長春國家基準(zhǔn)氣候站日照平行觀測數(shù)據(jù)分析

邢麗元 張明 張海濤 付雷

摘要：本文通過長春國家基準(zhǔn)氣候站日照平行觀測數(shù)據(jù)，對人工觀測與自動觀測的數(shù)據(jù)一致性進(jìn)行統(tǒng)計、分析資料序列差異及出現(xiàn)原因。DFC2型光電式數(shù)字日照計觀測靈敏度高，對早、晚日照的臨界值處理更準(zhǔn)確，記錄受視程障礙天氣現(xiàn)象影響小于人工觀測，更能排除人為影響，更好的保證觀測記錄質(zhì)量。密卷云云層越厚，云高越低，對日照影響越大。當(dāng)出現(xiàn)一定量以上的低云時，當(dāng)云移動較快，兩種觀測記錄差別較大;當(dāng)云移動慢，兩種觀測記錄較吻合。為了更合理應(yīng)用數(shù)據(jù)，可以常年進(jìn)行平行觀測，更好地了解資料序列的差異。

關(guān)鍵詞：日照;平行觀測;對比;分析

中圖分類號： P413 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： ?A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI編號： ? 10.14025/j.cnki.jlny.2019.18.067

日照是地面氣象觀測的要素之一，是指太陽在一地實際照射的時數(shù)。在一給定時間內(nèi)，日照時數(shù)定義為太陽直接輻照度達(dá)到或超過120瓦·米-2的那段時間總和，以小時為單位，取1位小數(shù)。日照是天氣、氣候分析及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)重要的基礎(chǔ)資料。目前，氣象站普遍使用暗筒式日照計進(jìn)行人工觀測。2019年1月1日，DFC2型光電式日照計開始平行觀測。2019年7月1日開始，日照改為自動觀測。對平行觀測資料進(jìn)行統(tǒng)計分析可以了解兩種觀測方式獲取的資料序列差異。長春國家基準(zhǔn)氣候站作為全國長期保留人工觀測的臺站之一，它的地面觀測資料更全面，對比數(shù)據(jù)分析更有代表性。

1 資料來源與分析方法

人工觀測使用暗筒式日照計，用赤血鹽、枸櫞酸鐵銨涂刷日照紙，每日在日落后換紙，依照感光跡線的長短，計算各時日照時數(shù)以及全天的日照時數(shù)。日照紙每6分鐘為0.1小時日照。

日照自動觀測使用DFC2型光電式數(shù)字日照計，是基于總輻射-散射輻射測量原理，微處理器內(nèi)嵌日照直接輻射修正模型，無需機(jī)械轉(zhuǎn)動的高精度數(shù)字化觀測設(shè)備，可以查詢分鐘有、無日照及小時、日累計數(shù)據(jù)。小時內(nèi)，每累計6分鐘有日照記錄0.1小時，剩余分鐘數(shù)超過3分鐘也記錄0.1小時日照。日照日累計時數(shù)最初3分鐘有日照即記錄為0.1小時日照，每累計6分鐘有日照記錄增加0.1小時日照。

《地面氣象觀測規(guī)范》中規(guī)定“人工器測日照采用真太陽時，輻射和自動觀測日照采用地方平均太陽時，其余觀測項目均采用北京時?！?/p>

真太陽時=地方平均太陽時+時差

地方平均太陽時=北京時+（測站經(jīng)度-120°）×4分/經(jīng)度

其中，真太陽時與地方平均太陽時的時差，可從天文年歷中查得。“（測站經(jīng)度-120°）×4分/經(jīng)度”計算的是測站與北京時的時差。長春國家基準(zhǔn)氣候站經(jīng)度125°13"E，計算出時差約為21分。

從2019年天文年歷中查詢時差，大致變化見表1。

時差會導(dǎo)致兩種觀測方式可能出現(xiàn)小時數(shù)據(jù)的不同。3分鐘<時差<9分鐘，日照小時數(shù)據(jù)會出現(xiàn)0.1小時的不同;9分鐘<時差<15分鐘，日照小時數(shù)據(jù)會出現(xiàn)0.2小時的不同。由2019年天文年歷查出具體時差，得出當(dāng)日兩種觀測數(shù)據(jù)小時日照可能出現(xiàn)不同。1月1日～1月14日、3月16日～4月4日、5月3日～5月26日為0.1小時，1月15日～3月15日為0.2小時，4月5日～5月2日、5月27日～5月31日為0.0小時。文中視這個值為允許值，對兩種數(shù)據(jù)的小時差異分析排除時差原因，僅對大于此值的差異進(jìn)行分析。當(dāng)需要具體分析分鐘數(shù)據(jù)時，可以根據(jù)公式計算對應(yīng)時間，進(jìn)行對比分析。

2 統(tǒng)計與分析

按照中國氣象局要求日照平行觀測的臺站選取3個月的平行觀測資料，分析數(shù)據(jù)的完整性、數(shù)據(jù)一致性。文中選取2019年1月1日～5月31日全部觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2019年1月1～至5月31日，光電式數(shù)字日照計數(shù)據(jù)無缺測。人工觀測日照時數(shù)1103.3小時，自動觀測日照時數(shù)1142.3小時。觀測151天，日合計日照時數(shù)相同15天，自動觀測大于人工觀測86天，自動觀測小于人工觀測50天。日出到日落共1955小時，兩種觀測有606小時不同。

