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user: 3. 结果与分析 3.1. 温度的时间变化 由于1951~1958年间，19个台站中部分台站缺测现象严重，所以选取1959年至2010年各台站的年平均气温进行分析，图2和图3分别为由19个台站的资料所计算得出的贵州省年平均气温的距平和累计距平曲线。由图3可知，贵州省过去1959至2010年之间平均气温变化可以大致分为两个阶段，1959年至1997年，气温负距平累计值不断增加，说明这段时间为偏冷阶段，特别是1997年累计负距平达到−4.7℃，达到50年来最低，这期间气温的平均值是16.3℃；1998年至2010年气温累计负距平开始减少说明气温开始积累，可以判断为偏暖阶段，这段时间气温的平均值为16.8℃。 表1可以看出进入二十一世纪后温度转为正距平，这也说明二十世纪末二十一世纪初贵州省存在明显的增温，除上世纪60年代以外，气候倾向率均为正值，说明增温趋势明显。六十年代气温呈波动变化，到了七、八十年代气温则偏冷，九十年代前期偏冷后期偏暖。气温的突然转变从距平图上能看出是在1998年，正距平达到0.8℃，为50多年来最热年份，累积负距平由当年开始减少，1998年全省年平均温度达到17.2℃，这与许多学者的研究结果一致 [ 11 ] [ 12 ] 。图2的年平均气温距平图中也能发现，明显偏暖的年份集中在后半部分，尤其是1998年以后至今的年份。 由图4线性拟合趋势线以及五年的滑动平均曲线可以看出，50年来贵州省气温总体出现了略微上升态势。由Mann-Kendall突变检验(图5)可知，二十世纪九十年代中后期上升趋势显著(显著性水平0.05)，并且突变发生在1998年，这与上述距平分析所得结果一致。在全国乃至全球来说，1998年均是一个相对较热的年份，当年的冬季平均温度偏低而夏季平均温度偏高。由图6可以看出，贵州省气温存在3年 左右的周期，七十到九十年代存在7年左右的周期，同时1972年到1994年存在一个32年的偏冷周期。综合Mann-Kendall突变检验和小波周期分析，70到90年代初气温偏低，是贵州省的偏冷时期，90年代 Table 1 Decade departure and tendency rate of average temperature in Guizhou provinc 年份 1960~1969 1970~1979 1980~1989 1990~1999 2000~1009 平均气温距平/℃ −0.1 −0.2 −0.1 0.1 0.3 气候倾向率℃/10a −0.29 0.35 0.10 0.37 0.44 变化趋势 ↓ ↑ ↑ ↑ ↑ 表1. 贵州省年平均气温年代际距平和气候倾向斜率 图2. 贵州省1959年~2010年年平均气温距平曲线 图3. 贵州省1959年~2010年年平均气温累计距平曲线 图4. 贵州省1959~2010年年平均气温变化趋势 图5. 贵州省1959~2010年平均气温Mann-Kendall突变检验图 图6. 贵州省1959年~2010年平均气温小波分析图 中后期气温开始突变并且呈上升趋势。 在季节变化方面，选取1月代表冬季、4月代表春季、7月代表夏和10月代表秋季来进行全省气温分季节变化趋势的分析。如表2，贵州冬季气温变化较为平缓，春秋两季气温呈现波动变化，冬季气温有降温趋势。但是最冷月的平均气温不低于0℃，最暖月的平均气温不高于25℃，贵州省气温温和，四季分明，为典型的亚热带季风气候型。 3.2. 温度的空间变化 结合19个台站的分布情况和各站分别计算得出的年平均气温，由图7贵州省年平均气温地域分布图可以看出，贵州省气温南部高于北部，东部高于西部，总体呈现东南–西北降低的形势。其中气温最高的地区为南部罗甸县台站所测得，多年平均气温达到19.7℃，最低出现在西部的威宁县台站，多年平均气温只有10.6℃。贵州省本身地势为西高东低，由中部向北部、东部和南部倾斜，地势越高气温越低，这与气温西低东高，中央及西部低于北、东、南的形势相符，说明多山地区的气温分布与其地势高低有关。 贵州省年平均气温存在这样明显的地区分布差异的原因，一部分是因为上述所说的地势因素，高海拔地区气温变率大、低海拔地区气温变率小；另一部分原因是因为贵州位于西北太平洋副热带高压与云贵静止锋、西南涡交互作用的边缘地带，受季风气候影响显著。