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摘要利用石岛气象站1981～2010年逐月日照时数资料，采用常规统计方法和小波变换分析了日照的分布情况和变化规律。结果表明，石岛日照时数存在多时间尺度的周期变化特征，在年代际变化中存在3和18年时间尺度；春季在1997年前存在16～18 、5～7年的变化，之后存在4～5年的变化；夏季整体存在8～11年的周期变化，在1987年前为5～7年，1988～2003年为8～10年，2003年之后存在一个6年左右的周期；秋季在1986年以前存在6～7年的周期，之后周期基本在2～3年；冬季存在14～16年和5～7年周期变化。石岛日照时数下降的趋势十分明显，特别是近10年；未来短期内将处于日照时数偏少期。
关键词日照时数；分布情况；变化规律；小波分析；周期变化
中图分类号S161.1文献标识码A文章编号0517-6611（2015）24-177-02
日照表示一个地区接受太阳光照射的情况，是地区气候形成的重要要素[1]。日照时数是决定一个地区气候特征的重要气象因子，而目前针对石岛气候资料的研究较少。因此研究日照的时间分布规律，对了解当地的气候特征具有重要的意义。笔者利用石岛气象站1981～2010年逐月日照时数资料，采用常规统计和小波变换等方法，对石岛近30年日照时数的变化规律和特征进行分析。
1资料和方法
1.1资料来源
测定日照时数的仪器有暗筒式（又名乔唐式）日照计和聚焦式（又名康培司托克式）日照计。在此测定日照时数仪器为暗筒式，资料时间为1981～2010年，四季为春季（3～5月）、夏季（6～8月）、秋季（9～11月）和冬季（12月～次年2月），其中月、季度资料均来源于石岛国家气象观测站实地测量的日资料加权获得。
1.2分析方法
小波分析是当前应用数学和工程学科中一个迅速发展的新领域，联系了应用数学、物理学、计算机科学、信号与信息处理、图像处理、地震勘探等多个学科。它不仅能反映信号在时频域上的总体特征，还能提供局部化的信息，既可给出信号变化的时间尺度，也可以显示出信号变化的时间位置，还具有对突变点的诊断能力。小波分析能将气象时间序列曲线分解成交织在一起的多尺度成分，并对不同
尺度成分采用相应粗细的时域取样步长，从而能不断聚焦
到曲线的任意细节[2-3]。由于上述特点，小波分析已在信号
分析、语音合成、图像识别、计算机视觉、数据压缩、地震勘探、大气与海洋波分析等方面均取得了有科学意义和应用价值的研究成果，在气候变化分析和气候预测方面也有许多成功的例子。
根据魏凤英研究[4]，可对小波进行放大分析，找出局部结构特征和突变信号，从平面图上可以判断序列存在的显著周期，并可以利用小波方差诊断出某一周期的最强振动。
2结果与分析
2.1日照时数年际变化特征
石岛年总日照时数平均为2 510.7 h，月平均日照时数209.2 h，日平均日照时数为6.9 h。从近30年年均日照时数年际变化（图1a）可以看出，在1997年出现了近30年的最大值，随后在1998年出现了低值，但在1999～2000年又出现了较高值，与此相对应的是山东半岛的20世纪末大旱。20世纪80～90年代年均日照时数呈上升趋势，而进入21世纪年均日照时数下降明显，其幅度超过了20世纪后20年的上升值，其中2008年为近30年年均日照时数的最小值。近30年石岛年日照时数呈下降趋势，气候倾向率为-14.1 h/10a。
从近30年年均日照时数的小波分析（图1b）可以看出，
在年际时间变化尺度上，年日照时数偏多、偏少期交替出现，前期存在比较明显的3年左右的时间尺度周期，后期存在明显的18年左右的时间尺度周期，序列的突变点在出现1998年；2010年的等值线未闭合，说明未来仍将处于日照偏少期。
2.2日照时数月变化特征
从近30年石岛各月日照时数平均值分布趋势（图2）可以看出，石岛日照时数变化年内为双峰型，最大值出现在5月，次大值出现4和10月，最小值在7月，这主要是在进入5月份后处于当地的汛期（5～9月），阴雨天气增多，直到7月份达到最低，然后随着时间推移，日照时数增多，进入冬季，受太阳入射纬度角影响，12月～次年2月为全年最低区间，进入春季后，又逐渐增多，直到5月份到达最高。
2.3日照时数季节变化特征
由图3可见，近30年石岛春、夏、秋、冬四季日照时数的气候倾向率分别为11.2、-289、-28.3、7.6 h/10a，可见春季和冬季的日照时数均呈增多趋势，夏季和秋季的日照时数呈减少趋势，春季较冬季增加的明显，夏季较秋季减少的明显。
2.3.1春季。
