包靜雯 倪大敬 邱麗芳 羅秀明

摘 要：利用宣城市7個國家級氣象觀測站1971—2020年逐日日照時數(shù)資料，運(yùn)用線性趨勢分析、異常年份分析、ArcGIS反距離權(quán)重插值法和Origin軟件等，對宣城市近50a日照時數(shù)的年、季、月變化特征及空間分布特征進(jìn)行分析。結(jié)果表明，近50年來宣城市年日照時數(shù)呈顯著的下降趨勢，年日照時數(shù)變化幅度較大，最高值和最低值相差達(dá)807.1h。四季日照時數(shù)均呈減少趨勢，其中夏季日照時數(shù)變幅最大，春季最小。日照時數(shù)空間差異明顯，基本上呈現(xiàn)北多南少、由北向南逐漸減少的趨勢。

關(guān)鍵詞：日照時數(shù);時空變化;宣城市

中圖分類號 P422.11 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2022）11-0150-06

Analysis on Variation Characteristics of Sunshine Duration in Xuancheng City in Recent 50 Years

BAO Jingwen1? ?NI Dajing2? ?QIU Lifang1? ?LUO Xiuming3

（1Xuancheng Meteorological Bureau， Xuancheng 242000， China; 2Jixi Meteorological Bureau， Jixi 245300， China; 3Guangde Meteorological Bureau， Guangde 242200， China）

Abstract： Using the daily sunshine duration Data of 7 national meteorological stations in Xuancheng City from 1971 to 2020， the annual， seasonal and monthly variation characteristics and spatial distribution characteristics of sunshine duration in xuancheng City in recent 50 years were analyzed by using linear trend analysis， abnormal year analysis， ArcGIS inverse distance weight interpolation method and Origin software. The results show that：? In recent 50 years， the annual sunshine hours in Xuancheng city showed a significant downward trend， and the annual sunshine hours varied greatly， with a difference of 807.1h between the highest value and the lowest value.? The variation amplitude of sunshine duration was the largest in summer and the smallest in spring.? The spatial difference of sunshine duration is obvious， showing a trend of more sunshine duration in north and less sunshine duration in south， and gradually decreasing from north to south.

Key words： Sunshine hours; Change of time and space; Xuancheng City

1 引言

氣候變暖是全球氣候變化一個不爭的事實(shí)，全球氣候變化研究已成為目前國際上科學(xué)界的熱點(diǎn)之一。日照是氣候形成的重要因素，是太陽輻射最直接的表現(xiàn)，它與人類的生產(chǎn)生活及動植物的生長發(fā)育密切相關(guān)[1-2]。因此，研究日照時數(shù)的時空變化特征，對于分析宣城市氣候變化，促進(jìn)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，合理布局農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

近年來，不少學(xué)者對日照時數(shù)進(jìn)行了研究，例如，張少婷[3]、殷方圓[4]、史建橋[5]等研究表明，我國青海、晉陜蒙、甘肅等地區(qū)日照時數(shù)呈明顯的下降趨勢，這與任國玉[6]等所研究的1956—2002年全國平均日照呈下降趨勢的結(jié)論一致;于海敬[7]分析了1971—2015年安徽省23個氣象臺站逐日日照時數(shù)，結(jié)果表明，安徽省日照時數(shù)呈北多南少，由北向南逐漸減少的空間變化趨勢，安徽省南部和東南部的日照時數(shù)相對偏少。

宣城市位于安徽省東南部，地跨北緯29°57′～31°19′，東經(jīng)117°58′～119°40′，氣候溫暖濕潤，四季分明，屬亞熱帶季風(fēng)氣候[8-9]。宣城市特殊的地理位置和過渡性的氣候，造成極端天氣事件的發(fā)生頻率較高，因此，研究宣城市的氣候變化具有重要意義。目前，對于宣城市氣溫、降水以及極端氣候等氣象要素的變化，氣象工作者已從不同時間尺度進(jìn)行了分析研究，而對宣城市日照時數(shù)變化特征的研究仍相對較少。因此，有必要對宣城市日照時數(shù)時空變化情況進(jìn)行研究。

