陜西省日照時(shí)數(shù)季節(jié)變化特征分析

高 蓓，衛(wèi)海燕，郭彥龍，董金芳

（1．陜西師范大學(xué) 旅游與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安710062；2．陜西省農(nóng)業(yè)遙感信息中心，陜西 西安710015）

20世紀(jì)全球氣候增暖顯著［1］，太陽作為地球的能源，其活動(dòng)變化是氣候變化的主要驅(qū)動(dòng)力［2］。日照時(shí)數(shù)作為太陽活動(dòng)的表現(xiàn)形式，是氣候資源的重要因素之一，研究其變化特征對(duì)清潔能源開發(fā)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)合理布局和旅游資源的發(fā)展有著重要意義［3－5］。近幾十年來，國內(nèi)外有不少學(xué)者對(duì)太陽輻射、日照時(shí)數(shù)的氣候變化進(jìn) 行 過 研 究。Standil等［6］，Wild 等［7］，Power［8］，Kaiser等［9］研究發(fā)現(xiàn)全球許多地區(qū)到達(dá)地面的太陽輻射變化明顯，其中20世紀(jì)50—80年代全球大部地區(qū)太陽輻射是下降的，80年代以后，全球部分地區(qū)太陽輻射呈上升趨勢(shì)。徐宗學(xué)等［10］認(rèn)為黃河流域1958—2001年的日照時(shí)數(shù)總體上呈下降趨勢(shì)。郭軍等［11］發(fā)現(xiàn)近40a天津地區(qū)日照時(shí)數(shù)呈明顯的下降趨勢(shì)，能見度下降是造成日照時(shí)數(shù)減少的主要原因。何彬方等［12］認(rèn)為1955年以來，安徽省年日照時(shí)數(shù)呈顯著減少的趨勢(shì)，除春季變化不明顯外，其他季節(jié)顯著減少。華維等［13］指出近47a來青藏高原四季和年代際日照時(shí)數(shù)總體呈減少趨勢(shì)，但有明顯的區(qū)域差異；近35a青藏高原年日照時(shí)數(shù)則表現(xiàn)為青藏高原西部、西藏西南部和青海西南部年日照時(shí)數(shù)增加，其他地區(qū)以減少趨勢(shì)為主。吳林榮等［14］認(rèn)為陜西太陽輻射和日照時(shí)數(shù)呈現(xiàn)出一致性的從北到南遞減趨勢(shì)，且在渭北高原一帶存在太陽輻射和日照時(shí)數(shù)的次高區(qū)，同時(shí)指出了陜北地區(qū)4—8月，關(guān)中、陜南地區(qū)5—8月是太陽能資源利用的最佳時(shí)期。然而，針對(duì)陜西省日照時(shí)數(shù)季節(jié)空間分布變化特征的研究目前還未看到［15－19］。

本文以陜西省境內(nèi)95個(gè)氣象臺(tái)站的觀測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析陜西省日照時(shí)數(shù)四季的時(shí)空變化特征，以期對(duì)陜西農(nóng)業(yè)資源布局和清潔能源的開發(fā)利用提供參考。

1 資料與方法

所用資料為陜西省95個(gè)氣象站點(diǎn)逐月的日照時(shí)數(shù)觀測資料。所選數(shù)據(jù)時(shí)段為1961—2010年，對(duì)每個(gè)臺(tái)站的資料進(jìn)行整理和質(zhì)量檢測，獲取其季節(jié)特征序列。季節(jié)劃分是：3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季，12月至翌年2月為冬季。所用的統(tǒng)計(jì)方法有氣候傾向率、非參數(shù)Mann—Kendall（簡稱M—K）檢驗(yàn)、EOF分析和灰色關(guān)聯(lián)分析［20－23］。

2 四季日照時(shí)數(shù)的變化趨勢(shì)分析

2．1 四季日照時(shí)數(shù)的變化趨勢(shì)

從陜西省四季日照時(shí)數(shù)的逐年變化，逐年累積距平變化，M—K統(tǒng)計(jì)量曲線（表1—2，圖1）可以看出，春季和秋季日照時(shí)數(shù)變化表現(xiàn)為上升趨勢(shì)，夏季和冬季日照時(shí)數(shù)表現(xiàn)為下降趨勢(shì)，其中夏季日照時(shí)數(shù)下降最顯著（通過了p＝0．01的顯著性檢驗(yàn)），每10a下降21．16h，β值為－2．28，下降轉(zhuǎn)折從1980年開始，1961—1980年夏季日照時(shí)數(shù)基本高于50a平均值，其后基本低于50a平均水平。冬季日照時(shí)數(shù)時(shí)數(shù)每10a下降7．95h（未通過p＝0．05的顯著性檢驗(yàn)），β值為－0．85，下降轉(zhuǎn)折點(diǎn)為1983年。春季日照時(shí)數(shù)時(shí)數(shù)每10a上升8．56h（未通過p＝0．05的顯著性檢驗(yàn)），β值為0．46，上升轉(zhuǎn)折點(diǎn)為1998年。秋季日照時(shí)數(shù)時(shí)數(shù)每10a上升0．72h，β值為0．09，即秋季日照時(shí)數(shù)無明顯變化。

