37-滁州地区40年日照时数的变化特征分析

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1、潞州地区40年日照时数的变化特征分析金华星®王冰®郭敏"林修栋®(安徽省滁州市气象局,安徽滁州239000;山东省烟台市气象局，山东烟台264003;山东省临朐县气象局，山东潍坊262600;山东省威海市石岛气象台，山东威海264309)摘要：利用滁州地区7个气象台站1961〜2000年逐年、逐月日照时数资料，采用常规统汁方法和墨西哥帽小波变换分析了它们的月分布情况，年际气候变化规律。关键词日照时数小波分析变化特征引言円照表示一个地区接受人阳光照射与否的情况，是太阳辐射最直观的表现，也足气候形成

2、的重要要素。日照是影响生态环境和农业生产的重耍因子之一。近年来国内外一些学者对温度、降水、风速等气象要素的变化进行了很多研究，而对U照时数分析却比较少。滁州地区下设7个县市，大部分是农田耕地，因此研究日照的时空分布规禅，尤其是近40年的变化趋势，是一项基础性的丄作，对研究生态环境和指导农业生产具有重耍的意义。本文从円照的一个非常熏要的参数円照吋数着手进行分析研究，得出了一些円照变化规律和特征。小波分析被公认为继傅里叶分析方法以來纯粹数学与应川数学完美结合的乂一个新的里程碑。它不仅能反映信号在时频

3、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，也可以显示出信兮变化的时间位置，还具冇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M尺度成分采用相应飢细的时域取样步长，从而能不断聚焦到曲线的任意细节。由于上述特点，小波分析己在许多领域得到广泛的应川，在气候变化分析和气候预测方面也侖许多成功的例子。1小波分析原理若W数y⑴e£2(/?)(即］^(/)

4、2冰＜oo),满足下列条仲f11RJ=0(1)R称为基本小波。基本小波旮多种形式，本文采川墨

5、西哥帽小波(简称Mexh小波)。Mexh小波在祸示气候资料的奇异性(突变点)方面表现出&好的性能［2］。Mexh小波的母函数为：y⑴=(l-，2)e-，2’2ZG(-oo,+oo)(2)将函数仲缩平移后得到：a,be/?且a〉0其屮a是尺度因子，b足平移因子。函数/⑴6/3（/?）的连续小波变换（CWT）定义为:式中“*”代表丼轭。这里/（Z）代表研究的气候资料。对于一个时间序列，可以用小波系数极值方法推导得到其中存在的周期与尺度的关系：T=2瓜//（Oq=4.12a（5）2资料来源及预处理木文

6、选用7个站（滁州市、来安、全椒、天长、定远、明光和凤阳）的逐月U照时数资料，其屮明光站1961年1月〜3月没宥记录，经过拟合和插值补充而得到。滁州市地处江淮之间丘陵地带，四季较为分明。春季（3月〜5月）、夏季（6月〜8月）、秋季（9刀〜n刀）和冬季（12刀〜2刀）的数裾根裾刀值得到。在利川小波分析技术进行变换吋，耑要消除边界效应。因此在分析吋要对原奋的资料进行延拓。资料的延拓方法很多，常见的方法有零边界法、对称延伸法、相似延伸法、线性趋零法、周期延仲法等。这里我们选择T对称延仲法对资料进行T延拓

7、。设原资料序列为八i），i二1，2,3,…，n分别对应1960年至2000年共40年U照日数的距平值。从原资料序列的开始点按+向前延仲，按/'（/+2，:）=/（«+卜1）从其结束点向后延仲，由此组成一个长度为120的新资料序列。川进行小波变换后，去掉两端延仲资料的小波变换系数，保留原资料序列吋段内的小波系数，以避免边界效应的影响。3结果与分析3.1日照时数的年变化特征滁州地区多年闩T•均闩照吋数为5.9小时，年总円照吋数T•均为2130.9小吋。将整个滁州地区分成两部分，靠近长江的四个县市（滁

8、州、全俶、来安、天长）简称为南部，靠近淮河的三个县市（定远、明光、风阳）简称为北部。年U照时数的地理分布为南部地区比北部约少100个小时。图1（a）为近50年来各月円照时数多年T•均值分布图。从图1（a）可以看出：滁州地区曰照时数南部和北部的年内变化规律都为单峰型。最大伉岀现在8月，最小值在1月，其中6、7月变化不人，这主要是在6月下旬、7月份上旬处在梅附季节屮，阴雨天气比较多，导致6、7月份比8月份日照吋数要少。7月中旬出梅后降水减少，天气晴朗，円照逐渐增多，到8月份达到最大值。8月份以后，受

9、天文因素影响，日照吋数开始下降，到1月达到最低值。因此可以将南部和北部的地区的门照F1数平均后进行统计分析。再川mexh小波分析滁州地区的年闩照吋数吋间序列，得到图1（b）。从图1（b）可以肴出,在人时叫尺度上，年II照时数偏多、偏少期交替出现，突变点在1969年。1990年p存在比较明显的3a时间尺度周期。10I冬I1滁州地区多年平均FI照时数刀际变化和小波分析阁3.2日照时数的季节变化特征从春、夏、秋、冬四季円照时数的逐年变化曲线(图2)上可以看出，四季H照吋数变化曲线的趋势变化和阶段变化都