石家庄地区日照时数的时空变化特征分析

第 3期2013年 9月气 象 水 文 海 洋 仪 器Meteorological，Hydrological and Marine InstrumentsNO．3Sep．2O13石家庄地区 日照时数的时空变化特征分析齐晓华，张翠华，侯晓玮(河北省 石家庄 市气象局 ，石家庄 050081)摘 要：利用石家庄地区 16个地面气象观测站的 1955~2010年 曰照时数资料，采用相关系数法、线性倾向估计法、墨西哥帽小波分析 、Mann—Kendal检验等方法对石家庄地 区 5个代表站曰照时数变化特征进行 了分析。结果表明：山区和丘陵地带的 日照时数低于东部平原；全 区日照时数均表现出明显减少的趋势 ，但 山区及丘陵地带的 目照时数下降速率大于东部平原；西南部山区和市区日照时数发生了突变，突变时间均发生在上世纪 80年代中期。连阴雨和雾的天气系统的维持，空气 中气溶胶颗粒的“阳伞效应”以及 台站周 围障碍物高度角的增加均促使 了日照时数的减少。

关键词 ：日照时数；气候变化；天气系统；气溶胶 ；障碍物中图分类号：TH765．2 文献标识码 ：A 文章编号 ：1006—009X(2013)03—0106—04Temporal and spatial variation characteristics of sunshinehours in Shij iazhuang areaQi Xiaohua，Zhang Cuihua，Hou Xiaowei(Shijiazhuang Meteorological Bureau of Hebei，Shijiazhuang 050081)Abstract：According to the annual sunshine hours data of 1 6 ground meteorological observation stationsin Shijiazhuang area from 1955 to 2010，this paper analyzes variation characteristics of sunshine hoursin 5 reDresentative stations by using the correlation coefficient method， linear trend estimationmethod，M exican-hat wavelet analysis and M ann—Kendall test etc． The results show that sunshinehours in mountainous and hilly regions are below than that in the Eastern Plain．The whole region’Ssunshine hours show an obvious decreasing tendency． The descending rate of sunshine duration inmountainous and hilly areas is faster than that of the Eastern Plains．The sunshine hours in southwestmountain areas and urban have turned up mutations and they all happened in the last century of mid80s．The decline of sunshine duration can be caused by continuous rain and fog weather，the umbrellaeffect of aerosol particles in the air and the increasing of the obstacle height angle around the station.

Key words：sunshine duration；climate change；weather system；aerosol；obstacleO 引言太阳辐射是地球气候系统的主要能源，地球大气中的许多物理现象和动力过程都是由此发生的。而 日照是太阳辐射最直接的表现，它的增减能使全球热量供给条件发生变化，对农业大棚菜的种植、太阳能的合理利用、植物的光合作用 。

都有影响，重者造成生态和环境恶化，这已经引起收稿日期：2012—1卜l9.

作者简介：齐晓华(1974一)，女，大学，工程师．主要从事气象预报服务工作第 3期 齐晓华，等 ：石 家庄地区 日照时数的时空变化特征分析 。107‘了国内外不少学者的高度重视。沈琪等分析了江苏省 Et照变化特征，认为局部地区 日照与全省下降趋势不一致 』．郭艳岭等对河北省13照时数进行 了分析 ，认为影响 日照时数的变化是多种气 象因子综合影响的结果_5 ；陈碧辉等分析了成都市日照时数减少的原 因及发生气候突变时间。本文通过对石家庄地 区 日照时数时空变化特征及其影响因素的分析 ，了解 了石家庄地区大气 与气候 的变化规律及其可能原因 ，对于本地 区制定区域 发展政策 、进行生态建设 、应对气候系统变化和寡照天气预报起着重要指导作用 。

1 资料来源和方法选取石家庄地区有连续 El照时数资料的 16个气象观测站的 El照时数 资料进行研究 ，剔 除了资料不连续 的元 氏站。鉴于石家庄地 区的地形地貌特点 ，以石家庄市 、平 山、赞皇 、新乐 、辛集 为代表站(分别代表市区、西北部 山区、西南部 山区、东北部平原 、东南部平原)。运用线性曲线分析 日照时数的年变化 趋势 ；利用 Mann—Kendall突变检验 日照时数时间序列资料的变化趋势和突变点。