進(jìn)一步分析月日照時(shí)數(shù)變化趨勢(shì)可知，夏季日照時(shí)數(shù)的顯著下降是因?yàn)?，7，8月日照時(shí)數(shù)減少趨勢(shì)的M—K統(tǒng)計(jì)值均超過2．5，都通過0．01的信度顯著性檢驗(yàn)；春季以5月，冬季以1月的貢獻(xiàn)率最大，1月和5月日照時(shí)數(shù)趨勢(shì)的M—K統(tǒng)計(jì)值分別為－2．21和2．47，都通過了p＝0．05的顯著性檢驗(yàn)；秋季3個(gè)月日照時(shí)數(shù)減少趨勢(shì)的M—K統(tǒng)計(jì)值均未通過0．05的信度顯著性檢驗(yàn)。

表1 1961－2010年陜西省各年代、各季日照時(shí)數(shù)及變化傾向率

表2 1961－2010年陜西省日照時(shí)數(shù)時(shí)數(shù)的特征值分析

從地區(qū)上來看，陜北日照時(shí)數(shù)在春季上升最顯著（通過了0．05的信度顯著性檢驗(yàn)），關(guān)中日照時(shí)數(shù)在夏季下降最顯著（通過了0．01的信度顯著性檢驗(yàn)），陜南日照時(shí)數(shù)在夏季和冬季下降最顯著（通過了0．01的信度顯著性檢驗(yàn)）。

2．2 四季日照時(shí)數(shù)變化趨勢(shì)的空間分布

分季節(jié)對(duì)陜西省的95個(gè)臺(tái)站日照時(shí)數(shù)作EOF分析，得到其載荷向量LV能較好地反映陜西季日照時(shí)數(shù)的空間特征。圖2為四季第1特征載荷向量的空間分布，可以看出：

（1）春季，前5個(gè)模態(tài)分別占總方差的64．5%，6．4%，3．4%，2．8%和2．4%。第1模態(tài)體現(xiàn)了陜西春季日照時(shí)數(shù)空間分布的主要特征。從第1載荷向量的分布來看，全省為一致的正值分布，正值中心位于銅川、寶雞的中北部和西安的東部，反映了陜西日照時(shí)數(shù)時(shí)數(shù)的變化在第1空間尺度上具有較好的全省一致性特征。

（2）夏季，前5個(gè)模態(tài)分別占總方差的62．5%，8．1%，4．2%，3．4%和2．5%。第1模態(tài)載荷向量場正中心區(qū)主要位于寶雞西部、延安的中部，全省為一致的正值區(qū)。

圖1 1961－2010年陜西省四季日照時(shí)數(shù)的Mann－Kendall統(tǒng)計(jì)量曲線

圖2 陜西省四季日照時(shí)數(shù)EOF分析的第1載荷向量場

（3）秋季，前5個(gè)模態(tài)分別占總方差的71．8%，5．0%，3．4%，2．6%和1．9%。第1模態(tài)載荷向量場的正中心區(qū)主要位于渭北地區(qū)、延安的大部、西安的東部，陜西全省為一致的正值區(qū)。

（4）冬季，前5個(gè)模態(tài)分別占總方差的71．4%，6．0%，3．8%，2．7%和2．1%。第1模態(tài)載荷向量場正中心區(qū)主要位于延安中部、寶雞中部、漢中中部，陜西全省為一致的正值區(qū)。

根據(jù)圖3中年代際尺度曲線的趨勢(shì)變化并結(jié)合特征向量場和時(shí)間系數(shù)的符號(hào)可知，陜西春季日照時(shí)數(shù)在1982年之前偏多，1983—1993年則明顯偏少，呈下降趨勢(shì)，1994—2010年又有所回升。夏季日照時(shí)數(shù)在1979年之前偏多，之后則偏少，呈明顯下降趨勢(shì)。結(jié)合特征向量場和時(shí)間系數(shù)的符號(hào)可知，陜西秋季日照時(shí)數(shù)在1980年之前偏多，1981—1989年則明顯偏少，呈明顯下降趨勢(shì)，1990年以后偏多，呈明顯的上升趨勢(shì)。陜西冬季日照時(shí)數(shù)在1988年之前偏少，1989年以后偏多，呈明顯的上升趨勢(shì)。

圖3 陜西省四季日照時(shí)數(shù)EOF分析的第1模態(tài)的時(shí)間系數(shù)

綜上所述，陜西省四季的日照時(shí)數(shù)變化趨勢(shì)相近，下降主要表現(xiàn)在延安中部和寶雞西部，但不同季節(jié)氣候變異中心位置有所不同。

3 結(jié) 論

（1）就季節(jié)差異而言，陜西省日照時(shí)數(shù)變化在春季和秋季表現(xiàn)為上升趨勢(shì)，夏季和冬季表現(xiàn)為下降趨勢(shì)，其中夏季日照時(shí)數(shù)下降最顯著（通過了p＝0．01的顯著性檢驗(yàn)）。

（2）就月日照時(shí)數(shù)變化而言，6，7，8月日照時(shí)數(shù)減少趨勢(shì)通過0．01的信度顯著性檢驗(yàn)，1，5月日照時(shí)數(shù)減少趨勢(shì)通過了p＝0．05的顯著性檢驗(yàn)，其余月份均未通過0．05的信度顯著性檢驗(yàn)。

（3）就空間差異而言，延安中部和寶雞西部是陜西省日照時(shí)數(shù)的主要變異中心，表現(xiàn)出顯著的減少趨勢(shì)；不同季節(jié)的主要?dú)夂蜃儺愔行奈恢脮?huì)發(fā)生變化；其他地區(qū)整體表現(xiàn)為減少趨勢(shì)，但減少趨勢(shì)變化復(fù)雜。

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