近50福建省日照时数的变化特征及其影响因素.doc

近50年福建省日照时数的变化特征及其影响因素中国农业气象(chinesejournalofagrometeorology)2011,32(3):350355doi:10.3969/j.issn.10006362.2011.03.006近50年福建省日照时数的变化特征及其影响因素彭云峰,王琼(1.福建省气象局,福州350001;2.福建省气象信息中心,福州350001)摘要:采用气候倾向率方法,对福建省64个站19612008年逐月日照时数以及对日照有影响的总云量,低云量,水汽压和相对湿度等资料进行了统计分析.结果表明:近50a福建省的年日照时数呈现出显着的减少趋势,平均减速为71.7h/loa,闽南地区减速最大.四季日照时数也表现出明显的减少趋势,减速为13.826.5h/10a,以夏季减速最大,秋季减速最小;最近30a夏季13照时数的减幅更大,春,秋季则呈增加趋势.从年代际变化看,20世纪6070年代四季13照充足,均为正距平;80年代夏季偏多,其它三季为负距平;90年代春季正常,其它季节偏少.年日照时数异常偏多出现在1963,1971年,但从未出现过异常偏少年.年,季日照时数减少与低云量增加关系密切,而冬季13照时数的减少还与水汽压的增加有关.关键词:日照时数;气候倾向率;异常年份;低云量variationofsunshinehoursanditsinfluencefactorsinlast50yearsinfujianprovincepengyun-feng.wangqiong(1.fujianmeteorologicalbureau,fuzhou350001,china;2.fujianmeteorologicalinformationcenter,fuzhou350001)abstract:themeteorologicaldataincludingmonthlysunshinehoursandtotalcloudamount,low-levelcloudamount,vaporpressureandrelativehumidity,from64observationalstationsinfujianprovincefrom1961to2008wasanalyzed,basedonclimatetendencyratemethod.theresultsshowedthatannualsunshinehoursdecreasedinfujianprovinceattherateof71.7h/loyinlast50years,insouthernfujianparticularly.thesunshinehoursinfourseasonsdecreasedattheratebetween13.8h/loyto26.5h/10y,ofwhichthemaximumwasinsummerandtheminimumwasinautumn,inlatest30yearsparticularly.fromdecadalvariation,fourseasonshadsufficientsunshineduring1960sto1970s,withpositiveanomaly.butonlysummersunshinehourshadpositiveanomalyin1980s,whilenegativeanomalyfortheotherthreeseasons.in1990s,threeseasonshadmoresunshineexceptspring.theannualsunshinehourswereextremelyexcessivein1963or1971,butneverextremelydeficient.annualandseasonalsunshinehoursdecreasedwiththeincreasingoflowlevelcloudamount,andthereductionofsunshinehoursincreasedalongwithvaporpressureinwinter.keywords:sunshinehours;climatetendencyrate;anomalousyear;lowlevelcloudamount气候变化对全球的自然生态系统以及社会经济体系具有深远的影响,是当今各国政府和科学界乃至普通民众广泛关注的热点问题.