對需要分析的數(shù)據(jù)，對比日照紙跡線和光電式數(shù)字日照計的分鐘數(shù)據(jù)，綜合考慮天氣現(xiàn)象、總云量、低云量、云狀、云高、能見度等對日照記錄的影響。以下將暗筒式日照計觀測稱為人工觀測，光電式數(shù)字日照計觀測稱為自動觀測。數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析如下：

排除云及天氣現(xiàn)象影響，有76天自動觀測比人工觀測更早記錄日出，平均每天多記錄日照0.5小時;有48天自動觀測比人工觀測更晚記錄日落，平均每天多記錄日照0.6小時。因為DFC2型光電式數(shù)字日照計觀測靈敏度高，對早、晚日照的臨界值處理更準(zhǔn)確。

視程障礙天氣現(xiàn)象影響日照有4天，8時次，自動比人工觀測數(shù)據(jù)多5.0小時日照。當(dāng)出現(xiàn)輕霧及霾影響，能見度為4.0～6.7千米，對自動觀測影響小于人工觀測。

密卷云對日照的影響。密卷云較薄，云高記錄為6000米，影響日照15天，21時次。其中，自動多于人工觀測記錄的有5時次，1.5小時日照;人工多于自動觀測記錄的16時次，5.5小時日照。密卷云較厚，記錄云高為5500米，影響日照29天，65時次。其中，自動多于人工觀測記錄的有20時次，9.6小時日照;人工多于自動觀測記錄的45時次，16.3小時日照。密卷云很厚，云高記錄為5000米，影響日照4天，5時次，人工多于自動觀測記錄1.4小時日照。密卷云云層越厚，云高越低，對日照影響越大。實際值班中，密卷云云高5500米是一個臨界值，既可能出現(xiàn)連續(xù)幾小時日照紙跡線清晰連續(xù)，而自動觀測記錄較少的情況，又可能出現(xiàn)幾小時自動觀測分鐘記錄連續(xù)，而人工觀測記錄較少的情況。

低云對日照的影響。當(dāng)出現(xiàn)4個量及以上透光層積云，影響日照13天，38時次。其中，自動多于人工觀測記錄的有10時次，2.4小時日照;人工多于自動觀測記錄的28時次，12.8小時日照。當(dāng)出現(xiàn)3個量及以上的濃積云、淡積云，影響日照33天，123時次。其中，自動多于人工觀測記錄的有15時次，5.1小時日照;人工多于自動觀測記錄的108時次，30.0小時日照。因為自動觀測記錄可精確到一分鐘，小時計算累積量，而人工觀測每6分鐘記錄0.1小時日照。當(dāng)出現(xiàn)一定量以上的低云時，如果云移動較快，當(dāng)自動分鐘有日照記錄不連續(xù)且無日照時間間隔小于3分鐘時，人工跡線時濃時淡卻仍連續(xù)，人工觀測記錄會多于自動觀測;當(dāng)自動記錄無日照時間間隔大于3分鐘時，人工記錄會不連續(xù)，自動觀測記錄小時累計值，自動觀測記錄就會多于人工觀測。如果低云影響時次較多，兩種觀測的精度，計算方法的不同，就造成記錄較大差別。當(dāng)?shù)驮埔苿勇?，有、無日照記錄較連續(xù)時，兩種觀測記錄較吻合。

人工觀測藥品質(zhì)量及涂藥方法影響日照4天，14時次，7.5小時。因為暗筒式日照計日照紙所用藥品質(zhì)量好壞，以及涂藥方法是否得當(dāng)，是造成該儀器測量誤差的主要原因。光電式數(shù)字日照計能排除人為影響，更好地保證觀測記錄質(zhì)量。

3 結(jié)語

地面觀測自動化勢在必行，日照自動觀測代替人工觀測也是必然。通過對比分析發(fā)現(xiàn)：DFC2型光電式數(shù)字日照計觀測靈敏度高，對早、晚日照的臨界值處理更準(zhǔn)確，記錄受視程障礙天氣現(xiàn)象影響小于人工觀測，更能排除人為影響，更好的保證觀測記錄質(zhì)量。密卷云云層越厚，云高越低，對日照影響越大。當(dāng)出現(xiàn)一定量以上的低云時，如果云移動較快，兩種觀測的精度，計算方法的不同，就造成記錄較大差別。當(dāng)?shù)驮埔苿勇?，有、無日照記錄較連續(xù)時，兩種觀測記錄較吻合。

氣候分析將日照時數(shù)歷年進(jìn)行比較，而歷年日照資料都是人工觀測數(shù)據(jù)，直接用自動觀測數(shù)據(jù)就會不合理或有跳變。短期的對比觀測分析不足以反映兩種觀測方式更具體的差別，可以常年進(jìn)行對比觀測，更好地了解取得資料序列的差異，更能積累多年數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，為以后的數(shù)據(jù)應(yīng)用打好基礎(chǔ)。

作者簡介：邢麗元，本科學(xué)歷，研究方向：綜合觀測。