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摘要 利用夏津县气象局1961—2016年日照气象资料，采用线性趋势、累计距平法和谱分析方法对年日照时数与四季日照时数变化特征进行计算分析。结果表明，夏津县日照时数呈显著减少趋势，平均每10年减少77.4 h，且通过了0.001的显著性检验。春、夏、秋、冬四季的日照时数均呈下降趋势，平均每10年分别减少6.3、24.3、23.0、21.8 h，夏季、秋季与冬季下降趋势极显著，通过了0.001的显著性检验；春季下降趋势不显著，未通过0.05的显著性检验。1995—1997年是年日照时数和四季日照时数由正距平到负距平的转折年份；年日照时数和夏季日照时数存在11年的周期，通过了95%的信度检验。
关键词 日照时数；变化特征；线性趋势；累积距平；谱分析；山东夏津；1961—2016年
中图分类号 P422.1 1 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）21-0210-02
Abstract Based on the sunshine duration data of Xiajin Meteorological Bureau from 1961 to 2016，the change characteristics of annual and seasonal sunshine duration were calculated and analyzed，by using linear trend analysis，accumulative anomaly method and spectrum analysis. The results indicated that the annual sunshine duration change showed a significant decreasing tendency with a decadal decreasing rate of 77.4 h，which passed the significance test of 0.001. The sunshine duration changes of spring，summer，autumn and winter all showed decreasing tendencies，the decadal decreasing rates were 6.3 h，24.3 h，23.0 h and 21.8 h，respectively. The decreasing tendencies of summer，autumn and winter were extremely significant，which passed the significance test of 0.001. The decreasing tendency of spring was not significant，which didn′t pass the significance test of 0.05. The annual and seasonal sunshine duration changed from positive anomaly to negative anomaly during 1995 to 1997. There was an 11-year period for both annual and summer sunshine duration，which passed the confidence level of 95%.
Key words sunshine duration；change characteristics；linear trend；accumulative anomaly；spectrum analysis；Xiajin Shandong；1961-2016
日照時数是地面气象观测的重要气象要素之一，也是太阳辐射在地表的直观表现，与经纬度、云量、地形等密切相关，其长短对农业生产、城市布局、资源利用等都有直接的影响。近年来，随着全球气候变化和人口的快速增长，人类社会活动对于日照时数的干预也越来越大，人为排放污染导致大气中气溶胶浓度增加，霾和雾日数呈增加趋势。德州市地处鲁西北地区，紧邻京津冀重污染区，日照时数下降趋势非常明显，近52年（1954—2005年）的日照时数变化速率为-105.0 h/10年[1]，远超过全国近59年（1951—2009年） -36.9 h/10年[2]的变化速率。夏津县位于鲁西北的边缘，全县耕地面积为59 291.6 hm2，占总面积的68%[3]，主要粮食作物为小麦、玉米，主要经济作物为棉花，素有“棉都”和“银夏津”之称。作为一个农业大县，夏津县日照时数的变化必然对经济发展有极大的影响，因而研究夏津县日照时数的年际变化特征具有很大的现实意义。
1 数据来源与分析方法
1.1 数据来源
本文所用日照时数是来自夏津縣气象局1961—2016年56年的日照气象记录资料，利用多年逐月日照时数的平均值进行空间变化分析。季节依照常规划分为春季（3—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11月）、冬季（12月至次年2月）。
