山西省近50年日照时数时空变化特征研究

生态环境学报 2010, 19(3): 605-609 http://www.jeesci.com Ecology and Environmental Sciences E-mail: [email protected]

山西省近50年日照时数时空变化特征研究

范晓辉，郝智文，王孟本

1. 山西大学黄土高原研究所，山西 太原 030006；2. 山西省气象科学研究所，山西 太原 030002

1

2

1

摘要：根据山西省62个地面气象站50 a（1959－2008）的月日照时数系列数据，对全省日照时数的时空变化特征进行了较系统分析。结果表明，（1）近50 a山西省年平均日照时数呈显著减少趋势（-65.40 h·(10 a)-1) ，且最近26 a减少更为明显。（2）春夏秋冬4季日照时数均呈减少趋势，其中夏秋冬3季日照时数显著减少，尤以夏季和冬季减少最为突出（分别为-28.06 h ·(10 a)-1和-23.45 h·(10 a)-1）；（3）除4月日照时数略有增加之外，其余11个月的日照时数均呈减少趋势，其中7个月（即1月、6月、7月、8月、9月、10月和12月）日照时数呈显著减少趋势，且以6月减少最为突出（-14.40 h·(10 a)-1）。（4）在全省17个综合治理规划地区中，16个地区的日照时数呈显著减少趋势，主要以忻定盆地、太原盆地、临汾盆地和运城盆地（即第6、第7和第8地区）减少最为明显。 关键词：日照时数；单调趋势；突变趋势；山西省

中图分类号：P422.11 文献标识码：A 文章编号：1674-5906（2010）03-0605-05

近年来气候变化已成为全球关注的热点。除气温和降水之外，对日照等其它气候要素的变化进行分析，对深入了解气候变化特点同样具有重要意义。根据IPCC （政府间气候变化专门委员会）第4次评估报告，全球在变暖的同时也在变暗[1]。在区域尺度上，美国[2]、西欧[3]、印度[4]和中国[5]等的地表太阳辐射量或日照时数亦呈减少趋势。与此同时，国内学者亦对青藏高原中部和东部[6]，黄河流域[7-8]以及江苏[9]和河南[10]等省（区）的日照时数变化特征进行了研究。

山西地处黄土高原东部，属东亚季风气候区。最近郝智文等[11]对山西省近50 a的日照时数变化趋势进行了初步分析。本文即在此基础上，以山西省108个地面气象观测站中具有50年以上记录数据的62个观测站为代表，应用这些观测站最近50 a（1959－2008）的月日照时数系列数据，（1）从年、季、月3个层面对山西省的日照变化趋势进行研究，（2）对近50 a年日照时数系列的突变趋势进行分析，（3）结合山西省黄土高原地区综合治理规划分区结果[12]，对日照时数的空间变化特征进行研究。由于本研究既包含了比较多的代表站点，且各时间系列数据的年限范围完全一致，可为进一步深入探讨日照时数变化的影响和原因提供更翔实的基础。

数系列数据为基础，据此推算各站点的季和年日照时数系列数据，构建全省月、季和年的平均日照时数系列数据集（其中季的划分为：春季3至5月，夏季6至8月，秋季9至11月，冬季12月至翌年2月）。并构建各个综合治理规划地区的年平均日照时数系列数据集。进而利用MAKESENS 1.0软件[13]对相应的系列数据进行Mann-Kendall 单调趋势检验（即对统计量Z 及其显著性，年变率Q 和截距B 进行计算）。采用t 检验对全省年平均日照时数系列数据进行突变趋势检验。同时结合山西省黄土高原地区综合治理规划分区方案[12]，从全省17个综合治理规划地区（图1）的角度对日照时数变化的空间特征进行分析。P

2 结果与分析

2.1 年日照时数的变化趋势

自1959年至2008年，山西省年平均日照时数在2242.75 h~2947.85 h之间（最低值和最高值分别出现在2003年和1965年）。

Mann-Kendall 检验表明（图2A ），全省日照时

（Z =-4.80, P 数呈极显著减少趋势（-65.40 h·(10 a)-1）

＜0.001），50 a减少了327.00 h。与最初10 a平均值相比，减少了12.38%。

与此同时（图2B ），按每10 a计，与最初10 a相比，1989－1998年减幅最大（-102.84 h），1969－1978年减幅最小（-8.33 h），1979－1988年和1999－2008年减幅居中（分别为-65.16 h和-56.62 h）。

1 数据处理

山西省现有108个地面气象观测站，具有50 a

（含50 a）以上日照时数记录的有62个（图1）。本研究以这62个站近50 a（1959−2008）的月日照时

基金项目：山西省黄土高原地区综合治理规划研究专项(20081143)

作者简介：范晓辉（1979年生），男，博士研究生，主要研究方向为区域生态学。E-mail: [email protected]

