氣候變化背景下廣西日照時空分布特征及影響研究

關鍵詞：日照時數；日照百分率；時空分布；森林覆蓋率

前言

在全球氣候變暖的大背景下，大氣的物理與化學構成正經歷變革，這直接關聯到太陽輻射能量的調整。日照作為氣候要素中的關鍵角色之一，它在維持生態系統的平衡和功能中扮演著至關重要的角色。日照對森林生態環境有著深遠的影響，促進光合作用，驅動植物生長，調節水分循環，影響物種分布與多樣性。充足的光照、太陽輻射也是維持森林生態系統循環的必要自然條件之一。

廣西地處低緯度地區，北回歸線橫貫中部，屬中、南亞熱帶季風氣候，熱量豐富、日照充足，光熱資源豐沛。汪姚、李嵐、李晶晶等研究發現中國及大部分省域的日照時數隨著時間的變化主要呈現逐年減少的趨勢，韋超、陸蘭生、廖家旺分析了廣西及市縣（區）日照資源分布狀況，一定程度上揭示了日照時間尺度變化規律及空間尺度分布特征。鑒于廣西地區地形錯綜復雜，氣候多變，隨著全球氣候變化的日益加劇，日照的日寸空分布規律也在發生變化。因此，深入研究在氣候變化背景下廣西日照時空分布特征并探討其對森林生態環境的影響，顯得尤為重要和迫切。此研究的成果將為廣西光照資源的充分挖掘和有效利用提供數據支持與科學指導，對促進資源可持續管理、合理規劃產業布局等方面具有實際應用價值。

1資料和方法

1.1資料

收集和整理1961年-2020年廣西91個國家氣象觀測站日照時數、日照百分率逐日觀測數據，通過對觀測記錄進行統計處理，計算得出了各站點的月、季、年值，數據來源于廣西壯族自治區氣象信息中心。

收集和整理2015年-2020年廣西全區、14個市的森林覆蓋率數據，數據來源于廣西壯族自治區統計局網站。

1.2方法

采用線性傾向估計方法根據統計的日照時數、日照百分率逐年值，利用線性回歸方法對逐年時間序列進行擬合，分析隨時間發生的直線傾向率變化情況并揭示日照變化趨勢。

采用距平分析法、低頻濾波方法根據逐年日照時數的距平，分析日照隨時間的階段性變化，由曲線明顯的上下起伏直觀判斷其長期顯著的演變趨勢及持續性變化。

采用反距離權重插值方法對年日照時數、日照百分率數據進行空間插值處理，基于sufer制圖軟件，繪制廣西區域空間化的年、四季日照時數和日照百分率分布圖。

2日照時間變化特征

2.1日照年際變化

從年際時間跨度上看，日照時數在1961年至2020年間呈現出一個波動遞減的趨勢（如圖1所示）。具體而言，日照時數在20世紀的60年代到80年代以及21世紀初OO年代里相對較多，而到了20世紀90年代及21世紀10年代，則進入了偏少時期。為了過濾掉日照年變化的高頻噪聲和短期天氣波動，進一步揭示日照具有明顯的年際波動特征，從圖1中的日照低頻濾波曲線很明顯地可以看出，日照時數在20世紀90年以前、21世紀初期前10年以偏多為主，20世紀末期10年偏少，尤其進入21世紀10年以后持續偏少。

近60年廣西全區日照時數整體都呈顯著減少趨勢，減幅為37.9h/10a，通過0.001顯著性檢驗。在廣西全境范圍內，年日照時數的峰值出現在1963年，當年累計日照時長高達1921.2h，較多年平均水平高出403h；與此形成鮮明對比的是1997年，該年的日照時數降至歷史最低點，僅為1227.1h，比多年平均值少了291.1h，顯示了年際間日照時數的顯著波動。

2.2日照季節變化

廣西的日照時數和日照百分率表現出明顯的季節性變化特征，特點是夏季日照最為充沛，其次為秋季，而冬季日照則最為稀少（如圖2所示）。這種季節性變化具體表現為：

春季（3月至5月），隨著太陽直射角度的提升，日照時數呈現上升趨勢。此時，廣西全區的日照時數為297.5h，日照百分率為25%。

夏季（6月至8月），由于太陽直射點靠近北回歸線，廣西受到副熱帶高壓的控制和影響，日照強烈且頻繁，日照時數高達532h，日照百分率達到44%。

秋季（9月至11月），全區日照時數為472.4h，日照百分率為45%。值得注意的是，桂東和桂南地區因受副熱帶高壓控制，常有晴朗天氣，日照時數可達500h以上，然而，桂西北和桂北山區因位于副熱帶高壓邊緣，降雨較多，日照時數則低于400h。

冬季（12月至次年2月），廣西上空常有冷暖氣團交匯，導致云層密集，日照時間明顯減少，日照時數在251.3h，日照百分率回落至25%。

2.3日照月際變化

從日照的月度變化曲線來看（如圖3所示），廣西日照月際變化趨勢呈現出以下特征：從3月到7月，日照時數呈現出逐月上升的態勢，在7月或8月達到峰值；自9月開始各地的日照時數開始逐步減少，直至翌年的2月降至全年最低水平。日照百分率與日照時數的月際變化波動趨勢相吻合，二者全年最低點出現在每年的2月或3月，由于頻繁的陰雨天氣，這時段內導致全區平均日照時數降低至60h～66h，日照百分率也相應地減少至18%～19%。相比之下，大部分地區在8月到9月期間，日照時數及日照百分率達到最高，由于副熱帶高壓的控制，晴朗天氣顯著增多，全區平均日照時數為180h～194h，日照百分率為49%。

