《Anthropocene》：The long–term trend in the daily sunshine duration over China and its natural and anthropogenic causes
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中国 sunshine duration（SSD）时空变化及污染影响分析，基于1993-2019年2038站观测数据，揭示北方（NE）SSD下降最快最显著（-0.202h/d·10年，p<0.05），2011年前后呈现"增-降"转折点，与能见度（VIS）呈双向正相关。青藏高原（QT）与北方/南方区域（SE/NW）呈现不同趋势模式及转折年份（2014-2015），污染颗粒物（PM2.5/黑碳）是主要驱动因素，为太阳能资源评估提供依据。
邱永杰|涂玉红|杨欣
中国北京师范大学地理科学学院，地表过程与灾害风险减少国家重点实验室，北京100875
摘要
日照时长（SSD）是评估太阳能资源和研究气候变化的关键指标。本研究利用1993年至2019年间来自2038个气象站的观测数据，通过线性趋势和转折点（TP）方法，探讨了中国各地日日照时长的时空变化。结果显示，中国的日日照时长整体呈下降趋势，尤其在冬季（每十年下降0.202小时，p<0.05）。在全国范围内，北方（NE）地区的日日照时长下降趋势最为明显和显著。在2011年这一转折点之前和之后，该地区的日日照时长呈现出明显的“先增加后减少”趋势，且能见度与日照时长呈正相关。东南（SE）和西北（NW）地区的情况与北方类似，但转折点年份不同，趋势强度及能见度与日照时长的相关性也有所差异。相比之下，青藏高原（QT）这一相对清洁的地区，其能见度与日照时长的相关性较弱，且转折点年份为2014-2015年。日照时长变化的时空分布及其与能见度的关联表明，中国大部分地区的污染气溶胶（尤其是北方地区）显著影响了日日照时长。本研究揭示了中国过去几十年来日照时长的独特变化模式，并指出污染气溶胶可能是主要驱动因素，为区域太阳能资源评估提供了重要依据。
引言
根据世界气象组织（WMO, 2018）的定义，某一时期的日照时长（SSD）是指直接太阳辐照强度超过120 Wm–2的时间总和。SSD直接反映了地球接收到的太阳能量，是衡量不同地区太阳能资源的关键指标。其长期变化趋势与人类健康、区域气候模式和生态系统密切相关（Tang等人，2024；Xia等人，2024；Xing等人，2023）。例如，日照时长会影响精神分裂症的住院率；当日照时长较低时（<5.3小时），合肥地区的住院率会显著增加（Liu等人，2023）。日照时长还影响夏季急性疾病的住院情况，并与急性心肌梗死（AMI）的发病风险存在明显的U形关联（Chang等人，2022）。张等人（2023）在西南中国的研究发现，日照时长是2003-2020年间陆地蒸发蒸腾空间分布的主要影响因素。先前研究表明，SSD可以作为地表太阳辐射（Rs）的可靠替代指标，具有连续的长期观测数据和广泛的空间覆盖范围。这些特性使得SSD在估算地表太阳辐射、评估太阳能资源和评估光伏发电潜力方面至关重要（Feng等人，2021；He等人，2021；Xia，2010；Zhang等人，2017；Zhang等人，2025）。基于SSD的模型大大提高了预测精度，因此被广泛采用（Feng等人，2019；Samuel Chukwujindu，2017）。?ngstr?m-Prescott模型（Angstrom，1924）将SSD作为估算地表太阳辐射（Rs）的关键参数，广泛应用于太阳能资源评估领域。
中国的日照时长在空间和时间上存在显著变化。研究表明，从西北向东南方向，日照时长逐渐减少（Tang等人，2022；Xiong等人，2020）。Song等人（2019）发现，在高度城市化和人口密集的地区（如华北平原和长江三角洲），日照时长下降趋势更为明显。Chong等人（2022）选取了10个代表性站点，研究了1981年至2020年间中国各地日照时长的变化，结果显示华北平原和长江三角洲（如上海和武汉）的日照时长明显下降。相比之下，西南和东北地区的日照时长呈现不同程度的上升趋势。现有研究大多关注区域性的日照时长变化，而全国范围内的分析较少，后者对于揭示日照时长变化的驱动因素更为有益。