*通讯作者：王孟本（1954年生），男，教授，博导，主要研究方向为植物生态学、区域生态学。E-mail: [email protected] 收稿日期：2009-12-31

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图1 62个地面气象观测站和17个综合治理规划地区 Fig. 1 The 62 meteorological stations selected for this study and the 17

integrated management planning divisions in Shanxi Province

图2 山西省1959－2008年日照时数的年值、50年平均值、 变化趋势和子系列平均值（A ）以及每10年的平均值（B ） Fig. 2 The annual values, 50-year average, Mann-Kendall test trend, sub-series averages (A) of annual sunshine duration series (1959－2008)

in Shanxi and the mean values for every 10 years (B)

2.2 各季的日照时数变化趋势

自1959年至2008年，春夏秋冬4季的平均日照时数以夏季最多（702.18 h），冬季最少（550.94 h ），春季和秋季居中（分别为699.03 h和590.52 h）。

如图3所示，近50 a春夏秋冬4季的日照时数均呈减少趋势，其中夏季和冬季达极显著水平（p

因为春夏秋冬日照时数递减率之和（-69.88 h·(10 a)-1）与年日照时数递减率（-65.40 h·(10 a)-1）大体吻合。由各个季节日照时数递减率的大小，便可知年日照时数的减少主要发生在夏季、冬季和秋季，尤其以夏季和冬季为突出，而春季则很少。 2.3 各月的日照时数变化趋势

近50 a期间，各月的平均日照时数在总体上呈单峰变化曲线，以5月和6月日照时数最多，向两端大致依次减少。其变化范围在181.04 h至261.18 h 之间（表1）。

在12个月份中，除4月日照时数呈不显著增加趋势之外，其余11个月份的日照时数均呈减少趋势，其中达极显著、非常显著、显著和弱显著水平的分别为2个月、3个月、1个月和1个月。与最初10 a各月平均值相比，6月日照时数减少最多（-26.46%），11月日照时数减少最少（-2.76%）。而4月日照时数略有增加（+1.83%）。

大致而言，利用Mann-Kendall

检验所得的各月

图3 山西省1959－2008年各季的日照时数变化趋势

Fig. 3 Mann-Kendall test trends for seasonal sunshine duration series (1959－2008) in Shanxi Province

范晓辉等：山西省近50年日照时数时空变化特征研究 607

表1 山西省1959－2008年各月日照时数的Mann-Kendall 检验结果 Table 1 Mann-Kendall test trends for monthly sunshine duration series

(1959－1968) in Shanxi Province

时间 1月 2月 3月 4月 5月 平均值/h 187.79 181.04 209.14 228.70 261.18 Mann-Kendall 检验 Z Q/(h·(10 a)-1)

50年变化量/h

-3.86*** -8.90 -44.50 -0.55 -1.67 -8.35 -1.10 -3.23 -16.15 0.41 0.80 4.00 -1.40 -3.62 -18.10 规划地区的年平均日照时数在2261.40 h~2785.10 h 之间（最小值和最大值分别出现在临汾和运城盆地平原地区和晋北黄土丘陵低山地区）。

Mann-Kendall 检验表明，除第16地区年平均日照时数减少趋势不显著之外，其余16个地区的年平均日照时数均呈显著减少趋势（-36.35~-103.89

-1

，其中第2、第14和第17地区减少非常h·(10 a)）

显著（p

6月 250.23 -4.68*** -14.40 -72.00 7月 230.75 -2.92** -7.46 -37.30 8月 221.20 -2.62** -7.94 -39.70 9月 200.30 -1.72+ -5.81 -29.05 10月 204.45 -2.47* -7.34 -36.70 11月 185.76 -0.36 -0.99 -4.95 12月

181.92

-2.82** -7.68 -38.40

*** p

4月除外）日照时数递减率之和（-69.04 h·(10 a)-1）与对应年日照时数递减率（-65.40 h·(10 a)-1）基本吻合。根据这些月份日照时数递减率的大小，可知6月日照时数减少对年日照时数减少的贡献最大，1月、7月、8月、9月、10月和12月的贡献居中，2月、3月、5月和11月的贡献较小。同理可知，对春夏秋冬各季日照时数减少贡献最大的月份分别为5月、6月、10月和1月。 2.4 年日照时数的突变趋势分析

如表2所示，当n 1=24，n 2=26时，t 值达最大p

表2 近50年(1959－2008)山西省年日照时数的突变趋势分析结果 Table 2 The result of step trend test for annual sunshine duration series

