乐亭县太阳总辐射气候变化特征分析

高英杰，顾黎燕，张 文，张 蔚

（1.乐亭县气象局，河北唐山 063699；
2.保定市气象局，河北保定 071000）

总辐射是影响气候变化的主要因素，总辐射量的多少是决定区域气候的重要因素，其空间分布制约着气候系统的运行。随着经济建设的快速发展，太阳辐射与农业生产、太阳能利用等行业的关系也越来越密切，人们对太阳总辐射的关注度也逐渐升高。因此探讨总辐射的变化具有重要意义。近年来，有不少专家学者对我国太阳总辐射的特征、趋势变化等进行过研究，如杨军等[1]对1992—2000年我国的太阳总辐射特征、趋势变化及分区进行了分析，得出我国太阳总辐射夏季最大、春季次之、冬季最小，年总辐射平均量在总体上没有明显的趋势变化，地区差异很大。戚易明[2]对1981—2010年我国太阳总辐射变化特征及空间分布分析得出，年太阳总辐射总体上呈上升趋势，夏季最大，冬季最小。陈震等[3]利用Angstrom模型对唐山市日照百分率与总辐射资料进行拟合的方法，计算的唐山市太阳总辐射值呈逐年下降的趋势；
陈志华等[4]研究1960—2005年新疆地区总辐射发现，年总辐射量也呈下降趋势。

乐亭位于华北地区北部，唐山东南部，具有冬季干冷、夏季湿热的大陆性气候特点。根据乐亭1993—2021年近28年的总辐射资料，分析了乐亭总辐射的气候变化规律。结果表明：近28年来，乐亭年总辐射呈逐年上升趋势，1—5月份增加显著，5月份达到最大，6—12月份下降较缓。冬季总辐射最小，春、夏季猛增，春季达到最大，秋季又猛减。年平均总辐射在2016年发生了增加突变；
2015年春、夏季发生了增加突变；
1月份、4—6月份、9月份、12月份发生了突变，但均没有通过显著性检验。1月在1996年总辐射发生了减少突变，2001年、2002年气候趋势系数通过了α=0.05的显著性检验，即这两年总辐射减少显著。

选取乐亭辐射观测站1993—2021年的总辐射资料，除去1994年（缺测），共计28年，采用线性倾向估计法研究了乐亭近28年总辐射气候变化特征和变化规律，并采用Mann-Kendal检验（以下简称为M-K检验）方法对乐亭总辐射进行趋势与突变检验。季节的划分，按照气象部门划分标准，春季为3—5月份，夏季为6—8月份，秋季为9—11月份，冬季为12月～次年2月份。夏季资料为28年平均（1994年缺测），其他季节均为29年平均。

2.1 总辐射年代际变化和年际变化

由乐亭各年代年均总辐射可知，21世纪00年代平均总辐射是减少的，比20世纪90年代减少了175.85 MJ/m2，比21世纪10年代少215.13 MJ/m2。由于资料时间较短，年代际变化不能很好地表明变化趋势。

近28年来，经统计可知，乐亭总辐射总体上呈增加趋势，其线性气候倾向率为53.5 MJ/10 a。年平均总辐射为5153.79 MJ/m2，最大值为5521.15 MJ/m2，最小值为4747.14 MJ/m2，二者相差774.01 MJ/m2。总辐射年际间变化波动较大。其中1993年、1995—1997年、2016—2020年，这9年间总辐射较28年平均值偏大，1998—2000年、2002年、2004—2005年、2009年、2014—2015年、2021年，10年总辐射在平均值附近变化，其他9年总辐射较平均值偏小。

2.2 四季变化特征

经统计，近28年来乐亭总辐射存在明显的季节差异。春季总辐射最大，达1664.66 MJ/m2，其次是夏季为1638.21 MJ/m2，秋季为1062.49 MJ/m2，较春、夏季明显减少，冬季最小，仅为776.98 MJ/m2，不到春季、夏季的一半。

春季总辐射呈增加趋势，其气候倾向率为26.3 MJ/10 a，最大值1826.83 MJ/m2与最小值1444.13 MJ/m2的差值为382.70 MJ/m2。夏季总辐射也呈上升趋势，但上升趋势没有春季显著，其气候倾向率为17.3 MJ/10 a，最大值1824.32 MJ/m2与最小值1509.02 MJ/m2的差值为315.30 MJ/m2，其中1997年有明显跳升，较上一年增加了304.60 MJ/m2。秋季总辐射呈缓慢下降趋势，其气候倾向率为-7.3 MJ/10 a，最大值1180.86 MJ/m2与最小值954.30 MJ/m2的差值为226.56 MJ/m2。冬季总辐射呈缓慢上升趋势，其气候倾向率为8.7 MJ/10 a，最大值903.56 MJ/m2与最小值578.40 MJ/m2的差值为325.16 MJ/m2。可见，乐亭四季总辐射上升幅度最大的是春季，其次是夏季，冬季上升幅度最小，只有秋季呈下降趋势。

2.3 月变化特征

近28年来，乐亭月均总辐射呈单峰变化，月平均值为429.48 MJ/m2，1～5月总辐射呈上升趋势，且增加的趋势较明显，5月份达到1年中的最大值651.22 MJ/m2，而后开始下降，6～12月份总辐射呈下降趋势，下降趋势较缓，12月份达最小值218.45 MJ/m2；
最大与最小值相差432.77 MJ/m2。

3.1 年、四季总辐射突变检验

经M-K检验法分析，根据UF（k）和UB（k）曲线交点的位置（图略），确定乐亭年总辐射在2016年发生了突变，2016年以后总辐射呈增加趋势，但气候趋势系数没有通过α=0.05的显著性检验。对乐亭四季总辐射进行突变分析可知，春季总辐射在2015年发生了突变，自2015年开始总辐射呈增加趋势，但没有通过α=0.05的显著性检验；
其他季节均没有发生突变现象。

3.2 各月总辐射突变检验

对乐亭近28年各月份平均总辐射进行突变分析（图略），结果表明：1月份在1996年发生了突变，自1997年总辐射开始减少，2001年、2002年气候趋势系数通过了α=0.05的显著性检验，即减少显著，其他年份没有通过显著性检验，减少不显著；
4月份在2016年、5月份在2015年、6月份在2016年、9月份在2018年、12月份在2019年均发生了突变，总辐射均呈增加趋势，但都没有通过显著性检验，即突变不显著；
其他月份均没有发生突变情况。

1993—2021年，乐亭平均总辐射为5153.79 MJ/m2，总体上呈逐年增加趋势，年总辐射每10年增加53.5 MJ/m2；
总辐射存在明显的季节性变化，即冬季最小、春、夏季猛增、秋季明显下降。除秋季呈减少趋势外，其余三季均呈不同程度的增加趋势。月均总辐射1～5月份呈明显的持续增加趋势，5月份达到最大值，6～12月份呈持续下降趋势，12月份达到最小值。总辐射在2016年发生了增加突变，没有通过显著性检验。春季总辐射在2015年发生了增加突变，没有通过显著性检验，秋、冬季没有发生突变。1月份在1996年发生了减少突变，2001年、2002年通过了显著性检验，即减少显著，其他月份没有通过显著性检验；
4～6月份、9月份、12月份均发生了增加突变，但均没有通过显著性检验。其他月份没有发生突变。