內江市41年來日照時數特征分析

姜曉清等

摘 要：為了進一步剖析內江市地區日照時數的長期變化規律，以更好地為農業發展和農業工程設計提供科學依據，基于內江市1971—2011年各月日照時數資料，采用氣候傾向估計法，分析內江市41年日照時數的年際變化、季節變化、月變化以及利用滑動t-檢驗法的突變檢驗。結果表明：內江市日照時數整體呈現下降趨勢，夏季最為明顯，其氣候傾向率為-36.5 h/10 a，而冬季的氣候傾向率只有-7.7 h/10 a；且內江市年日照時數在41年內存在2次突變，其中1980—1982年的突變現象尤為顯著，表現為急劇減少的趨勢。

關鍵詞：內江；日照時數；變化趨勢；突變

中圖分類號：P422.1+1 文獻標志碼：A 論文編號：2013-0479

Abstract： In order to further analyze the change law of sunshine hours in Neijiang City， for better serving for agricultural development and providing a scientific basis for engineering design， based on the sunshine hours date of Neijiang City from 1971 to 2011， the annual， season and monthly variation features of sunshine hours in Neijiang City were analyzed by using annual linear trend analysis，whats more， the sliding t was used for mutation testing. The results were as follows： on an average in Neijiang City， the annual sunshine duration showed a significant decreasing tendency during recent 41 years； especially in summer with the climate changing rates was -36.5 h/10 a， however in winter， that was 0.77 h/10 a； in addition， there were 2 catastrophes during the time. The catastrophe of the annual sunshine duration around 1981 was remarkable， and it demonstrated an outstanding decrease.

Key words： Neijiang； Sunshine Hours； Variation Trend； Sudden Change

0 引言

日照時數作為表征太陽輻射強弱的一個重要因子[1]，目前已成為國內外相關學術界研究的一大熱點趨勢。目前，國內外許多學者都對日照時數進行過研究。任國玉等[2]通過研究指出，全國日照時數具有明顯下降的趨勢，變化的速率-37.6 h/10 a，1981年以前多為正距平，以后距平開始轉為負值，20世紀70年代年平均日照時數距平為59 h，80年代降為-14 h，90年代則為-45 h，1993年為最低值，之后減少趨勢略有停滯并有回升的跡象。另外，其他學者還通過對江蘇省[3]、黃河流域[4]、安陽市[5]、成都市[6]等地區日照時數研究發現，其也有下降趨勢。譚友邦等[7]曾對內江市1960—1995年日照時數進行過分析。本研究則將繼續完善內江市日照時數指標變化的研究，最大程度上為農業的發展和工程設計等提供氣象參考依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

內江市位于104°15'—105°26'E、29°11'—30°2'N之間，地處四川盆地中部丘陵地區。本區屬于中亞熱帶季風性濕潤氣候，年平均溫度為15～28℃，1月均溫6～8℃，7月均溫26°C～28℃，最高氣溫可達41℃，最低氣溫-5.4℃，溫差極值可達45.4℃。據統計，內江年總日照時數1100～1300 h，比同緯度的九江（1650～2100 h）和寧波（1707～1850 h）[8]等地區多年平均日照時數低達500 h以上，而與同處于四川盆地的重慶（1112～1655 h）相比也少350 h左右。此外，內江氣候土壤適宜于多種農作物，因此研究日照時數的變化對該區尤其是農業具有重大意義。

1.2 數據來源

根據《內江市統計年鑒》（1971—2011年）逐月日照時數統計資料，整理分析內江市不同時間尺度下的日照時數。逐年日照時數樣本數為41個，逐季日照時數樣本數為163個，逐月日照時數樣本數為492個。其中，季度劃分標準為：春季（3—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11月）、冬季（12—2月）[9]。

1.3 研究方法

1.3.1 線性傾向估計與檢驗 采用線性傾向分析計算相關氣候要素的變化趨勢，具體步驟如下：用xi表示樣本量為n的某一氣候變量，用ti表示與xi對應的時間，建立xi與ti之間的一元線性回歸方程，見公式（1）。