近年来的研究表明,全球平均地表温度自1861年以来一直在增高,20世纪增加了0.60.2c.气候变化会引起大气物理结构和化学结构发生变化,进而影响到太阳辐射能量的变化,探讨气候变化对日照时数的影响具有重要意义.近来有不少学者对太阳辐射,日照时数,日照百分率的气候变化进行过研究.如李晓文等通过对中国55个辐射站19611990年30a问地面太阳辐射变化趋势统计分析,发现中国大部分地区地面总辐射量呈下降趋势.任国玉等研究表明,近50a来中国日照时数呈明显减少的趋势,其趋减幅度具有东部大于西部,平原大于山区的特点;日照时数的变化还存在明显季节性差异,冬,夏两季趋减幅度大于春,秋两季.徐宗学等收稿日期:2011-0112作者简介:彭云峰(1969一),福建福州人,硕士,工程师,主要从事气象服务.email:第3期彭云峰等:近50年福建省日照时数的变化特征及其影响因素?351?分析了黄河流域77个气象站19582001年日照时数的长期变化趋势,认为黄河流域的日照时数总体上呈下降趋势.张星等应用闽江流域11个测站19612005年日照时数资料,发现整个流域的日照时数都表现出减少的趋势,减幅最大的季节是夏季,其次是冬季.郑礼新等利用厦门市两个站日照时数的观测资料,发现近55a厦门市年,季,月日照时数均呈减少的变化趋势,低云量的增加以及雾,轻雾,霾等影响日照时数的天气现象13数的增多,是造成厦门市主城区日照时数减少的主要原因.日照百分率的下降表征了太阳辐射的下降,stanhill等】.认为云量和气溶胶的增加是近年来全球太阳辐射下降的主要原因.福建省地处中亚热带和南亚热带,西北有高峻的武夷山脉为屏障,削弱了冷空气的入侵;东濒海洋,暖湿的海洋气流可不断向内陆输送,属亚热带海洋性季风气候,以温暖湿润为显着特色.年太阳辐射为44005300mj/m,年et照时数15302230h,2000h的等值线与中,南亚热带的分界线大体吻合.目前,对福建省温度,降水等的变化特征,很多学者已从不同的时空尺度,用很多方法作了分析.,但对反映气候状况的另一个重要因子日照变化的研究相对较少.本文拟运用气候诊断分析方法,对福建省近50a日照时数的年际,年代际变化等特征进行分析,以揭示其气候变化特征及其可能影响原因,对于合理进行农业生产布局,调整种植业结构有着十分重要的意义.1资料和方法1.1气候倾向率选取福建省64个站19612008年逐月日照时数,总云量,低云量,水汽压和相对湿度,按122月为冬季,35月为春季,68月为夏季,911月为秋季生成逐季序列,并通过算术平均法建立福建省年,季日照时数,总云量等气象要素序列.多年平均值采用19712000年的30a平均值气候变化倾向率用线性方程拟合.1.2异常年份分析世界气象组织对气候异常提出两种判别标准,一是距平超过标准差的2倍以上,二是它出现的几率为25a以上一遇.本文采用距平大于标准差的2倍作为异常,以标准差的1.52倍为接近异常来分析福建省日照时数的异常特征.1.3空间分布在arcgis平台下,采用regularizedspline(规则样条)函数l】,将64个站点四季,年日照时数平均值,距平和趋势值由离散点值插值为面值,绘制成空间分布图,以分析其分布特征.2结果与分析2.1年平均日照时数的地理分布特征福建省平均年日照时数为1733.oh,其中,冬季为342.4h,约占全年19.8%;春季为320.oh,约占全年18.5%;夏季为589.5h,约占全年34.0%;秋季为488.9h,约占全年27.7%.以夏季最多,春季最少.就年日照时数的空间分布来看,各地年日照时数为15392225h,总体呈北少南多的分布规律(图1),以连江最低,东山最高.厦门,金门,泉州,石狮,诏安,东山等东南沿海地区在1900h以上.三明市,南平市大部,宁德市大部以及福州市大部低于1700h.2.2日照时数的年际变化趋势图2给出了福建各站的年日照时数的气候倾向率,19612008年,除南平以11.7h/10a的速率增加外,其它各地呈现出一致的减少趋势,减幅为9.9134.6h/10a,以松溪减幅最大(p<0.01),其次是安溪,减幅为124.0h/10a(p<0.o1).其中南平市南部,宁德市西部和北部,以及莆田市大部减幅较小,不足50.0h/10a;龙岩市大部,漳州市东南部,厦门市大部,闽侯,松溪和安溪等地减幅在100.0h/10a以上.从近50a四季日照时数的变化趋势来看,春季南平,屏南表现为增加趋势(图3a),增幅均为3.2h/10a;其余各地均表现为一致的减少趋势,减幅为1.031.8h/10a,特别是龙岩市,漳州市大部减少最为明显,减幅在20.0h/10a以上.