2 資料與方法

2.1 資料 本研究采用宣城市7個國家級氣象觀測站（宣城、郎溪、廣德、涇縣、寧國、績溪、旌德）1971—2020年逐日日照時數(shù)資料，原始數(shù)據(jù)來自于安徽省氣象信息中心，數(shù)據(jù)連續(xù)較為完整，對于個別缺值采用相鄰日期數(shù)據(jù)的平均值進(jìn)行填充。四季按照冬季12月至次年2月，春季3—5月，夏季6—8月，秋季9—11月進(jìn)行劃分，日照時數(shù)時空變化采用7個站點(diǎn)的年平均值。本文所研究區(qū)域的氣象站點(diǎn)分布詳見圖1。

2.2 研究方法

2.2.1 線性趨勢分析 采用一元線性回歸方程來分析日照時數(shù)的線性變化趨勢，其表達(dá)式為：

[xi=a+btii=1，2，3，…，n] （1）

式中：[a]為常數(shù)，[b]為回歸系數(shù)，[b×10]稱為氣候傾向率，表示氣象要素每10a的變化速率。氣象要素的變化趨勢由[b]的符號決定，[b]的符號為正時，表示隨時間[t]增加，日照時數(shù)序列[x]呈上升趨勢;[b]的符號為負(fù)時，表示隨時間[t]減少，日照時數(shù)序列[x]呈下降趨勢。判斷變化趨勢的程度是否顯著，需要用時間[ti]和變量[xi]之間的相關(guān)系數(shù)[r]進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。給定顯著性水平[α]，若[r>rα]，表示[x]隨[t]的變化顯著，否則不顯著。[r]的表達(dá)式如下：

[r=i=1n（xi-x）（i-t）i=1n（xi-x）2i=1n（i-t）2] （2）

式中，[n]為樣本長度（年數(shù)），[xi]為第[i]年的要素值，[x]為樣本平均值，[t=n（n+1）2]。

2.2.2 反距離權(quán)重插值法（IDW） 反距離權(quán)重法是空間插值最常用的方法之一，是基于地理第一定律的基本假設(shè)。該方法是基于相似相近的原則，距離預(yù)測單元的中心越近權(quán)重越大。因此，距離因素的權(quán)重決定了插值點(diǎn)數(shù)據(jù)值[10]。設(shè)待插點(diǎn)[P（xp，yp，zp）]的周圍在局部領(lǐng)域內(nèi)有[n]個已經(jīng)樣本點(diǎn)[Q（xi，yi，zi）]，其中[i=1，2，3，…，n]，[（x，y）]是二維空間系坐標(biāo)，[z]是該點(diǎn)的屬性值。本文采用的是反距離權(quán)重法進(jìn)行空間插值，公式如下：

[zp=inziwiinwi] （3）

式中，[zi]和[zp]分別為樣本點(diǎn)值和待求點(diǎn)值;[di]為樣本點(diǎn)與待求點(diǎn)的距離，[wi]是[Qi]點(diǎn)對[P]點(diǎn)權(quán)值。

3 結(jié)果與分析

3.1 宣城市日照時數(shù)年際變化特征

3.1.1 年日照時數(shù) 通過利用宣城市1971—2020年7個氣象站點(diǎn)的逐日日照時數(shù)資料，求出宣城市平均每年的日照時數(shù)及5年滑動平均值，對每年的日照時數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得出宣城市近50a的年日照時數(shù)變化率與線性相關(guān)系數(shù)。

圖2為1971—2020年宣城市年日照時數(shù)年際變化特征變化曲線，從圖2可以看出，近50年來宣城市年日照時數(shù)總體呈現(xiàn)下降趨勢，通過分析線性趨勢可知，氣候傾向率為-79.70h/10a，線性相關(guān)系數(shù)r=0.6907，|r|>r0.01=0.3541，通過了99%置信水平的顯著性檢驗(yàn)，說明年日照時數(shù)下降趨勢是非常顯著的。宣城市近50a年日照時數(shù)均值為1816.4h，比1980—2010年的年日照時數(shù)均值（1881.7h）降低了65.3h。宣城市年日照時數(shù)最高值為2300.7h，出現(xiàn)在1971年;最低值為1493.6h，出現(xiàn)在2015年，日照時數(shù)最高值和最低值相差達(dá)807.1h，說明近50a宣城市年日照時數(shù)變化幅度較大。1971—1981年連續(xù)11年的日照時數(shù)在50a平均值以上。1996—2020年期間，只有2004、2013年的日照時數(shù)在50a平均值以上。