2 年 Et照时数的空间分布将多年来的日照时数求取平均值，得到 16个站的年平均 日照时数 ，其分布如图 1所示。由图中可见 ，位于石家庄地区南部的高邑站和北部的正定站是两个低值中心 ，而位于西北部的行唐站和东北部的无极站是两个次低值 中心；这几个低值中心地理位置均位于本地区的中心部位，也是人 口最密集的地方。位于东南部平原的辛集站是一高值中心 ，而往西的晋州站和新乐站是两个次高值 中心。总体上从西向东呈高一低一高一最高的形式分布，东部平原 Et照时数最大。这与山区大于平原 的理论值相反 ，可能是由于位于本地区西部太行山脚下的多个水泥厂排放的气溶胶颗粒增多而影响了日照时数，这与后面分析的原因之二相吻合。

图 1 石 家庄 地区年 日照时数的空间分布3 年 日照时数的时间变化图 2(a～e)是代表站石家庄市、平山、赞皇、新乐 、辛集年 日照时数 的线性变化趋势图。从 图中可以看出：这 5个代表站 的年平均 日照时数均呈下降 趋势 ，下 降速率 分 别 为 一 13．8、一14．7、一 16．8、一15．9、一1．2 h／a，辛集站年平均 日照时数一 直 在 平 均 值 附 近 徘 徊 ，相 关 系 数 r一一 0．1191，未通过 0．10信度检验，其余 4个站，8O年代以前年平均 日照时数均在平均值以上，相关系数均通过r一0．001的信度检验，表明 日照时数减少趋势是显著的；另外 日照时数下降速率有山区大于平原的特点。

一
3500 ， y 一l3·839 2 88I·2姗 踟 瑚 蝴N3 3 3 3 3 · lO8 · 气 象 水 文 海 洋 仪 器＼ 茁巨匝 』
35o0蠢3000苫 2500器20015000 c。 ．。 0 ∞ t-．- 卜 。。 o。 0 0 0 0 0 0 0 ∞ 0 0 ① 0 0 ? ㈠ H ．r2Q年份(b)平山v=一16．824 x+2 967．7④ ① 0 寸 0 兽 爱 宝 宝 器 爱 昌 害 8 g_一 一 -_ 一 口年份)赞皇35OO嘉 。。。

墓250正
2(J(jv：一l5．94 x+2 907．73500乏 3000辇250矍2000l500。。 ∞ oo ∞ 。。 ∽ 。。 ∞ 。。

∞ t--． ∞ ∞ 0 0 0 0 ④ ∞ ∞ 0 0 m ㈨ 0q q年份(d)新乐v：一1．2155 x+2 663．3年份(e)辛集山区的赞皇站，日照时数在 60~70年代 日照时数在 6O～7O年代起起伏伏，从 70年代以后开始下降，超过了 0．05临界线，在临界 区域内有一个交点 ，发生在 1983年。图 3(e)是东部平原 的辛集站 ，虽然年趋势线呈下降趋势，在临界线 内有 5个交点，但都未超过临界线，故均不是突变点。日照时数在 6O～7O年代起起伏伏，从 7O年代 以后开始下降，超过 了 0．05临界线 ，在 临界区域内有一个交点 ，发生在 1983年。图 3(e)是 东部平原的辛集站 ，虽然年趋势线呈下降趋势，在临界线内有5个交点 ，但都未超过临界线 ，故均不是 突变点。

这说明在 60～7O年代 日照时数都有一个上升趋势，但都未出现突变，从 7O年代后 日照时数都出现下降趋势，只有西南部 山区和市区出现突发性下降，进入了一个日照时数偏少的气候态。

图 2 各代表站建站以来 日照时数的变化过程4 年 日照时数时间序列的突变检验Mann-Kendal突 变检 验 简 称 M ·K 法 。 ‘是～种非参数统计检验方法，可分析时问序列资 蠢。

料的变化趋势和突变 点。由图 3(a)可见 ，在 20 士世纪60年代左右日照时数有一个上升趋势，但未 ：超过临界线，所以上升趋势不显著，从 70年代以来日照时数又呈下降趋势，且通过了 0．05临界线 ，在临界线内只有一个交点 ，突变点在 1984年 ， 。