夏季受西北太平洋副热带高压西进影响，容易形成晴朗高温天气，而其他季节受西南涡和北方冷空气的共同作用影响，加上本身的海拔高度，形 Table 2 Seasonal average temperature of decades in Guizhou province (˚C 月份 1960~1969 1970~1979 1980~1989 1990~1999 2000~2009 1月(冬) 5.1 5.0 5.0 5.0 4.9 4月(春) 16.4 15.3 15.6 14.8 15.1 7月(夏) 24.4 22.8 23.1 22.9 22.4 10月(秋) 15.9 15.3 15.6 15.2 15.1 表2. 贵州气温年代际季节平均(单位：℃) 图7. 贵州省年平均气温分布 成了贵州各地多样的气温形态。 选取贵州省东南西北及中部各一台站(铜仁、罗甸、威宁、桐梓和贵阳)的年平均气温和极端最高、最低气温进行比较。如表3所示，年平均气温最高的地区是位于南部的罗甸县，比全省平均气温高了3.3℃达到19.7℃；年平均气温最低的则是位于西部的威宁县，只有10.6℃，比全省年平均气温低了5.8℃；不同地区的气温由高到低依次是南部 > 东部 > 中部 > 北部 > 西部，符合全省的地势情况。极端最高气温方面只有南部的罗甸县和东部的铜仁市 > 39℃，其他地区即便是夏季也没有极端高温。而极端最低气温方面只在南部的罗甸县为 > 0℃，其他均 < 0℃，最低的地区是西部的威宁县。 表4中显示出了所选取的五个台站年代际气温倾向率。全省在上世纪60年代均为负倾向率，显示出60年代全省皆为降温趋势；在70年代除了西部的威宁县出现了−0.29℃/10a的气温倾向率外，其余台站均为正值，皆有不同程度的升温；80年代依旧只有西部威宁县出现−0.14℃/10a的降温性气候倾向率，其余台站的气温倾向率都为正，但升温幅度不如70年代明显；90年代所有台站的气温倾向率都 > 0，全省都为升温趋势，东部铜仁出现了0.63℃/10a的相对较大增温幅度；进入二十一世纪后，气温继续呈现全省性升温，而且增温幅度较之前几个年代都较大，西部的威宁县甚至出现了0.82℃/10a的大幅增温。 对所采用的19个台站数据分别进行了Mann-Kendall突变检验分析后发现，其中有13个台站出现了突变，且为上升，另外6个台站无法判断突变时间或突变上升趋势不显著，出现上升趋势并发生突变的台站在所有参与分析台站中的例为68.4%，占全部台站的大多数，这与全省平均温度是呈现上升趋势是一致的。 由表5知，在平均最高气温和平均最低气温方面，与平均气温的趋势基本相同，平均最高气温最高的地区依旧位于南部的罗甸县，达到26.1℃，同时该地的平均最低气温也是最高的，达到16.8℃，甚至高于平均最高气温最低只有16.4℃的西部威宁县，同样的，最低的平均最低气温也是威宁站，只有7.1℃。 3.3. 光照的时间变化 Wolfgang-Albert等 [ 13 ] 研究了西欧1938年到2004年日照时数的变化情况，发现自1950年左右开始一直到80年代初期，西欧地区出现了日照时数下降的趋势，90年代以后开始出现增加，在2003年左右达到最高，他们认为全球在过去的半个世纪经历了一次“变暗”到“变亮”的过程。Kaiser等 [ 14 ] 研究又发现，上世纪后半叶我国的平均日照时数以1%/10a的速率在下降，其中东部地区的日照时数下降较为明显。国内对贵州及周边地区的研究 [ 15 ] [ 16 ] 发现贵州及周边地区也存在日照时数减少的现象，并且大气污染、气溶胶增多造成的雾霾增加可能是日照时数减少的原因。 取用19个台站1959年起至2010年的多年平均日照时数进行距平分析。图8和图9分别为19个台站的资料统计得出的贵州省多年平均日照时数的距平和累计距平曲线。由图9可知贵州省过去1959至 Table 3 Temperature of different parts in Guizhou province (˚C 地区 年平均气温 年平均气温距平 极端最高气温 极端最低气温 桐梓县(北部) 14.8 −1.6 36.6 −6.9 铜仁市(东部) 17.2 0.8 40.5 −9.2 罗甸县(南部) 19.7 3.3 39.5 1.6 威宁县(西部) 10.6 −5.8 31.5 −15.3 贵阳市(中部) 15.2 −1.2 35.4 −7.8 表3. 贵州各地区气温状况(单位：℃) Table 4 Tendency rate of average temperature in Guizhou province (˚C 地区 1960~1969 1970~1979 1980~1989 1990~1999 2000~2009 桐梓县(北部) −0.44 0.41 0.04 0.14 0.39 铜仁市(东部) −0.34 0.40 0.08 0.63 0.76 罗甸县(南部) −0.35 0.25 0.15 0.30 0.33 威宁县(西部) −0.10 −0.29 −0.14 0.46 0.82 贵阳市(中部) −0.32 0.32 0.07 0.34 0.44 表4. 