1.2 分析方法
1.2.1 气候倾向率。采用线性趋势来分析日照的气候倾向率。用yi表示日照时数的气候变量，用ti来表示其对应的时间，通常用斜率a的10倍来表示气候倾向率[4]，则日照时数随时间的变化趋势可以用一次线性方程表示：
式中，Ln表示第n年的累积距平，Sn为第n年的日照时数，S为日照时数的多年算术平均值。根据距平有正负的特点，当累积距平为增加趋势时，说明该时间段中日照时数持续高于平均值；当累积距平变化平缓时，表明该时间段内距平保持平均；当累积距平为减少趋势时，表示该时间段内日照时数距平值持续为负。根据此方法可以准确而直观地显示出日照时数的变化阶段[5]。 1.2.3 年际变化周期性。采用谱分析方法对日照时数的方差进行频率分析，研究其年际变化的周期性。
2 结果与分析
2.1 年日照时数变化趋势
由图1可知，1961—2016年夏津县年平均日照时数为2 464.6 h，总体呈现出波浪式下降趋势，下降倾向率为74.4 h/10年（通过α=0.001的显著性检验）。最高值出现在1965年，为2 808.9 h；最低值出现在2006年，为1 799.3 h；两者相差1 009.6 h，为研究期多年平均值的41.0%。1965—1976年年日照时数呈下降趋势，但均高于多年平均值；1976—1982年呈现上升趋势；1982年出现第二高峰值2 775.6 h；1983—1995年经历了一段平缓变化期后；从1996年开始，总体趋势是在波动中快速下降，并且大多数年份日照时数在平均值以下。
2.2 四季日照时数变化趋势
通过计算可以发现，1961—2016年夏津县四季的平均日照时数呈下降趋势，尤其以夏季下降的最为明显，平均以24.3 h/10年的速度递减，对年日照时数变化贡献最大；其次为秋季和冬季，其递减的速度分别为23.0、21.8 h/10年。这3个季节均通过了α=0.001的显著性检验，说明减少趋势极显著；春季的递减速度最不明显，为6.3 h/10年，且未通过α=0.05的显著性检验，说明春季的日照时数减少趋势不显著。
由图2可以看出，1964—1971年夏津县春季日照时数累积距平均为负值，变化平缓说明日照时数在多年平均值附近波动；1972—1984年累积距平值呈上升趋势，为日照偏多期；1985—1999年呈下降趋势，这一时期日照时数基本低于平均值；2006年之后变化较为平缓，与多年平均值基本持平。夏季与秋季变化特征相似，1961—1993年日照时数以正距平为多；1994年之后呈下降趋势，日照时数多低于平均值。相比夏季和秋季，冬季低于平均值的时间节点出现更早，从1984年开始多為负距平，并且在1996年之后下降趋势尤为明显。
在四季的日照时数变化中，春季不同于其他季节的是：近10年左右变化较为平缓，略有回升趋势，而其他季节持续为负距平，下降明显。四季变化的共同点是都有较为明显的由正距平转为负距平的年份，这个转折时间主要集中在1995—1997年之间，这与年日照时数出现明显下降趋势并低于多年平均值开始的时间基本一致。
2.3 年、季日照时数谱分析
图3、4是对56年四季和年日照时数去线性趋势后进行谱分析的结果。可以看出，研究期的年日照时数存在一个波峰，对应的时间尺度为11年，通过了95%的信度检验，夏季日照时数存在与年日照时数相同时间尺度的波峰，并且通过了95%的信度检验；春季、秋季和冬季无显著的变化周期，说明年日照时数11年左右的周期振荡最强，并且周期性主要是由夏季日照时数的变化引起的。日照时数11年的周期恰好与太阳黑子的11年周期相同。李慧芳[6]通过对全国不同区域年、季日照时数与太阳黑子在11年周期分量上的相关性分析，发现近58年（1957—2014年）华北地区年日照时数与太阳黑子数表现为极显著正相关关系。
3 结论与讨论
（1）夏津县年日照时数总体呈现下降趋势，下降倾向率为74.4 h/10年，从1996年左右开始，下降迅速并且低于多年平均值。夏季、秋季与冬季以极显著的趋势下降，其中夏季下降的最为明显，平均以24.3 h/10年的速度递减。四季的日照时数在1995—1997年之间开始由正距平转为负距平，与年日照时数的变化时间节点基本一致。
（2）年日照时数和四季日照时数的谱分析结果显示，夏津县年日照时数和夏季日照时数存在11年的变化周期，说明年日照时数的周期变化主要是由夏季日照时数引起的。日照时数11年的周期恰好与太阳黑子数量的周期相同，兩者可能存在一定的相关性，但是由于缺少太阳周期的具体数据，无法对两者的相关性进行检验。
（3）夏津县日照时数总体上呈下降趋势，对夏津这一农业大县是不利的，可能导致农作物生长量不足。因此，夏津县可以考虑加强大棚农业建设，做好农作物的合理布局，以应对日照时数下降对农业的不利影响。
4 参考文献
[1] 石慧兰，王新堂，邵志勇，等.鲁西北52年日照变化特征及原因[J].气象，2007，33（2）：93-97.
[2] 虞海燕，刘树华，赵娜，等.我国近59年日照时数变化特征及其与温度、风速、降水的关系[J].气候与环境研究，2011，16（3）：389-398.
[3] 夏津县地方史志办公室.夏津年鉴2016[M].北京：中国文史出版社，2016.
