为显著，从气候背景分析，这里不宜种植林果。

4 结论

（1）天水市年平均日照时数有明显的年际波动，总体呈减少趋势，平均递减率为-24.19h/10a，在21 世纪初出现了峰值，20 世纪80 年代出现了低谷。日照时数的变幅最大的季节为夏季，其次是春季，秋季和冬季变化不明显。各季中唯独春季的日照时数变化呈上升趋势，其余各季都呈下降趋势。

（2）通过突变检验，没有发现天水市年、季有显著的突变点出现。利用小波分析得出天水市的全年日照时数存在4 年、8 年的准周期变化，春季存在3 年、6 年的准周期变化，夏季在年代际的变化上存在准27 年的周期变化，秋季和冬季都存在2 年、4 年和7 年的准周期变化，冬季同时还存在16年的准周期变化。

（3）对日照时数气候变化的空间分析表明，天水的日照时数变化对气候变化的响应十分明显。天水市整体平均日照时数呈下降趋势，局部地方气候变化趋势和整体不完全相同。尤其是天水北部，日照时数的下降趋势最为显著，可见该地不易种植林果；春季的日照时数除天水北部外，均呈增加趋势，对于林果的生长发育十分有利。

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