贵州各地气温倾向率(单位：℃) Table 5 Maximum and Minimum average temperature in Guizhou province (˚C 地区 平均最高气温 平均最低气温 桐梓县(北部) 19.1 11.8 铜仁市(东部) 22.3 13.7 罗甸县(南部) 26.1 16.8 威宁宁(西部) 16.4 7.1 贵阳市(中部) 19.8 12.1 表5. 贵州省各地平均最高最低气温(单位：℃) 图8. 1959年~2010年贵州省多年平均日照时数距平曲线 图9. 1959年~2010年贵州省多年平均日照时数累计距平曲线 2010年之间平均日照时数变化也可以大致分为两个阶段：1959年至1978年，日照时数正累积距平值不断增加，说明这段时间内的日照时数不断增加中，特别是1963年正向距平达到341.1 h，达到50年来最高，其次是1978年达到246.5 h，这期间年日照时数的平均值是1356.1 h；1979年至2010年日照时数累计正距平开始呈现减少趋势，，可以判断为“变暗”，这段时间日照时数的平均值为1214.9 h。 表6可以看出进入八十年代以后多年平均日照时数的年代平均值距平为负，这也说明上世纪八十年代开始贵州省存在明显的“变暗”，除上世纪60年代和本世纪最初的10年以外，气候倾向率都是负的，说明上世纪70年代到90年代日照时数减少的明显趋势。2000年开始的10年日照时数的略微增加趋势可能与台站周围环境的变化有关。年日照时数的突然转变从距平图上能看出是在1979年，由前一年246.5 h的正距平转变为当年−26.2 h的距平值，累积正距平也由当年开始减少，1978年全省年平均日照时数达到1515.7 h，但前后两年分别只有1255.7 h和1243.0 h。图8的年日照时数距平图中也能发现，明显的日照时数偏多的年份集中在前半部分，尤其是1978年以前的年份，1978年以后的年份中只有1981、1987、1990、1992、1993和1998年的日照时数距平值为正，本世纪的10年全部为负距平值。 杨小梅等 [ 5 ] 研究发现西南地区的年平均日照时数总量以31.9 h/10a的倾向率降低，年际变化也存在60年代的增加，70到90年代的持续减少以及之后的回升趋势。60年代的日照时数降低幅度高于全部统计时间的平均值，并且90年代以后日照时数显著增加。显然这与贵州省的整体日照时数变化是相符的。 由图10年日照时数的线性趋势拟合线和五年滑动平均曲线可以看出，50年来贵州省多年平均日照时数总体呈现下降趋势。由Mann-Kendall突变检验分析(图11)可知，贵州省年平均日照时数从上世纪70年代中期开始呈下降趋势且趋势达到显著(显著性水平0.05)，突变发生在1989年左右。由图12可以找出贵州省50多年日照时数变化存在3年左右的周期，80年代以前存在7年左右的周期，同时1986年到1994年左右存在一个16年的周期。综合Mann-Kendall突变检验和小波周期分析，80年代以前是贵州省日照 Table 6 Decade departure and tendency rate of sunshine duration in Guizhou provinc 年代 1960~1969 1970~1979 1980~1989 1990~1999 2000~1009 年日照时数距平/h 102.3 51.1 −25.8 −57.9 −84.4 气候倾向率h/10a 27.2 −60.1 −5.4 −113.9 35.1 变化趋势 ↑ ↓ ↓ ↓ ↑ 表6. 贵州省年日照时数年代际距平和气候倾向斜率 图10. 1959年~2010年贵州省多年平均日照时数线性趋势 图11. 贵州省1959年~2010多年平均日照时数Mann-Kendall突变检验图 图12. 贵州省1959年~2010多年平均日照时数小波分析图 时数偏多的时期，80年代中后期日照时数开始突变并且呈下降趋势。有研究表明，在二十世纪后半叶，贵州省云量并没有增加导致地面能接受太阳辐射减少，反而是出现了云量下降的状况，由此可以推断，云量的增减并不是主要影响贵州省出现明显的日照时数减少的因素，这与普遍认为的云量增加导致日照时数减少相反。 3.4. 光照的空间变化 结合19个台站的分布与各站平均年日照时数，由图13贵州省平均年日照时数分布图可以看出贵州省平均年日照时数南部高于北部，西部高于东部，总体呈西南–东北降低的形势。