(1959－2008) in Shanxi Province

子系列 长度/a 平均值/h 标准差 变异系数 t 检验 t P 1959-1982 24 2639.24 122.41 0.05 1983-2008

26

2453.14

98.91 0.04

5.93360.0000

2.5 日照时数变化的空间特征

自1959年至2008年，山西省17个综合治理

从图5可以看出，近50 a山西省日照时数变化的空间特征为：以忻定盆地、太原盆地、临汾盆地、运城盆地（即第6地区，第7地区和第8地区）和第10地区最大；南端（第16地区和17地区）和北端（第3地区）最小；其余10个地区居中。

图5 山西省近50年日照时数变化的空间特征

Fig. 5 The spatial variations of annual sunshine duration time series

(1959−2008) over Shanxi Province

1~17为各综合治理规划地区，编号有下划线者表示减少趋势

不显著（p >0.05）

4 讨论

前述研究表明，近50 a山西省年平均日照时数呈极显著减少趋势。这与郝智文等[11]的研究结果相一致。不同之处仅在于本研究的日照时数递减率

-65.40 h·(10 a)-1）略小于后者（-67.265 h·(10 a)-1）

。后者的递减率偏大主要是由于其采用了较多的短期日照系列数据所致。尽管郝智文等采用了108

个

（（（

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观测站的年日照时数系列数据，但是其中有46个为不足50 a（其中36个不足40 a）的近期系列数据。因为山西省年日照时数的减少在近26 a更为突出。由于郝智文等采用了较多的近期短期日照系列数据，从而导致年日照时数递减率估计值偏大。

本研究同时表明，1983年为山西省近50 a日照时数的突变点。这与黄河流域上游[7]基本吻合，

但略迟于河南省（突变点为1981年）[10]。

在近26 a中，山西省有21年的日照时数低于50 a平均值，这与全国年平均日照时数自1981年以来几乎均低于历年（1956—2002）平均值基本吻合[5]。

与焦建丽等[10]对河南省的有关研究结果相似，在山西省，同样是夏季和冬季日照时数变化对年日照时数变化的影响最明显。但是，河南省夏季和冬季日照时数变化对年（-114 h·(10 a)-1）的贡献率分别约为46%和23%，而山西省夏季和冬季对年

-65.40 h·(10 a)-1）

的贡献率则分别约为40%和34%。后者的冬季贡献率较高，可能是因为山西省盆地地区冬季近地面存在一个稳定的逆温层，空气对流较弱，气溶胶浓度偏大[14]所致。山西省日照时数减少主要以忻定盆地、太原盆地、临汾盆地和运城盆地最为突出，可能同样是因为盆地地区常年空气对流较弱，气溶胶难以及时向高空扩散，人为气溶胶浓度相对较高[14]所致。

5 结论

（1）Mann-Kendall 检验表明，近年来山西省日照时数呈极显著减少趋势。春夏秋冬4季日照时数均呈减少趋势，其中夏秋冬3季日照时数显著减少，尤以夏季和冬季减少最为突出。除4月日照时数略有增加之外，其余11个月的日照时数均呈减少趋势，其中7个月（即1月、6月、7月、8月、9月、10月和12月）日照时数呈显著减少趋势，且以6月减少最为突出。t 检验表明，自1983以来，全省年日照时数减幅尤为突出。

（2）在全省17个综合治理规划地区中，16个地区的日照时数呈显著减少趋势，主要以忻定盆地、太原盆地、临汾盆地和运城盆地（即第6、第7和第8地区）减少最为明显。

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（

范晓辉等：山西省近50年日照时数时空变化特征研究 609

Temporal and spatial variations in sunshine duration

during 1959—2008 over Shanxi, China

FAN Xiaohui1, WANG Mengben1, HAO Zhiwen2

1. Institute of Loess plateau, Shanxi University, Shanxi Province, Taiyuan 030006, China; 2. Institute of Meteorological Sciences of Shanxi Province, Taiyuan 030002, China

Abstract: The temporal (annual, seasonal, monthly) and spatial variation patterns of sunshine duration over Shanxi (P. R. China) were analyzed on the basis of monthly sunshine duration series (1959-2008) from 62 surface meteorological stations throughout the province. The results indicated that (1) the annual sunshine duration series exhibited a significant decrease trend (-65.40 h·(10 a)-1 over the province, being especially large since 1983. (2) The seasonal sunshine duration series demonstrated a negative trend in all four seasons, among which a significant negative trend was found in summer, autumn and winter, and the decline was highest in summer (-28.06 h·(10 a)-1 and winter (-23.45 h·(10 a)-1. (3) Except a insignificant increase trend in April, the monthly sunshine dura-tion series showed a negative trend in all other months, among which a significant negative trend was found in January, June, July, August, September, October and December, with the maximum decrease being in June (-14.40 h·(10 a)-1. (4) Out of 17 integrated management planning divisions throughout the province, the significant decrease in sunshine duration occurred in 16 divisions, with the maximum decrease occurring in 6th, 7th and 8th divisions. Key words: sunshine duration; monotonic trend; step trend; Shanxi