黔南州2019年人工與自動站日照數(shù)據(jù)對比分析

謝智沛,吳曲琳,田維薇

(貴州省惠水縣氣象局，貴州 惠水 550600)

0 引言

日照是指太陽在一地實際照射的時數(shù)。在一給定時間，日照時數(shù)定義為太陽直接輻照度達到或超過120 W·m-2的那段時間總和，以小時為單位，取1位小數(shù)。日照時數(shù)也稱實照時數(shù)[1]。觀測日照對監(jiān)測氣候變化，指導農(nóng)業(yè)生長和預報天氣等有著重要意義。

人工日照觀測采用暗筒式日照計作為觀測儀器，高青芳等[2]在對暗筒式日照計觀測產(chǎn)生的誤差分析中指出暗筒式日照計只能人工操作，觀測數(shù)據(jù)主觀性強，數(shù)據(jù)的準確性和可比性難以保證?，F(xiàn)階段中國氣象部門已基本實現(xiàn)自動化觀測，對日照的觀測一般都是采用光電式自動日照計來進行。呂文華等[3]通過對光電式自動日照計的性能比對試驗與分析得出，光電式自動日照計能基本滿足自動化業(yè)務的觀測需求，觀測數(shù)據(jù)精確度高，儀器維護方便。但光電式日照計觀測數(shù)據(jù)的準確度也受其他因素的影響，崔賀等[4]在對提高光電式日照計測量精度方法的研究中指出，太陽高度角的變化對光電式日照計日照時數(shù)的累計造成一定的誤差。

黔南州自2019年1月1日起正式啟用DFC1型光電式數(shù)字日照計與暗筒式日照計進行日照對比平行觀測，現(xiàn)通過對黔南州12市、縣2019年自動站與人工的日照觀測月整編數(shù)據(jù)進行對比分析，簡要分析黔南州自動站與人工日照觀測數(shù)據(jù)間的差異性和相關性。

1 人工與自動站數(shù)據(jù)對比

1.1 逐月人工與自動站日照時數(shù)對比

由表1可看出，在2019年黔南州的12個國家觀測站點中除獨山、惠水、龍里和長順等4個站點的人工觀測日照總時數(shù)高于自動站觀測總時數(shù)外，其余8個站點自動站觀測的日照總時數(shù)均高于人工觀測的總時數(shù)，其中荔波站的自動站與人工觀測日照時數(shù)差值(絕對值)最大為153.7 h，龍里站的自動站與人工觀測日照時數(shù)差值(絕對值)最小為9.9 h。12個國家觀測站點中共有荔波、貴定、龍里、都勻、羅甸和三都等5個站點的自動站與人工觀測日照時數(shù)差值(絕對值)大于100 h；在12個國家觀測站點的244個差值數(shù)據(jù)中，自動站與人工觀測日照時數(shù)差值為負的約占19%，差值為正的約占81%。受季節(jié)影響，12個國家觀測站點的逐月日照時數(shù)存在一定的差異，但就日平均日照時數(shù)而言，各站點的日照數(shù)據(jù)差距不大，日平均自動站與人工日照時數(shù)差值最大為0.4 h出現(xiàn)在貴定和荔波站，差值最小為-0.2 h出現(xiàn)在惠水站。此外，通過計算12個國家觀測站點2019年人工與自動站月合計日照時數(shù)的相關系數(shù)發(fā)現(xiàn)，自動站與人工日照時數(shù)之間的相關系數(shù)在0.974 0(惠水)～0.995 1(羅甸)之間，表明了12個國家觀測站點中自動站與人工日照時數(shù)之間的差值雖不同，但總的來看，各站點的自動站與人工日照時數(shù)之間均具有很強的相關性。

表1 黔南州2019年12個國家觀測站點人工與自動站月合計日照時數(shù)列表(單位：h)Tab.1 List of total sunshine hours of manual and automatic stations at 12 national observation sites in Qiannan Prefecture in 2019 (unit: h)

續(xù)表1

1.2 人工與自動站觀測小時日照次數(shù)對比

由圖1可見，黔南州12個觀測站點1—12月自動站觀測的小時日照次數(shù)均高于人工觀測到的次數(shù)，1—8月自動站觀測到的小時日照次數(shù)除4月出現(xiàn)了小幅增長外，其余均表現(xiàn)為明顯、穩(wěn)定的逐月上升趨勢，并在8月，夏季陽光最為充足之際自動站觀測到的小時日照次數(shù)達到全年峰值，說明了光電式自動日照計在小時內(nèi)能感應并記錄到的日照時數(shù)的次數(shù)明顯高于人工觀測到的日照次數(shù)，光電式自動日照計比暗筒式日照計能更加精確地記錄日照時數(shù)，提高氣象臺站日照數(shù)據(jù)的準確率。此外，黔南州2019年自動站與人工觀測小時日照次數(shù)的差值表現(xiàn)為先升后降，自1月起差值從115次開始以112.2次/月的速率逐月上升，6月達到峰值676次后又以64.8次/月的下降率開始逐月下降到12月的287次，上升趨勢較下降趨勢更明顯。