三明市和福州市的大部减幅为10.020.0h/10a,南平市与宁德市的大部减幅为0.020.oh/10a.夏季日照时数除南平以3.4h/10a的速度增加外,其它各地均呈现出减少趋势(图3b),减幅为5.448.9h/10a,尤其是松溪减幅最大(p<0.01),其中南平市西北部,龙岩市大部,厦门市,漳州市东南部和福州市大部减幅最为明显,减幅在30.0h/10a以上.秋季(图3c),南平,屏南,莆田和永泰等地日照时数表现为不同程度的增加趋势,增幅为0.47.2h/10a,其中南平增幅最大.其它各地呈减少趋势,减幅为2.232.0h/10a,仍以松溪减幅最大(p<0.01);其次是厦门,减幅为28.4h/10a(p<0.01).?352?中国农业气象第32卷28.n27.n26.n25.n24.n116.el17.e118.e119.e120.e图1福建省年日照时数分布图(19712000年平均)fig,1geographicaldistributionofaveragesunshinehoursduring1971-2000infujianprovince图2近50a福建省年日照时数气候倾向率(h/10a)分布图fig,2geographicaldistributionoflineartrendrateofannualsunshinehoursinfujianprovinceduring1961-2008(h/10y)图3近50a福建省四季日照时数气候倾向率(h/10aj分布图a一春季spring,b一夏季summer,c一秋季autumn,d一冬季winterfig,3geographicaldistributionoflineartrendrateofseasonalsunshinehoursinfujianprovinceduring19612oo8(h/10y)第3期彭云峰等:近5o年福建省日照时数的变化特征及其影响因素353?冬季日照时数全省各地均表现为减少趋势,减幅为2.125.1lc10a,以松溪减幅最大(p<0.01),霞浦次之,为23.9h/10a(p<0.01).南平市南部,莆田市大部,漳州市东北部及厦门市北部减幅较小,在10.0h/10a以内;龙岩市西部,宁德市中部,福州,武夷山等减幅在20.0h/10a以上.就福建省平均而言,近50a(19612008)年日照时数表现为显着的减少趋势(表1),平均每10a减少71.7h(p<0.01).四季日照时数也呈现出明显的减少趋势,减幅为l3.826.51c10a(p<0.1),以夏季减幅最大,其次是春季,减幅为15.9h/10a,秋季减幅最小.表1福建省年,季日照时数的气候倾向率(h/10a)table】lineartrendrateofannualandseasonalsunshinehoursduringtwoperiodsinfujianprovince(h/10y)注:,分别表示通过0.05和0.01水平的显着性检验.下同.note:thetestsaresignificantwithp<0.05(),p<0.叭().thesameasbelow.近30a(19812008),夏季日照时数减幅在加大,达27.71c10a;冬季仍为减少趋势,但减幅不大.春,秋季却分别以25.6h/10a和9.4tc10a的速度在增加,致使年日照时数也呈现出增加趋势,增幅为4.71c10a.2.3日照时数的年代际变化特征从福建省年日照时数距平的年代际变化来看(图略),20世纪6070年代全省各地均为正距平,以60年代偏多最为明显,尤其是龙岩市与泉州市交界处的各县,漳州市西部,福州,厦门,松溪等地偏多300h以上.2o世纪80年代南平市西部,龙岩市中部,漳州市东南部,宁德市西北部日照时数为正距平,较多年平均值偏多1.961.1h,以周宁偏多最突出;其它各地年日照时数较多年平均值偏少4.7185.3h,其中华安,同安,晋江和闽侯等地,偏少100h以上,以华安偏少最明显.进入20世纪90年代后,全省除南安,晋江,华安,同安和南平年日照时数偏多12.387.1h外,其它各地为负距平,区域明显扩大,偏少了3.6182.7h,其中龙岩市大部,三明市大部,南平市西部,宁德市中部,漳州市东部以及厦门市南部偏少100h以上.