Temporal and Spatial Variation Characteristics and Influencing Factors Analysis of Sunshine Hours in Sichuan Province
Based on the sunshine hours measured by 31 meteorological stations in Sichuan Province from 1961 to 2017 and the data of air pressure, temperature, relative humidity and wind speed observed simultaneously, this paper studies the temporal and spatial variation characteristics and influencing factors of sunshine hours in Sichuan Province by using climatic inclination rate, Mann-Kendall (M-K) mutation test and Morlet wavelet analysis. The results showed that: 1) The annual average sunshine hours in Sichuan Province were 1795.5 h, showing a significant downward trend, about 29.4 h per 10 years. From the perspective of interdecadal change, since the 90s of the 20th century, the sunshine hours have gradually transitioned from a relatively high period to a relatively low period. 2) In 1985, there was an obvious abrupt change in the number of sunshine hours: it changed from a period of more than one period to one period of less. In terms of cyclical characteristics, the number of sunshine hours mainly includes three different cycles, namely 5 years (the third cycle), 11 years (the primary cycle) and 23 years (the secondary cycle). 3) The sunshine hours in Sichuan Province increased spatially from east to west, showing a distribution pattern of “more in the west and less in the east”. 4) The average wind speed had the greatest impact on the number of sunshine hours, and there was a significant positive correlation between the two. The effects of cloud cover and relative humidity on sunshine hours were the second, showing a significant negative correlation. There was a negative correlation between precipitation and sunshine hours, but it was not very significant. Barometric pressure has little effect on the number of hours of sunshine.
Sunshine Hours
日照时数指的是一天内太阳直接辐射强度达到或者超过120 W·m−2时间的总和(用小时表示),对于了解当地气候、农业生产、太阳能利用等方面具有重要意义。气候变化会导致大气层的物理和化学结构经历显著变动,进而影响地面接收到的太阳辐射量的分布和强度
目前,许多学者对日照时数的时空变化特征及其影响因子进行了深入探讨。就全球范围来看,大多数研究发现全球日照时数呈逐年减少趋势,即所谓的“全球变暗”现象
四川省地形复杂,气候类型多,同时拥有山地、丘陵、平原和高原,从川西到川东落差高达7000 m,是我国重要的粮食生产基地。日照时数直接影响着作物生长,许多农作物的生长发育过程对光照要求严格,光照不足会导致农作物产量减少
本研究中分析日照时数的时间变化趋势、突变特征和周期变化分别采用线性倾向趋势分析、Mann-Kendall (M-K)突变检验
1961~2017年四川省日照时数年际变化特征如
由年日照时数的累积距平曲线(
至80年代期间,日照时数普遍高于过去57年全省的平均水平,显示出这一时期日照资源的相对充裕。然而,自20世纪90年代起,日照时数开始呈现下降趋势,持续低于历史平均值,标志着日照资源的相对减少。整体而言,20世纪90年代和21世纪初10年年,日照时数明显偏低。在进入21世纪的第二个十年,即10年代,日照时数有所回升,呈现出一定的增长趋势。
年份 |
春季 |
夏季 |
秋季 |
冬季 |
年平均值 |
1961~1969年 |
521.7 |
488.7 |
405.5 |
432.6 |
462.1 |
1970~1979年 |
516.8 |
539.5 |
403.0 |
430.2 |
472.4 |
1980~1989年 |
519.7 |
473.6 |
396.6 |
426.6 |
454.1 |
1990~1999年 |
479.4 |
462.3 |
382.5 |
403.1 |
431.8 |
2000~2009年 |
493.6 |
443.6 |
392.5 |
396.6 |
431.6 |
2010~2017年 |
498.2 |
476.7 |
382.8 |
415.4 |
443.3 |
由Morlet小波系数实部等值线
日照时数可能受到多种气象因素的显著影响,这些因素主要包括风速、云量、降水量、相对湿度以及气压等。这些气象条件的变化,对于太阳辐射的吸收和散射具有不可忽视的作用。通过对1961~2017年四川省相对湿度、云量、降水量、平均风速、气压统计,并与日照时数进行Pearson相关性分析。其结果见
1) 与相对湿度的关系
日照时数与相对湿度之间存在显著负相关关系,这与杨小梅对西南地区日照时数影响因子的研究结果相一致
2) 与云量的关系
年以及四季日照时数均与云量呈负相关关系,其中四季均通过了显著性检验。这一结果符合云量增加导致日照时数减少的规律。有研究表明西南地区日照时数偏低与云量在该区较高密切相关
3) 与降水量的关系
年以及四季日照时数均与降水量呈负相关关系,其中春、夏、冬季通过了显著性检验。降水增多时,云量增加,日照时数会减少;但有降水发生时,雨滴会冲掉空气中的污染物颗粒,大气能见度增加,也会导致日照时数有所增加。其他研究也得出类似的结论
4) 与平均风速的关系。四季以及全年的数据均显示出一种正相关趋势,与西南地区研究结果一致
5) 与气压的关系。除了春季之外,其余三个季节以及全年的日照时数均与气压呈现出负相关关系,但并未达到显著性检验的标准。这表明,虽然气压对日照时数有一定的影响,但其影响程度并不显著。
时间 |
相对湿度 |
云量 |
降水量 |
平均风速 |
气压 |
春季 |
–0.510** |
–0.407** |
–0.311* |
0.437** |
0.111 |
夏季 |
–0.484** |
–0.652** |
–0.573** |
0.490** |
–0.161 |
秋季 |
–0.512** |
–0.54** |
–0.24 |
0.077 |
–0.134 |
冬季 |
–0.461** |
–0.375* |
–0.537** |
0.247 |
–0.046 |
年 |
–0.185 |
–0.17 |
–0.173 |
0.469** |
–0.218 |
注:*表示在0.05水平(双侧)上显著相关、**表示在0.01水平(双侧)上显著相关。
1) 1961~2017年四川省年平均日照时数整体呈显著下降趋势,空间上呈自东向西递增的分布特征;自20世纪90年代起,日照时数从相对较高的时期逐渐过渡到相对较低的时期,在1985年发生了突变,日照时数由偏多期突变为偏少期;日照时数变化存在5a (第三主周期)、11a (第一主周期)和23a (第二主周期)的周期变化特征。
2) 平均风速对日照时数影响最大,二者呈显著正相关;云量和相对湿度对日照时数的影响次之,呈显著负相关关系;降水量与日照时数呈负相关关系,但不是很显著;气压对日照时数影响较小。