…（1）

式中：a、b為回歸常數。b的符號表示氣候變量的趨勢傾向，b的符號為正，說明隨時間t的增加，x呈上升趨勢；b的符號為負時，說明隨時間t的增加，x呈下降趨勢。b值表示上升或下降的傾向程度。同時，可求出表示變量x與時間t之間線性相關密切程度的相關系數r，可通過檢驗r的顯著性，來檢測回歸系數b的顯著與否[10]。

1.3.2 滑動t-檢驗 滑動t-檢驗是考察2組樣本平均值的差異是否顯著檢驗突變。對相關日照時數的突變檢驗方法采用滑動t-檢驗法，把具有n個樣本量的時間序列x分為2個子序列x1和x2，其樣本分別為n1和n2，則定義統計量見公式（2）。

式中：，前者遵從v=n1+n2-2的t分布。給出信度a，查t分布表得到臨界值ta，若，則視為2個子序列均值無顯著性差異，反之則存在顯著性差異，即存在均值突變現象[10]。

2 結果與分析

2.1 年際變化

對內江市41年日照時數的年際變化采用氣候傾向法進行分析[10]，并通過Excel[11]繪制其年際變化趨勢圖，見圖1。內江市日照時數累年平均值為1156 h，年內月平均日照時數為96.6 h，是全國日照較少的地區之一[2]，也是同緯度低值區。20世紀80年代以前，日照時數皆大于平均值，而80年代以后則基本小于平均值。原因初步分析可能在于：20世紀80年代后，隨著城市化的發展，內江市大氣中的氣溶膠顆粒、光化學煙霧、硫氧化物等污染物的增多，使其加大了對太陽輻射的吸收與散射，從而導致20世紀80年代后日照時數呈現低于平均值的現象。

由圖1可知，41年來內江市日照時數呈顯著性下降趨勢，氣候傾向率為-53.9 h/10 a，年際振幅較大（1978年日照時數為1560.50 h，2005年日照時數只有940.30 h，兩者相差可達到620.20 h），并且呈現波動變化，表現出多寡交替的現象。從5年滑動平均曲線看，41年來內江市日照時數的變化可分為4個階段：1975—1983年為日照時數偏多期，1984—1993年為日照時數偏少期；1994—2002年日照時數基本大于平均值，而2002年以后又進入低值期，1986年達近41年的極小值（944.90 h）。

2.2 季節變化

通過氣候傾向法[10]分析41年內江市各季日照時數變化趨勢，并通過軟件繪制成圖（見圖2），可直觀反映出四季變化趨勢皆呈下降趨勢，但也有明顯差異。表現為：1971—2011年春季的氣候傾向率為-10.4 h/10 a，夏季可達-36.5 h/10 a，秋季只有-2.4 h/10 a，冬季為-7.7 h/10 a。由此得出，41年內江市日照時數變化特征為：夏季>春季>冬季>秋季，這與20世紀90年代譚友邦[7]所得出的內江市日照時數特征（1960—1995年）夏季>春季>秋季>冬季 有所不同。此外，由圖2可知：平均日照時數夏季最多可達471 h，冬季最少只有121 h，兩者相差可達350 h，其中冬季日照時數少的主要原因在于：太陽直射點南移至南回歸線，使其太陽高度角變小，加之在地形與大氣環境等綜合作用下多陰雨天氣，因此四川盆地也有“蜀犬吠日”之說。

春季，各年平均值除1984—1997年小于平均值353.78 h外，皆在其上下小幅度波動。此季節，日照時數最多為459.0 h（1998年），最少為220 h（1996年），兩者差值為239 h，相當于季節平均的67%。由5年滑動平均曲線可知：1980—1985年與2001—2008年為日照時數偏多期，其余各段皆低于平均值。

夏季，各月平均氣溫值較春季略為復雜：20世紀70年代日照時數基本大于平均值471 h。1979—1989年與1997—2011年季日照時數多小于平均值，最少可達348 h，而1990—1997年這8年間表現為上下波動變化。與夏季，日照時數最多為662 h（1972年），最少年份是1982年為341 h，兩者相差可達321 h，相當于季節平均的68%。由5年滑動平均曲線可知：1975—1986年為下降趨勢，1987—1998年為上升趨勢，1998年以后再一次進入下降狀態。