说明市区在 1984年 日照 -时数进入一个相对偏少的气候态；图3(b)、 蠢(d)分别代表西北部山区和东北部平原，这两张图 ‘非常相似 ，在 20世纪 60～70年代 日照时数有所 ，上升，之后开始下降，虽然都有一个交点，但都在临界线外，故不是突变点。图3(c)为代表西南部誊 萤 誊 景 誊 重 誊 萤 誊 莹 誊 詈 ? ? ? eq年份(a)石家庄市。 H 0 ∞ H c。 cc0 (o h t'- ∞ 。。 ① 0 0 ① 0 ④ ① ⑦ ① 0 0 ? ? ～ 年份(il)平f』J薹 墓 袅 薹 墓 系 誉 董 墓 童? ? ? 6"q年份(r )赞皇星 星 §年份(d)新乐蛹卜000066_【00Hv卜∞ _【∞卜卜卜 _【96_I0 _[卜 _[第 3期 齐晓华，等 ：石 家庄地区 日照时数的时空变化特征分析 。109‘2
3薰：三茎- 6善 誊 蚤 景 重 墓 萤 謇 堇 莹_ _ 一 — H 年份(d)辛集图 3 石家庄地区各 代表站 年 日照 时数 时间序 列突 变检验 M ·K统计 (虚 线为临界线士1．96)5 日照时数的主要影响因素影响 日照时数的因素很多，但引起连阴雨和雾的天气系统最为典型，它们的维持对本地区日照时数影响最大；大气气溶胶颗粒对光线有吸收和反射太阳辐射的能力，它作为凝结核很容易形成雾、霾、浮尘等一些天气现象，对 日照时数也会产生影响 。

5．1 阴雨的天气系统连阴雨天气的显著特点为阴雨、寡照。石家庄地区连阴雨天气主要发生在春 季和秋季 ，均 以大范围环流形势的稳定为背景，与锋区相伴随，一般出现稳定性的降水，几乎没有 日照时数。以2002年 5月 12～16日石家庄出现的连阴雨天气过程为例，在这次连 阴雨天气过程 中，由表 1可以看出，各站的 日照百分率均未超过 20 ，说明该地区在这 5天的时间里 日照时数平均损失了90％。

表 1 2002年 5月 12～16日五 站 的云 量、降水 、日照时数 、可照时数对 照表表 2 2002年 12月 9～18日五站的日照时数、可照时数对照表石家庄 平山 辛集 赞皇 新乐大雾持续的天数 6 8 8 9 9日照时数／h o．o l_6 3．9 o．o o．o可照时数／h 95．2 95．o 95．3 95．5 94．9日照百分率／ o 2 4 o o5．2 雾的天气系统以 200Z年 l2月 9～18日大雾天气 为例，在这次持续的大雾天气过程 中，由表 2可以看出：在这次持续的大雾天气过程 中，其中有 3个站 的 日照百分率为 0，说明大雾天气对该地区的日照时数影响巨大。

5．3 大气气溶胶大气气溶胶，又称气胶、烟雾质，是指固体或和液体微粒稳定地悬浮于气体介质中形成的分散体系。一般大小在 0．01～10 m之间 ，可分为 自然和人类产生两种。大气层中气溶胶能反射太阳光，减少了射入地球的太阳短波辐射能量，就像在地球上竖了一把阳伞，被称为“阳伞效应”，使得日照计记录的日照时数相应地减少。气溶胶颗粒作为凝结核，对云量、降水量、雾的形成起着主导作用，间接影响日照时数，为了进一步了解大气气溶胶和日照时数的关系，本文计算了 2010—01—01～2010-12—31期间各 日日照时数与 l2：0O一12：OOSOz、PM 。、NO 的相关系数，同时也给出各个监测数据与 日照时数关系点聚图。可以看 出，石家庄地区的日照与大气气溶胶具有一定的关系，SOz、PM 。、NOz与 日照时数之间关系的都成负相关，分别为一0．114 37、一0．284 31、一0．167 27。

从大气气溶胶与 日照时数之间的相关系数表明，石家庄地区 日照时数的减少可能由空气 中增加 的气溶胶粒子引起 。

6 结束语综上所述可以得到以下结论 ：(1)石家庄地区 日照时数空间分布从西 向东呈高一低～高一最高的形式分布，有东南部平原向西到山区和丘 陵地带一直在减少 ，其 中市中心位于低值中心；时间分布为近 50 a来日照时数呈下降趋势，下降的速率分别为一13．8、一14．7、一 16．8、一15．9、一1．2 h／a，且 山区大于平原，除了东南部平原的辛集站，其它 4个站从上个世纪8O年代以后均位于平均值以下，其下降的趋势是非常显著的。