[4] 王忠云，魏荣源，宁波.山东省近45年日照时空变化特征分析[J].安徽农业科学，2011，39（34）：21316-21317.
[5] 穆兴民，李靖.黄河天然径流量年际变化过程分析[J].干旱区资源与环境，2003，17（2）：1-5.
[6] 李慧芳.太阳黑子活动与我国不同区域气候变化相关关系研究[D].西安：陕西师范大学，2016.
关键词 日照时数；变化特征；线性趋势；累积距平；谱分析；山东夏津；1961—2016年
中图分类号 P422.1 1 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）21-0210-02
Abstract Based on the sunshine duration data of Xiajin Meteorological Bureau from 1961 to 2016，the change characteristics of annual and seasonal sunshine duration were calculated and analyzed，by using linear trend analysis，accumulative anomaly method and spectrum analysis. The results indicated that the annual sunshine duration change showed a significant decreasing tendency with a decadal decreasing rate of 77.4 h，which passed the significance test of 0.001. The sunshine duration changes of spring，summer，autumn and winter all showed decreasing tendencies，the decadal decreasing rates were 6.3 h，24.3 h，23.0 h and 21.8 h，respectively. The decreasing tendencies of summer，autumn and winter were extremely significant，which passed the significance test of 0.001. The decreasing tendency of spring was not significant，which didn′t pass the significance test of 0.05. The annual and seasonal sunshine duration changed from positive anomaly to negative anomaly during 1995 to 1997. There was an 11-year period for both annual and summer sunshine duration，which passed the confidence level of 95%.
Key words sunshine duration；change characteristics；linear trend；accumulative anomaly；spectrum analysis；Xiajin Shandong；1961-2016
日照時数是地面气象观测的重要气象要素之一，也是太阳辐射在地表的直观表现，与经纬度、云量、地形等密切相关，其长短对农业生产、城市布局、资源利用等都有直接的影响。近年来，随着全球气候变化和人口的快速增长，人类社会活动对于日照时数的干预也越来越大，人为排放污染导致大气中气溶胶浓度增加，霾和雾日数呈增加趋势。德州市地处鲁西北地区，紧邻京津冀重污染区，日照时数下降趋势非常明显，近52年（1954—2005年）的日照时数变化速率为-105.0 h/10年[1]，远超过全国近59年（1951—2009年） -36.9 h/10年[2]的变化速率。夏津县位于鲁西北的边缘，全县耕地面积为59 291.6 hm2，占总面积的68%[3]，主要粮食作物为小麦、玉米，主要经济作物为棉花，素有“棉都”和“银夏津”之称。作为一个农业大县，夏津县日照时数的变化必然对经济发展有极大的影响，因而研究夏津县日照时数的年际变化特征具有很大的现实意义。
1 数据来源与分析方法
1.1 数据来源
本文所用日照时数是来自夏津縣气象局1961—2016年56年的日照气象记录资料，利用多年逐月日照时数的平均值进行空间变化分析。季节依照常规划分为春季（3—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11月）、冬季（12月至次年2月）。
1.2 分析方法
1.2.1 气候倾向率。采用线性趋势来分析日照的气候倾向率。用yi表示日照时数的气候变量，用ti来表示其对应的时间，通常用斜率a的10倍来表示气候倾向率[4]，则日照时数随时间的变化趋势可以用一次线性方程表示：