秋季總體變化表現出不穩定狀況：20世紀70年代季日照時數在平均值218 h上下波動，且波動明顯；1980—1990年與1903—1908年間相對穩定，大體低于平均值；其日照時數最高年份出現在2002年（360 h），最低值出現在1986年（124 h），合計相當于季節平均的10.8%。由5年滑動平均可知：1976—1990年為第1個升降波動，1991—2007為第2個升降波動，歷時21年；2008年以后基本為上升趨勢。

冬季整體波動較大：除1973—1977年與1901—1909年表現為低于平均值外，其余各年間變化也比較大，最為顯著的就是2010年日照時數為220.3 h，而2011年只有50.8 h，兩者相差可達170 h，相當于季節平均的14.0%。由5年滑動平均可知：1977—1989年為第1個升降波動，歷時12年；1990—1998年為第2個升降波動，歷時8年；1999—2008年為第3個升降波動，歷時9年，這與年日照時數的周期相似，因此不作周期考慮。

2.3 月變化

由圖3可知：內江市多年月平均日照時數在41年內有1個漸變的過程：最高值出現在8月為180.5 h，最低值出現在1月為32.9 h，二者差值高達134.6 h。在12個月中，有6個月日照時數高于年內月平均值，分別為4、5、6、7、8、9月，主要集中在夏半年。其中，6月多年月平均日照時數低于相鄰2月，與太陽直射點的移動不符，是由于內江所處的亞熱帶季風氣候所致，在西南季風的影響下每年6月降水偏多，造成的陰雨天氣較多，對日照時數有明顯的影響。

2.4 日照時數的突變檢驗分析

采用滑動t檢驗法對1971—2011年內江市東興區逐年日照時數時間等級序列進行突變分析[10]。本研究取n=40，當取2個子序列長度為n1=n2=10時，給定顯著性水平α=0.01，按t分布自由度v=n1+n2-2=18時的顯著性水平為t0.01=±2.878[12]。由圖4a可知，t統計量有2處超過了顯著性水平，即1980年和1989年共發生了2次突變，在1980年t統計量超過顯著性水平的正值，日照時數發生由少轉多的突變，在1989年t統計量則超過顯著性水平的負值，日照時數則發生了由多轉少的突變。當2個子序列長度為n1=n2=5時，給定顯著性水平α=0.01，按t分布自由度v=n1+n2-2=8，查表得t0.01=±3.355[12]。由圖4b可知，1971—2011年t統計量有1次超過了顯著性水平，存在突變現象。即在1980—1981年，t統計量超過給定顯著性水平的正值，日照時數出現了由少轉多的突變。

3 結論

（1）41年來，內江市年平均日照時數不斷減小，且有明顯的季節差異：夏季與春季減少較為強烈，冬季和秋季次之，這與中國整體乃至北半球日照時數大體趨勢相同。

（2）內江市日照時數累年平均值為1156 h，年內月平均日照時數為96.6 h，比同緯度重慶、九江、寧波等地皆低一些。

（3）內江市多年平均日照時數在1971—1989年基本高于41年均值，1990年后則低于均值。究其原因除了自然因素外，與目前內江市以及周邊高耗能產業發展、城市規模擴大，空氣污染較為嚴重，從而致使氣溶膠和云量增多，加之地形使得污染物不易擴散，增強了大氣對太陽的削弱作用等有關。因此，日照時數可能出現下降[13]。

（4）內江在日照時數和土壤的條件下適合種植甘蔗、玉米、小麥、甘薯、油菜、芝麻等多種作物[14]。

4 討論

（1）本研究結果表明，內江市近41年日照時數總體變化規律與全國乃至北半球都具有一致性，但就內江市本身而言，在季節變化上與20世紀后期又有所不同，主要表現在：夏季>春季>冬季>秋季（本研究結論）、夏季>春季>秋季>冬季（20世紀后期）。究其原因在于近幾十年來城市的快速發展，大氣成分所占比重有所變化，從而導致日照時數的變化。

（2）本研究對內江市的日照時數變化規律進行了不同時間尺度的分析，對內江市的日照時數變化規律有了更多的認識。但是，對于日照時數變化的原因以及對日照時數的預測，尤其是與農業相結合來研究日照時數更具現實意義，還需要進一步的研究和分析。

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