3.1.2 不同季節(jié)日照時數(shù) 圖3為宣城市1971—2020年各季節(jié)日照時數(shù)逐年變化情況。由圖3可知，宣城市近50a來春、夏、秋、冬各季的季日照時數(shù)與年日照時數(shù)變化趨勢相同，均呈減少趨勢，各季氣候傾向率分別為-1.071、-36.747、-20.882、-20.997h/10a，說明夏季日照時數(shù)減少最快，春季日照時數(shù)減少最慢。各季日照時數(shù)年際變化中以夏季日照時數(shù)變化振幅最大，為438.1h;秋、冬季次之，分別為397.1h和281.6h;春季最小，僅為253.6h。四季季日照時數(shù)年際變化中，春季日照時數(shù)在20世紀(jì)70、80年代、21世紀(jì)10年代較多年平均值偏多，其他年代偏少;夏季、秋季日照時數(shù)在20世紀(jì)70、90年代高于多年平均值，其他年代少于多年平均值;冬季日照日數(shù)在20世紀(jì)70、80年代高于多年平均值，其他年代偏少。春、夏、秋、冬各季季日照時數(shù)線性趨勢系數(shù)r分別為0.0283、0.5235、0.4231、0.4442，取顯著性水平α=0.01，查表知r0.01=0.3541，當(dāng)|r|>r0.01時，表明變化趨勢是顯著的，可以得出，夏、秋、冬3季的日照時數(shù)變化趨勢線的相關(guān)系數(shù)通過了0.01顯著性相關(guān)水平的檢驗(yàn)，即日照時數(shù)呈明顯的減少趨勢，春季的趨勢變化不能通過信度檢驗(yàn)，即日照時數(shù)下降趨勢不明顯。

3.1.3 各月日照時數(shù) 由表1可知，宣城市3月和4月的日照時數(shù)呈微弱的上升趨勢，其余各月日照時數(shù)均呈減少趨勢，其中6月減少幅度最大，減少13.50h/10a。由顯著性檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，1、6、7、8、9、11和12月變化趨勢通過顯著性水平[α=0.10]的檢驗(yàn)，表明這些月份日照時數(shù)減少趨勢是顯著的。

3.1.4 各站點(diǎn)日照時數(shù) 表2是宣城市7個氣象站點(diǎn)1971—2020的年日照時數(shù)年際變化趨勢以及最高值、最低值出現(xiàn)的時間。從表2可以得出，2002年寧國的日照時數(shù)最少，為1409.3h。1971年郎溪的日照時數(shù)最多，為2405.8h。7個站點(diǎn)年日照時數(shù)最高值均出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代，除涇縣外，其他6個站點(diǎn)的年日照時數(shù)最高值都出現(xiàn)在1971年。7個站點(diǎn)年日照時數(shù)最低值均出現(xiàn)在21世紀(jì)初，涇縣、績溪和旌德日照時數(shù)最低值均出現(xiàn)在2015年。

3.2 宣城市日照時數(shù)空間變化特征

3.2.1 年日照時數(shù) 應(yīng)用Arcgis10.2的反距離權(quán)重法進(jìn)行空間插值，繪制出宣城市7個氣象站點(diǎn)1971—2020年的年平均日照時數(shù)空間分布（圖4）。從圖4可以看出，宣城市近50a日照時數(shù)空間分布呈現(xiàn)“北多南少、由南向北逐漸”增加的分布態(tài)勢。宣城日照時數(shù)最多，為1912.8h。寧國、績溪、旌德3個地區(qū)時數(shù)都低于1800h，其中旌德縣日照時數(shù)最少，僅為1737.7h。

3.2.2 四季日照時數(shù) 宣城市四季日照時數(shù)空間分布基本與圖4所示的一致，表現(xiàn)為北高南低。春、夏、冬季日照時數(shù)等值線走向基本一致，由北向南逐漸減少;而秋季日照時數(shù)在北邊和南邊分別形成了一個相對高值中心。