就全省平均而言,年日照时数呈逐年代递减趋势,20世纪6070年代为正距平,8090年代为负距平;60年代最多,90年代最少,90年代较60年代偏少319.7h.从福建省季日照时数的年代际变化来看,20世纪60年代四季日照充足,均为正距平,偏多44.686.7h,以春季偏多最突出.70年代四季日照仍为正距平,在19.934.9h,以秋季日照偏多最为明显.8o年代夏季偏多22.9h,其它三季et照时数为负距平,偏少4.826.4h,以秋季偏少最多.90年代春季正常,其它季节偏少3.855.2h,尤其是夏季偏少最多,致使年日照时数减少较为明显,为19612000年40a中最少的10a.2.4日照时数的异常分析由表2可见,福建省春季和冬季日照时数各出现过1次异常偏多年份,均出现在1963年,较多年平均值分别偏多241.2h和228.0h,近50a未发生过异常偏少年份.夏季,异常偏多年份出现在20世纪60年代末和70年代初,以1971年最为明显,偏多181.3h;1997年异常偏少,较多年平均值偏少167.7h.秋季日照时数异常偏多和偏少年份各出现过1次,1979年异常偏多,为近50a最高值;1987年异常偏少,较多年平均值偏少122.8h.年日照时数异常偏多年份出现过2次,分别出现在1963年和1971年,前者主要是由于冬,春日照时数异常偏多造成的,而后者则是夏季日照时数异常偏少引起的.过去50a,年日照时数未出现过异常偏少年.表2近50a福建年,季日照时数的异常年份table2anomalousyearsofannualandseasonalsunshinehoursduring196120o8异常年份anomalousyear春季spring夏季summer秋季autumn冬季winter正year注:+为异常偏多,一为异常偏少.note:+isanomalousmoreyear.一isanomalouslessyear.2.5影响日照时数的主要气象要素变化2.5.1影响因子的变化趋势通过对福建省年,季平均低云量的气候倾向率分析,近50a(19612008)除秋季以0.02成/10a的速度减少外,其它季节和年平均低云量呈不同程度的增加趋势,以夏季最为明显,增幅为0.11/10a.但近一(799)+一+l7,1卯粥卯)+;/l,l99999?354?中国农业气象第32卷30a(19812008)平均低云量,夏季表现为明显的增加趋势,增幅为0.20j/10a(p<0.01);春,秋季呈减少趋势,以春季最为明显,减幅为0.30成/10a(p<0.01);冬季变化不大;年平均低云量也呈现为减少趋势,减幅为0.10j/10a.从平均总云量的气候倾向率来看,近50a四季和年平均总云量基本无变化,而近30a春,秋两季平均总云量表现为明显的减少趋势,以春季最为突出,为0.40成/10a(p<0.01),夏,冬两季变化不大,年平均总云量也以0.19ff/10a的速度减少.根据对平均水汽压的气候倾向率分析,近50a除冬季呈增加趋势,增幅为0.16hpa/10a外,其它季节和年平均水汽压变化不明显.近30a,冬季平均水汽压增幅有所加大,为0.27hpa/10a(p<0.1);其它三季以0.110.33hpa/loa的速度在减少,其中秋季减幅最大(p<0.1),年平均水汽压呈不明显的减少趋势.19612008年,季平均相对湿度呈现出不同程度的减少趋势,为0.280.81个百分点/10a,以冬季减幅最大(p<0.1);年平均相对湿度也表现为减少趋势,减幅为0.52个百分点/10a(p<0.01).近30a四季和年平均相对湿度均表现为显着的减少趋势,减幅为1.32.6个百分点/10a(p<0.01),减幅在加大,以夏,冬两季最为明显.表3近5oa福建总云量,低云量,水汽压和相对湿度的气候倾向率table3thelineartrendrateoftotaldoudmount(tca)ilow?levelcloudmount(lca),surfacevaporpressure(svp)andrelativehumidity(ri-i)infujianprovince春季spring夏季summer秋季autumn冬季winter年yearl961-2oo8l981-2o081961-20081981-20081961舢81981-20081961-2008198l_20o81961-20081981-20082.5.2云量,水汽压,相对湿度与日照时数的相关性从福建年,季日照时数与云量,水汽压和相对湿度的线性相关系数分析来看(表4),年,季日照时数与平均云量呈显着的负相关,尤其是冬,春季.