其中平均日照时数最高的地区为西部威宁县台站所测得，平均年日照时数达到1715.5 h，最低出现在桐梓县台站，多年平均日照时数只有1058.5 h，两地相差1.6倍。 贵州省本身地势为西高东低，由中部向北部、东部和南部倾斜，地势越高受到的太阳辐射越高，这与日照时数西高东低，中央及西部高于北部、东部形势相符。说明多山地区的日照时数分布与其地势高低有关。有研究表明 [ 4 ] ，由于太阳高度角的不同，地形对太阳辐射的遮蔽作用不同，所以各地的日照时数不同季节分布不同，特别是夏季太阳高度角较高，地形的遮蔽较少，这使得贵州省东北部部分地区的夏季的日照时数比较长，日照时数的空间差异相对减小。山地的坡向和坡度，以及山地之间的相对高差等造成的地形遮蔽，对日照时数有明显的影响，在贵州省这种地形崎岖的山区，日照时数的空间差异明显。 选取贵州省东南西北及中部各一台站(铜仁、罗甸、威宁、桐梓和贵阳)的平均年日照时数进行比较。如表7所示，年平均日照时数最高的地区是位于西部的威宁县，比全省多年平均日照时数高了438 h；平均年日照时数最低的地区则是位于北部的桐梓县，比全省多年平均日照时数低了219 h；不同地区的平均年日照时数由高到低依次是西部 > 南部 > 中部 > 东部 > 北部，也符合全省的地势情况。 表8中显示出了所选取的五个台站做年代际日照时数倾向率统计。全省在60年代东部和中部出现了日照时数下降，其他地区为上升趋势且上升较为明显；70年代所有台站的日照时数倾向率均为负值，皆有不同程度的时长减少，其中中部下降较为明显；80年代东部出现了日照时长的回升，北部和南部的日照时数基本持平变化不明显，西部和中部的日照时数继续减少；90年代所有台站的日照时数倾向率都 < 0，全省都为日照时长减短的趋势，北部桐梓县出现了−335.6 h/10 a的相对较大减小幅度；进入二十一世纪后， 图13. 贵州省年平均日照时数分布 Table 7 Sunshine duration in Guizhou province (h 地区 平均年日照时数距平 平均年日照总量 桐梓县(北部) −210.3 1058.9 铜仁市(东部) −137.7 1131.5 罗甸县(南部) 117.8 1387 威宁县(西部) 446.3 1715.5 贵阳市(中部) −101.2 1168 表7. 贵州各地区日照时数状况(单位：h) Table 8 Tendency rate of sunshine duration in Guizhou province (h/10a 地区 1960~1969 1970~1979 1980~1989 1990~1999 2000~2009 桐梓县(北部) 166.4 −43.8 4.5 −335.6 334.0 铜仁市(东部) −38.9 −92.7 159.0 −104.5 −132.6 罗甸县(南部) 235.2 −37.0 −1.8 −41.8 353.5 威宁县(西部) 210.2 −87.6 −239.4 −182.3 −172.1 贵阳市(中部) −156.7 −176.4 −55.1 −191.8 −135.7 表8. 贵州各地日照时数倾向率(单位：h/10a) 日照时数在北部和南部的台站出现较大幅度的回升，分别为334.0 h/10 a和353.5 h/10 a，其余地区仍然维持日照时数减少的趋势。总体看来，西部和中部的日照时数减小趋势是从1960年以来就持续的，其他地区在二十一世纪出现了日照时数增长的现象。有调查表明贵州省部分台站由于工业化和城市化的发展，造成台站周边环境恶化或建筑增加等使监测环境恶化，近20年来的监测值尽管技术和设备更为先进，还是会受到周边环境的影响，且影响显著。对于日照时数的监测来说，周边排放的污染物导致的气溶胶增加能产生不可忽视的影响。 对全部19个台站进行了Mann-Kendall突变检验后发现，有16个台站出现了平均年日照时数下降的现象，另外3个台站的无法判断突变或下降趋势不显著，出现下降趋势并发生突变的台站在所有参与分析台站中有84.2%，占全部台站的绝大多数，可以说明全省大部分地区存在日照时数减少的现象。在观察16个通过Mann-Kendall突变检验的台站后发现部分台站在后来的10至15年出现了日照时数回升趋势，这种日照时数近年来的增长可能与贵州省进行的环境治理和保护工作取得一定成效有关，关停了一部分污染企业减少了排放的硫酸盐气溶胶的数量，使凝结核减少减轻了当地的雾霾，提高当地空气质量。这也可以从另一方面反映贵州省日照时数的减少可能与大气气溶胶浓度有相关性。