式中，Ln表示第n年的累积距平，Sn为第n年的日照时数，S为日照时数的多年算术平均值。根据距平有正负的特点，当累积距平为增加趋势时，说明该时间段中日照时数持续高于平均值；当累积距平变化平缓时，表明该时间段内距平保持平均；当累积距平为减少趋势时，表示该时间段内日照时数距平值持续为负。根据此方法可以准确而直观地显示出日照时数的变化阶段[5]。 1.2.3 年际变化周期性。采用谱分析方法对日照时数的方差进行频率分析，研究其年际变化的周期性。
2 结果与分析
2.1 年日照时数变化趋势
由图1可知，1961—2016年夏津县年平均日照时数为2 464.6 h，总体呈现出波浪式下降趋势，下降倾向率为74.4 h/10年（通过α=0.001的显著性检验）。最高值出现在1965年，为2 808.9 h；最低值出现在2006年，为1 799.3 h；两者相差1 009.6 h，为研究期多年平均值的41.0%。1965—1976年年日照时数呈下降趋势，但均高于多年平均值；1976—1982年呈现上升趋势；1982年出现第二高峰值2 775.6 h；1983—1995年经历了一段平缓变化期后；从1996年开始，总体趋势是在波动中快速下降，并且大多数年份日照时数在平均值以下。
2.2 四季日照时数变化趋势
通过计算可以发现，1961—2016年夏津县四季的平均日照时数呈下降趋势，尤其以夏季下降的最为明显，平均以24.3 h/10年的速度递减，对年日照时数变化贡献最大；其次为秋季和冬季，其递减的速度分别为23.0、21.8 h/10年。这3个季节均通过了α=0.001的显著性检验，说明减少趋势极显著；春季的递减速度最不明显，为6.3 h/10年，且未通过α=0.05的显著性检验，说明春季的日照时数减少趋势不显著。
由图2可以看出，1964—1971年夏津县春季日照时数累积距平均为负值，变化平缓说明日照时数在多年平均值附近波动；1972—1984年累积距平值呈上升趋势，为日照偏多期；1985—1999年呈下降趋势，这一时期日照时数基本低于平均值；2006年之后变化较为平缓，与多年平均值基本持平。夏季与秋季变化特征相似，1961—1993年日照时数以正距平为多；1994年之后呈下降趋势，日照时数多低于平均值。相比夏季和秋季，冬季低于平均值的时间节点出现更早，从1984年开始多為负距平，并且在1996年之后下降趋势尤为明显。
在四季的日照时数变化中，春季不同于其他季节的是：近10年左右变化较为平缓，略有回升趋势，而其他季节持续为负距平，下降明显。四季变化的共同点是都有较为明显的由正距平转为负距平的年份，这个转折时间主要集中在1995—1997年之间，这与年日照时数出现明显下降趋势并低于多年平均值开始的时间基本一致。
2.3 年、季日照时数谱分析
图3、4是对56年四季和年日照时数去线性趋势后进行谱分析的结果。可以看出，研究期的年日照时数存在一个波峰，对应的时间尺度为11年，通过了95%的信度检验，夏季日照时数存在与年日照时数相同时间尺度的波峰，并且通过了95%的信度检验；春季、秋季和冬季无显著的变化周期，说明年日照时数11年左右的周期振荡最强，并且周期性主要是由夏季日照时数的变化引起的。日照时数11年的周期恰好与太阳黑子的11年周期相同。李慧芳[6]通过对全国不同区域年、季日照时数与太阳黑子在11年周期分量上的相关性分析，发现近58年（1957—2014年）华北地区年日照时数与太阳黑子数表现为极显著正相关关系。
3 结论与讨论
（1）夏津县年日照时数总体呈现下降趋势，下降倾向率为74.4 h/10年，从1996年左右开始，下降迅速并且低于多年平均值。夏季、秋季与冬季以极显著的趋势下降，其中夏季下降的最为明显，平均以24.3 h/10年的速度递减。四季的日照时数在1995—1997年之间开始由正距平转为负距平，与年日照时数的变化时间节点基本一致。
（2）年日照时数和四季日照时数的谱分析结果显示，夏津县年日照时数和夏季日照时数存在11年的变化周期，说明年日照时数的周期变化主要是由夏季日照时数引起的。日照时数11年的周期恰好与太阳黑子数量的周期相同，兩者可能存在一定的相关性，但是由于缺少太阳周期的具体数据，无法对两者的相关性进行检验。
（3）夏津县日照时数总体上呈下降趋势，对夏津这一农业大县是不利的，可能导致农作物生长量不足。因此，夏津县可以考虑加强大棚农业建设，做好农作物的合理布局，以应对日照时数下降对农业的不利影响。
4 参考文献
[1] 石慧兰，王新堂，邵志勇，等.鲁西北52年日照变化特征及原因[J].气象，2007，33（2）：93-97.
[2] 虞海燕，刘树华，赵娜，等.我国近59年日照时数变化特征及其与温度、风速、降水的关系[J].气候与环境研究，2011，16（3）：389-398.
[3] 夏津县地方史志办公室.夏津年鉴2016[M].北京：中国文史出版社，2016.
[4] 王忠云，魏荣源，宁波.山东省近45年日照时空变化特征分析[J].安徽农业科学，2011，39（34）：21316-21317.
[5] 穆兴民，李靖.黄河天然径流量年际变化过程分析[J].干旱区资源与环境，2003，17（2）：1-5.
[6] 李慧芳.太阳黑子活动与我国不同区域气候变化相关关系研究[D].西安：陕西师范大学，2016.