春,夏季日照时数与水汽压关系不大,秋,冬两季和年日照时数与水汽压呈较明显的负相关.年,季日照时数与平均相对湿度也表现为较为显着的负相关,以冬,春季最为明显.表4福建日照时数与总云量,低云量,水汽压和相对湿度的相关系数table4correlationcoefficientbetweensunshinehoursandtotalcloudamount(tca),lowlevelcloudamount(lca),surfacevaporpressure(svp)andrelativehumidity(ri-i)infujian2.5.3et照时数减少的主要原因根据以上分析,大部分季节和年日照时数与云量,水汽压和相对湿度均表现为较为显着的负相关关系,也就是云量,水汽压和相对湿度增加,日照时数减少.从表2和表3来看,近50a总云量,水汽压和相对湿度都呈减少趋势,只有低云量呈增加趋势,这说明福建省日照时数减少主要与低云量的增加有密切关系.近30a,夏季低云量增加趋势较为明显,致使日照时数呈显着的减少趋势;春,秋季云量表现为减少趋势,而日照时数却呈增加趋势,尤其是春季更为突出.冬季日照时数的减少,不仅与云量的增加有关,还与水汽压的增加有一定的关系.3结论与讨论(1)福建省年日照时数为15392225h,总体呈北少南多的分布规律.近50a,福建省除南平以11.7h/10a的速度增加外,其它各地一致呈现为减少趋势,减幅为9.9134.6h/10a,以松溪减幅最大,为134.6h/10a,其次是安溪,为124.0h/10a.就福建省平均而言,年日照时数表现为极显着的减少趋势,平均每10a减少71.7h;四季日照时数也呈现出明显的减少趋势,减幅为13.826.5h/10a,以夏季减幅最大,秋季减幅最小;近30a夏季减幅在加大,春,秋季呈增加趋势.第3期彭云峰等:近5o年福建省日照时数的变化特征及其影响因素355?(2)就季日照时数的年代际变化而言,20世纪6070年代四季日照充足,为正距平;80年代夏季偏多,其它三季13照时数为负距平;90年代春季正常,其它季节偏少,尤其是夏季偏少最多.(3)年13照时数异常偏多年份出现过2次,分别出现在1963年和1971年,前者主要是由于冬春日照时数异常偏多造成的,而后者则是夏季et照时数异常偏少引起的.过去50a,年13照时数未出现过异常偏少年.(4)大部分季节和年日照时数与云量,水汽压和相对湿度均表现为较为显着的负相关关系.近50a福建省日照时数减少主要与低云量的增加有密切关系.而近30a夏季低云量增加导致日照时数显着减少;春,秋季云量的减少,使得日照时数增加.冬季日照时数的减少,不仅与云量增加有关,还与水汽压增加有一定的关系.13照时数的变化与许多因子有关.云量是决定日照时数变化的重要因子之一.大气透明度对日照时数也有很大影响.大气透明度是表征大气对太阳辐射透明度的一个参数,它受大气中的水汽含量以及大气气溶胶含量等因子影响.由于未收集到大气气溶胶资料,本文重点分析了大气中云量,水汽压(水汽含量)和相对湿度对13照时数的影响,因大气气溶胶引起太阳直接辐射减弱造成13照时数减少的记录没有得到,有待今后继续研究.当前13照时数减少已是普遍现象,它的减少对自然和生态发展的各个方面都会产生一定的影响.日照时数减少导致抵达地球的太阳辐射总量和带电粒子流产生变化,从而使大气压和气温随之发生变化.13照时数减少使地面水平能见度变低,空气污染加重,影响农作物的品质(如糖分降低等)和产量等.此外,日照时数的减少也会使人类健康受到一定的影响.参考文献:1ipcc.climatechange2001:synthesisreport,acontributionofworkinggroupsi,iiandiiitothethirdassessmentreportoftheipccr.newyork:cambridgeuniversitypress,2002:398.2jiangyn.estimationofmonthlymeandailydiffuseradiationinchinaj.appliedenergy,2009,86:14581464.3bakircik.correlationsforestimationofdailyglobalsolarradiationwithhoursofbrightsunshineinturkeyj.energy,2009,(34):485-501.4m