圖1 黔南州12個國家觀測站點2019年人工與自動站觀測小時日照次數(shù)Fig.1 The sunshine exposure times of sunshine hours observed by manual and automatic stations at 12 national observation sites in Qiannan Prefecture in 2019

1.3 四季日照小時差值(自動-人工)百分比

由圖2可見，從季節(jié)劃分來看，小時日照差值為0 h時屬冬季占比最高，為86.38%，夏季占比74.1%最低。當小時日照差值分別為±0.1 h、±0.2 h、±0.3 h和≥0.4或≤0.4 h時，均屬冬季所占比例最低，依次為4.25%、3.07%、2.08%和4.22%。而夏季所占比例最高分別是9.96%、5.75%、3.7%和6.48%。以春、夏、秋、冬單個季節(jié)分析小時日照差值的比例情況可發(fā)現(xiàn)，每個季節(jié)在小時日照差值為0 h時的比例最大，差值為±0.1 h時的比例次之，差值為±0.3 h的比例最小。說明了在觀測小時日照時數(shù)時，人工與自動站的觀測數(shù)值很接近。但由于光電式自動日照計受太陽高度角、濕度和能見度等外界因素的影響，以及人工觀測由于受到涂抹日照紙的試劑比例存在誤差，導致感光效果欠缺，且在陽光較弱時，日照跡線不明顯等不可抗力因素的影響，造成自動站與人工觀測的小時日照時數(shù)仍存在一定的誤差。但總體而言，光電式自動日照計觀測小時日照時數(shù)比暗筒式日照計的觀測更加精確，光電式自動日照計的感光能力高于日照紙的感光能力。

圖2 四季日照小時差值(自動-人工)比例分布特征(a：春季；b：夏季；c：秋季；d：冬季)Fig.2 Proportional distribution characteristics of sunshine hour difference (auto-manual) in four seasons(a：春季；b：夏季；c：秋季；d：冬季)

2 結論

①黔南州2019年自動站觀測的日照時數(shù)月合計值總體高于人工觀測的數(shù)值，其中龍里站自動站與人工的觀測的日照時數(shù)差值(絕對值)，為9.9 h，荔波站差值(絕對值)最大為153.7 h。在12個國家觀測站點的差值數(shù)據(jù)中，自動站與人工觀測日照時數(shù)差值為正的占比約為81%，遠大于差值為負時19%的占比。12個國家觀測站點中自動站與人工日照時數(shù)之間均具有很強的相關性。

②觀測小時日照次數(shù)時，黔南州2019年自動站觀測到的小時日照次數(shù)均高于人工觀測到的次數(shù)，自動站觀測的小時日照次數(shù)從1月起表現(xiàn)為明顯、穩(wěn)定的逐月上升趨勢，并在在8月達到全年峰值。說明光電式自動日照計比暗筒式日照計能更加精確地記錄日照時數(shù)，提高氣象臺站日照數(shù)據(jù)的準確率。在1—12月中自動站與人工觀測小時日照次數(shù)的差值表現(xiàn)為先升后降，前期上升速率大于后期下降速率，并在6月時兩者差值相差最大。

③自動站與人工日照小時差值為0 h時屬冬季占比最高，為86.38%，夏季占比74.1%最低，說明冬季時，自動站的觀測結果優(yōu)于人工的觀測結果。四個季節(jié)均在日照小時差值為0 h時占比最大，差值為±0.3 h時占比最小。說明了在觀測小時日照時數(shù)時，人工與自動站的觀測數(shù)值接近，誤差小。

④較人工觀測而言，自動站的觀測數(shù)據(jù)不僅能提高數(shù)據(jù)的質量和可靠性，還能更保證觀測數(shù)據(jù)的可比性和客觀性。由于自動站觀測日照會受到太陽高度角、濕度和能見度等外界因素的影響，導致人工觀測日照與自動站觀測日照之間仍存在一定的誤差，但總體而言，因為光電式自動日照計比日照紙有著更好的感光能力，所以自動站的日照觀測數(shù)據(jù)比人工的日照觀測數(shù)據(jù)更加精確。