3日照空間分布特征

3.1年日照時數空間分布

廣西各地的年平均日照時數范圍為1179～2216h，空間分布呈現出明顯的地域特點：南部地區日照時數普遍高于北部，河谷和平原地帶的日照時間多于丘陵和山區。具體而言：

桂北的北海市、玉林市大部、梧州市東南大部、欽州市南部、防城港市北部以及右江河谷區域還有上思、寧明等縣，年日照時數均超過1700h，其中潿洲島的日照時數最為豐富，高達2216h。相對的，河池、桂林、柳州三市的大部分地區，百色市東北和西南部分地區，以及賀州、梧州、貴港、來賓四市交界地帶，年日照時數則不足1500h。特別是在桂北與湖南、貴州交界處的邊緣縣份，日照時數甚至低于1300h。值得一提的是，位于大瑤山區的金秀縣，全年日照時數僅為1179h，是廣西有氣象日照時數記錄最少的站點。廣西其余地區，年日照時數則介于1500h至1700h之間（見圖4）。

3.2年日照百分率的空間分布

廣西各地區的年平均日照百分率分布為27%～50%，空間分布特征呈現出顯著的地理差異：南部區域的日照百分率普遍高于北部，河谷和平原地帶的日照百分率高于丘陵和山區。具體而言：

位于南部的北海市以及上思、田陽等地區，年日照百分率均在40%以上，其中潿洲島的日照百分率最高，達到了50%。桂林、柳州、河池三市，百色市的西南部與東北部山區，南寧市北部，來賓市東西兩側、賀州北部和西部以及梧州和貴港北部等地，年日照百分率則在35%以下；尤其是在桂北地區，接近湖南和貴州兩省邊界的一些縣份，以及金秀縣，日照百分率更是低于30%，金秀和天峨兩地的日照百分率最低，僅有27%。廣西的其余地區，年日照百分率則集中在35%至40%之間（見圖5）。

4森林生態環境的影響分析

與森林生態環境之間的關系是復雜且相互作用的，它們共同影響著一個地區的生態環境和生物多樣性。太陽與森林覆蓋率之間存在密切的關系，是影響森林生長和發育的重要因素之一，而森林覆蓋率的變化也會對生態環境條件產生反饋作用。與森林覆蓋率之間的關系主要體現在以下幾個方面：

4.1日照對森林生態環境的影響

（1）光合作用：森林樹木通過光合作用將光照的部分能量轉化為生物能儲存在森林生態系統中，這是維持森林生態中全部動植物的生物量及生命過程的基礎。日照時數的長短和光照強度的變化會直接影響光合作用的效率和強度，從而影響森林的生長速度和健康狀況。

（2）植被生長：日照時數和光照強度的增加有利于陽性植物的生長和繁育。一般來說，日照時數越長，越有利于植被的生長發育，從而提高森林的覆蓋率和生物量。然而，對于耐陰性植物來說，過強的日照可能會對其生長產生不利影響。

（3）生態環境：日照還與高溫等環境因素產生疊加效應，影響森林的蒸騰作用和水分平衡。當日照與高溫的共同作用可能導致植物蒸騰加快，水分喪失過多，從而限制樹木的生長量，進而影響森林的覆蓋率和生態安全。

4.2森林覆蓋率對日照的反饋作用

（1）氣候調節：森林作為地球生態系統的重要組成部分，具有顯著的氣候調節功能。高森林覆蓋率能夠增加地表的粗糙度，降低風速，減少蒸發，從而在一定程度上影響日照的分布和強度。此外，森林還能通過蒸騰作用等方式影響局部氣候環境。

（2）生態平衡：森林覆蓋率的增加有助于維持生態平衡和生物多樣性。一個健康、穩定的森林生態系統能夠更好地適應氣候變化和自然災害等外部因素的沖擊，從而保持內部的日照等環境條件的相對穩定。

4.3廣西日照與森林覆蓋率的關系

相關研究表明，日照時數是影響森林覆蓋率的主要因素之一。但是，日照對森林生態環境的影響是復雜且非線性的關系。以上章節研究結果顯示，廣西全區的年均日照時數為2000h～2800h之間，不同地區的日照時數存在明顯差異；同時，廣西全區的森林覆蓋率也在逐年提高，從2015年的62.2%增長到2020年62.5%。對2015年一2020年廣西全區、14個市的森林覆蓋率和日照時數進行相關性研究，結果顯示二者沒有通過相關性檢驗，表明二者線性相關不顯著（如圖6所示）。由此可見，日照與森林覆蓋率之間的關系并非靜態不變，而是一個動態平衡的過程。不同地區的日照條件和森林生長狀況受到多種因素的影響，因此日照與森林覆蓋率之間的關系是復雜且相互作用的，它們共同影響著一個地區的生態環境和生物多樣性。

5結論

廣西各地年日照時數為1176h～2217h，年日照百分率為27%～50%。廣西日照的時間變化規律表現為逐年波動且顯著下降的趨勢，平均遞減速率為37.9h/10a，從年際上看出現兩個高峰期（20世紀60年代至80年代、21世紀初）和兩個低谷期（20世紀90年代、21世紀10年代）；日照表現出明顯的季節性，夏季最為充沛，冬季則最少，日照在7月-9月最高，2月-3月降至全年最低。廣西的日照在空間分布上呈現出南多北少、平原多于丘陵山地的特點，其中，右江河谷、北海、玉林大部分區域以及梧州東部、欽州、上思、寧明等地，年日照時數超過1700h，北海、上思、田陽等地的日照百分率高于40%；極少值區域主要分布在廣西北部與湖南、貴州交界處的縣份以及金秀縣。日照與森林覆蓋率關系復雜，相互影響生態環境，廣西研究表明二者關系非線性，呈現動態變化，共同作用于生態環境和生物多樣性。