日照时长的变化呈现出复杂的时间模式。作为地表太阳辐射（Rs的可靠替代指标，中国的长期日照时长趋势与全球的变暗（GDB）趋势相反——全球太阳辐射在20世纪80年代从减弱转为增强（Manara等人，2016；Yang等人，2019）。例如，胡等人（2023）发现四川地区的日照时长在1979年发生了显著变化。李等人（2013）报告称，1980年左右中国大多数地区的日照时长也发生了类似变化。这些独特的变化凸显了区域差异及其驱动因素的复杂性。自20世纪90年代中期以来，中国的工业化进程加速，气溶胶颗粒物排放量增加，尤其是工业污染和交通排放，显著影响了到达地表的太阳辐射量，进而影响了日照时长（He等人，2018；Wang等人，2017；Wild，2012）。细颗粒物（PM2.5）、黑碳（BC）和总悬浮颗粒物（TSP）等气溶胶颗粒对日照时长的减少作用尤为显著（Quan等人，2023）。研究表明，能见度（VIS）所代表的气溶胶负荷强烈影响太阳辐射与日照时长之间的关系（Liu等人，2015；Yamasoe等人，2021）。部分研究显示日照时长与能见度呈正相关（Liao等人，2015；Wu等人，2022），但也有研究指出两者呈显著负相关（Xiao等人，2020）。因此，需要进一步研究中国各地日照时长与能见度之间的关系及其变化。
中国的日照时长变化与全球的增亮趋势明显不同，其区域差异较为复杂。研究中国日照时长是否在全球增亮期间经历了转折点至关重要。关于中国日照时长与能见度关系的研究尚有限，探索这两者之间的关系有助于理解中国独特的日照时长变化趋势，也为改进太阳能资源评估和环境政策提供科学依据。本研究主要探讨两个问题：（1）中国在快速发展时期（1993–2019年）的日照时长是否出现了转折点？（2）能见度是否与日照时长的变化有关？本文的结构如下：第2节介绍数据和方法；第3节分为四个部分，前两部分分析日照时长的总体特征及其时空变化，第三部分关注中国的日照时长转折点及其区域分布，第四部分探讨能见度对中国各地日照时长转折点的影响。第4节总结主要结果，讨论研究局限，并提出未来研究方向。
研究区域和数据集
本研究使用了国家气象信息中心（NMIC，
http://data.cma.cn/）提供的两个经过严格质量控制的日照时长和能见度数据集：《每日基础气象要素数据集》（V3.0）和《雾霾专项数据集》（V1.0）。这些数据集基于全国范围内的地面气象站观测数据，具有连续性和一致性。根据NMIC提供的官方数据描述，这些数据集……
中国日日照时长的气候特征
表1展示了1993年至2019年中国及其四个地区的年平均日照时长及其季节性和年度变化趋势。西北地区（NW）的年平均日照时长最高，为7.96小时/天，其次是青藏高原（QT）和北方地区（NE）；南方地区（SE）的年平均日照时长最低，为4.4小时/天（表1）。这可能是由于西北地区纬度较高、空气干燥且云量较少，使得更多的太阳直射辐射能够到达地面。
总结
过去几十年（1993–2019年），中国的日照时长平均每年下降0.130小时/天，约63.1%的站点显示下降趋势。日照时长的下降主要集中在北方地区，尤其是在研究初期。这种时空分布表明，日照时长的变化与中国快速发展的过程中人为产生的气溶胶密切相关。
冬季的日照时长下降尤为明显，每十年下降0.202小时（p<0.05）。
作者贡献声明
邱永杰：撰写 – 审稿与编辑，撰写原始稿件，数据可视化，正式分析。杨欣：撰写 – 审稿与编辑，监督，概念构思。涂玉红：撰写 – 审稿与编辑。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号42271332）的支持。