(2)天气系统种类很多，但有的维持时间较长，对日照时数影响颇大，最常表现的连阴雨天气和雾均会造成本地 区长达 10多天的 日照百分率几乎为零；另外，大气气溶胶颗粒本身能吸收和反射太阳辐射，而且作为凝结核容易形成雾、霾、浮尘等天气现象，间接影响 日照时数，通过数据表明，空气中的 PM 。的浓度对日照时数影响极大。

(下转 112页)· 112 · 气 象 水 文 海 洋 仪 器 Sep．20138．3 。在现场查看时，在洪泽站土壤水分观测仪周边用便携式土壤水分观测仪进行对 比观测 时，其土壤体积含水率示值均低于洪泽站土壤水分观测仪所测值。建议洪泽站将土壤水分观测仪迁离暗河地域，安装在更有当地土壤代表性的地段。

3．2 赣榆站对比资料分析赣榆站 10～60 cm土层土壤水分观测仪测得值与人工值的平均差值都不大，小于 4％；而100 cm土层的差值却很大，其平均差值达到了25．7 ，如图 3所示。属于在深层土层人工与 自动观测差值异常显著的站点。

瓣*缸 故～ ’ — — ‘— — ’? ? ?
。
，? 一 ‘ ’? — ? 人 ．～ 人 人一八 ／月份 图3 赣榆R10锄 人工与自动站土壤体积含水率变化趋势经现场勘查 ，赣榆当地 土壤厚度较薄一般为60 cm左右。在安装土壤水分观测仪时，厂家与当地气象局曾几次更换安装地点才找到一处土壤较深的地段。其实在当地 80～100 ClTI的土层基本是 以沙石为主 ，而沙石的水分保持力 比土壤要差了很多，在进行人工取土对 比观测时 ，其观测值显然要 比安装在土层较厚的土壤水分观测仪测得值要低很多。以100 cm对比观测数据为例，人工取土的土壤体积含水率平均值只有 12．3 ，远低于同一土层深度土壤水分观测仪测得的土壤体积含水率平均值 (38~／6)。因此，建议取消该站点6O cm以下的土壤水分观测。

4 结论土壤水分观测仪的业务化使用提高了土壤水分观测的连续性和实时性。但是 ，在新 的站点建成后必须对其进行业务化检验。对于业务化检定过程 中发现的误差显著的站点应进行现场勘查找出原因并进行整改 ，保证土壤水分观测的准确性 。

参考文献：[1]U S National Research Council．GOAI S(global O—cean-atmosphere-land system for)predicting season—al to—international climate[M]．Washington D C：Na—tional Academy Press，1 994.

[2]ATI AS R，WOLFSON N，TERRY J．The effect ofSST and soil moisture anomalies on GLA model sire—ulations of the 1 988 US summer drought[J]．Journalof Climate，1993，6(11)：2034—2048.

[3]林朝晖，杨小松．陆面过程模式对土壤含水量初值的敏感性研究[J3．气候与环境研究 ，2001，6(2)：240248.

[4]陈斌，丁裕国，刘晶．土壤湿度的一种统计预报模型初步试验[J]．气象科学，2005，25(3)：231—237.

[5]中国气象局．农业气象观测规范(上卷)[M]．北京：气象 出版社 ，1993.

[6]江苏省气象局观测与网络处．自动土壤水分观测业务文件汇编[M]．南京：江苏省气象局，2010.

(上接 109页 )参考文献 ：[1]阎访，车少静，岳艳霞，等．石家庄地区夏季高温日数变化特征分析[J2．中国农业气象，2010，31(3)：472478.

[2]丁丽佳，郑有飞，王春林，等．粤东地区近 52年El照时数的气候变化特征分析[J]．中国农学学报．2011，27(1)：175—181.

[3]焦建丽，康雯瑛 ，王军，等．河南省日照时数时空变化分析EJ]．气象与环境科学，2012，31(s1)：4-6.

[4]沈琪，曾燕 ，肖卉，等．江苏省日照时数的气候变化特征分析[J]．气象科学，2011，27(4)：425—429.

[5]郭艳岭，邱新法，张素云．1965～2005年河北省日照时数时空分布特征及影响因子[J]．干旱气象，2011，28(3)：297—303.