5年滑动平均线表明，近30年石岛春季日照
时数呈总体增多、阶段性变化，基本为1981～1991年总体偏
少、1992～2002年总体偏多、2003～2010年总体偏少的少-多-少趋势；10年滑动平均线表明，1994年以后春季日照时数进入增多趋势。从春季日照时数距平的小波变换图（图4a）可以看出，春季30年时间尺度的偏多、偏少日照时数年交替出现，在16～18年时间尺度上，其周期变换呈少-多-少-多-少趋势，在1997年之前5～7年时间尺度存在正负闭合中心交替出现的特征，对应的2个偏少日照时数阶段为1981～1985和1989～1990年，偏多日照日数阶段为1986～1988和1991～1997年，其突变点在1994年；1997年之后表现为4～5年时间尺度左右的周期。2010年后等值线基本闭合，表明春季日照时数将逐渐进入近期偏少、总体偏多期。
2.3.2夏季。
5年滑动平均线表明，近30年石岛夏季日照时数呈基本震荡减少的趋势，在1998年后有所增加，但进入2004年又开始减少；10年滑动平均线表明，2007年之后夏季日照时数明显减少。
夏季日照时数距平的小波变换（图4b）显示，在8～11年时间尺度上，1998年以前总体偏少明显；1987年以前存在5～7年的周期，之后有所上移，之后的周期基本为8～10年，对应的日照时数阶段为1983年以前偏多、1984～1987年偏少、1988～1992年偏多、1993～1996年偏少、1997～2002年明显偏多、2003～2005年偏少，且2003年之后存在一个6年左右的周期，突变点在2004年。进入2010年后等值线尚未闭合，表明夏季日照时数将逐渐进入近期偏少、总体偏少期。
2.3.3秋季。
5年滑动平均线表明，近30年石岛秋季日照时数呈基本震荡减少的趋势。秋季与夏季的日照时数走势比较接近。秋季日照时数在1997年后有所增加，进入2003年又开始减少。10年滑动平均线表明，2006年之后秋季日照时数明显减少。
从秋季日照时数距平的小波变换图（图4c）可以看出，在1986年以前存在6～7年的周期，之后周期基本在2～3年，对应的日照时数阶段为1983年以前偏多、
1984～1987年偏少、1988～1998年偏多偏少年交替出现但总体偏少，1999～2002年偏多较明显，进入2003年后偏少明显，直至2010年等值线仍未闭合，表明秋季日照时数将逐渐进入近期明显偏少、总体偏少期。
2.3.4冬季。
5年滑动平均线表明，近30年石岛冬季日照时数在1995年后有增加趋势，到2004年开始减少。10年滑动平均线与5年滑动平均线接近。
由冬季日照时数距平的小波变换图（图4d）可见，在14～16年尺度基本为少-多-少的趋势，对应的日照时数阶段为1981～1994年偏少；1995～2004年显著偏多、2004～2010年偏少；在5～7年时间尺度存在着少-多-少-多-少-多-少的趋势，分别对应着1981～1982、1983、1984～1985、1986、1987～1994、1995～2004和2005～2010年。2010年的曲线在下方闭合，表明在14～16年上冬季日照时数仍处于近期偏少、总体偏多期，在5～7年上冬季日照时数将逐渐进入近期偏多、总体偏多期。
3结论
（1）1981～2010年石岛日照时数年际变化较大，20世纪80～90年代年均日照时数呈上升趋势，而进入21世纪年均日照时数下降明显，其幅度超过了20世纪后20年的上升值；近30年石岛年日照时数总体呈下降趋势，其气候倾向率为-14.1 h/10a；未来一段时间日照时数仍处于偏少期。
（2）石岛日照时数年内变化为双峰型，最大值出现在5月，次大值出现4和10月，最小值在7月。
（3）石岛日照时数季节呈阶段性变化，春季在1997年前存在16～18 、5～7年的变化，之后存在4～5年的变化；夏季整体存在8～11年的周期变化，在1987年前为5～7年，1988～2003年为8～10年，2003年之后存在一个6年左右的周期；秋季在1986年以前存在6～7年的周期，之后周期基本在2～3年；冬季存在14～16和5～7年周期变化。
参考文献
[1] 陆忠艳，周军，邱新法，等.可照时间受地形的影响及其精细的空间分布[J].南京气象学院学报，2005（1）：64-71.
[2] 孙延奎.小波分析及其应用[M].北京：机械工业出版社，2005.
[3] 秦前清，宗凯.实用小波分析[M].西安：西安电子科技大学出版社，1994.
[4] 魏凤英.气候统计诊断与预测方法研究进展[J].应用气象学报，2006，17（6）：736-742.