由圖5（a）可知，春季宣城市北部日照時數(shù)偏多，南部偏少。位于北部的郎溪、宣城和廣德的日照時數(shù)均高于450h，分別為465.4h、478.3h和465.6h。南部的旌德和績溪日照時數(shù)均低于420h，分別為419.8h和418.9h。春季宣城市日照時數(shù)最高和最低相差58.5h。

圖5（b）為宣城市夏季日照時數(shù)空間分布情況，與春季基本一致，由北向南逐漸減少。可以看出，宣城日照時數(shù)最多，為589.2h，旌德日照時數(shù)最少為545.2h。夏季日照時數(shù)差值為44h。夏季太陽直射點(diǎn)在北回歸線附近，因此夏季宣城市日照時數(shù)明顯高于其他3個季節(jié)。

圖5（c）是宣城市秋季日照時數(shù)空間分布情況，與春、夏季不同的是，秋季日照時數(shù)在北部的宣城和南部的績溪各有一個高值區(qū)，分別為478.3h和475.4h。旌德和寧國日照時數(shù)較少，分別為432.3h和432.2h。秋季日照時數(shù)差值為46.1h。

圖5（d）顯示的是宣城市冬季日照時數(shù)空間分布情況，可以看出，日照時數(shù)大致由北向南逐漸減少，最高值出現(xiàn)在宣城和廣德，分別為366.9h和364.3h。旌德日照時數(shù)最低，僅有340.5h，冬季日照時數(shù)差值為26.4h。

通過分析宣城市四季日照時數(shù)空間分布圖可知，不同季節(jié)中宣城日照時數(shù)比其他地區(qū)都多，而旌德相比于其他地區(qū)偏少。春季宣城市日照時數(shù)相差最多，冬季相差最少。從日照時數(shù)總量來看，夏季>秋季>春季>冬季。

3.2.3 年日照時數(shù)氣候傾向率空間變化特征 圖6是宣城市年日照時數(shù)氣候傾向率空間分布圖，結(jié)合表2可知，宣城市7個站點(diǎn)的氣候傾向率均為負(fù)值，即日照時數(shù)均呈下降趨勢，但不同站點(diǎn)下降的程度不同，廣德日照時數(shù)變化率最大，為-114.45h/10a，其次是涇縣，為-108.22h/10a。宣城日照時數(shù)下降最慢，變化率為-36.29h/10a。

4 結(jié)論

基于宣城市7個氣象觀測站的日照時數(shù)資料，采用趨勢系數(shù)、滑動平均及ArcGis反距離權(quán)重法等統(tǒng)計(jì)分析方法，研究了1971—2020年宣城市年、四季及月的日照時數(shù)時空變化特征，結(jié)論如下：

（1）宣城市年和四季的日照時數(shù)在空間變化上大致呈現(xiàn)北多南少、由北向南逐漸減少的趨勢。從日照時數(shù)總量來看，夏季日照時數(shù)最多，為545.2～589.2h;秋季次之，為432.2～478.3h;春季為418.9～478.3h，冬季最少，為340.5～366.9h。不同季節(jié)中宣城日照時數(shù)比其他地區(qū)都多，而旌德相比于其他地區(qū)偏少。

（2）宣城市近50a年日照時數(shù)均值為1816.4h，時間變化幅度較大，氣候傾向率為-79.70h/10a，年日照時數(shù)下降趨勢顯著。四季日照時數(shù)均呈減少趨勢，其中夏季日照時數(shù)變化振幅最大，春季最小。夏、秋、冬三季的日照時數(shù)減少趨勢顯著，春季下降趨勢不明顯。3月和4月日照時數(shù)呈微弱的上升趨勢，6月減少幅度最大。

（3）宣城市7個氣象站點(diǎn)的日照時數(shù)均呈下降趨勢，其中廣德和涇縣下降趨勢最明顯，分別為-114.45h/10a和-108.22h/10a。宣城下降趨勢最緩慢，為-36.29h/10a。除涇縣外，其他6個站點(diǎn)的年日照時數(shù)最高值都出現(xiàn)在1971年。

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基金項(xiàng)目：宣城市氣象局年度科研基金資助項(xiàng)目（KY202101）。

作者簡介：包靜雯（1994―），女，安徽宣城人，助理工程師，從事地面測報(bào)、氣象預(yù)報(bào)預(yù)警綜合氣象業(yè)務(wù)工作。? 收稿日期：2022-03-14