氣象探測環境對日照時數的影響分析

劉 燕

(河南省安陽市氣象局，河南安陽 455000)

氣象探測環境對日照時數的影響分析

劉 燕

(河南省安陽市氣象局，河南安陽 455000)

首先簡單介紹了影響日照時數的原因，再根據河南省119個自動氣象站2014年逐日的日照記錄，選取其在冬至、春分、夏至、秋分附近全省都晴天無云天氣的日照記錄為依據，以這些自動站探測環境評分為探測環境狀況的參考，利用線性擬合方法分析它們的相關性，分別得出它們在春季、夏季、秋季、冬季的擬合曲線及相關系數，結果發現，日照時數在冬季受探測環境影響最大，春季、秋季次之，而夏季由于太陽高度角比較高，日照時數受探測環境影響不大。并進一步闡述了氣象探測環境受破壞的原因及探測環境保護的對策，對引起社會各界更好地做好氣象探測環境和設施保護工作、合理開發利用太陽能資源具有一定的社會意義。

日照時數；影響；探測環境；保護措施

氣象資料是氣候預測及天氣預報工作的基礎，氣象觀測數據的代表性、準確性、比較性是對于氣象部門大氣探測工作的基本要求。太陽輻射是地球表層能量的主要來源，日照時數(或日照百分率)是氣象上反應太陽輻射強弱的重要氣象要素之一，它與緯度、太陽高度角、觀測方法、云量、大氣透明度等要素有關[1]。近年來，隨著地方經濟快速發展和工業污染加劇，以及部分觀測站周圍逐漸被城市高大建筑物包圍，氣象探測環境發生了較大變化，對氣象要素的代表性、準確性產生了一定的影響，為了客觀、定量地評價氣象觀測環境狀況及其代表性，氣象部門要對國家基準氣象站、國家基本氣象站、國家一般氣象站的氣象探測環境進行定量調查評估。筆者利用河南省119個自動氣象站2014年的日照時數日記錄以及這些臺站的氣象探測環境評估結果，分析了氣象探測環境變化對日照時數的影響，探討了引起日照時數變化的原因，旨在引起社會各界更好地做好氣象探測環境和設施的保護工作，并為合理開發利用太陽能資源提供依據。

1 資料與方法

1.1 影響日照時數的成因影響日照時數的原因主要有5個方面：①地理緯度影響到太陽照射的高度角不同，從而影響到同一天不同緯度的地理位置可照時數不同；②云量、霧、降水日數等氣象上的原因；③日照紙涂藥的影響(如涂藥方法得當與否、所用藥品質量的好壞)等導致的日照觀測儀器誤差的原因以及觀測方法的不同；④隨著工業社會發展，大氣污染加劇，造成輕霧日數增多，空氣中的煙霧、氣凝膠顆粒不僅造成水平能見度減小，且散射并吸收太陽輻射，從而導致日照時數下降；⑤某些氣象臺站探測環境破壞，周圍出現不符合要求的人為障礙物，從而影響日照時數測量值的準確性、代表性。而探測環境狀況主要通過探測環境調查評分體現，以淇縣站為例，舊站觀測場探測環境評分為64.9分，新站觀測場探測環境評分為99分，由圖1可看出，舊站由于高大障礙物的遮擋面積和遮擋方位，嚴重影響了探測環境評分，導致探測環境評分下降。

1.2 研究日照時數和探測環境相關性方法由于日照時數受地理緯度的影響，對于河南這些自動氣象臺站來說，自北向南選取安陽、許昌、信陽有代表性3個臺站在春分、夏至、秋分、冬至的可照時數(表1)。由此可見，在整個河南地理范圍內，可照日照時數受緯度不同引起的偏差很小，遠小于全省各個氣象站點日照時數的實際觀測數值，可以忽略不計。 由于在東半球日照計有很小范圍的空闊區，因此只有在春分、秋分日附近，測量的時間誤差最小。故筆者根據河南119個自動站2014年全年逐日的日照記錄，為了去除云量、霧霾(天氣因素、大氣污染因素)對日照時數的影響，分別選取冬至、春分、夏至、秋分附近全省晴天無云、無霧水平能見度>10 km的天氣的日照記錄為依據，以這些自動站2014年度探測環境評分為探測環境狀況的參考，利用線性擬合的方法分析它們的相關性，分別得出它們在冬季、春季、夏季、秋季的相關系數及擬合曲線。

2 氣象探測環境對日照時數的影響分析

經分析，春季、夏季、秋季、冬季的日照時數和探測環境評分的相關系數分別為0.160 110、0.026 188、0.149 684、0.446 738，可見春季、夏季、秋季、冬季的日照時數和探測環境評分均是正相關的，日照時數在冬季受探測環境影響最大，春季、秋季次之，夏季最小。目前部分臺站探測環境變化，周圍高大建筑物數量增多、高度的提升以及與臺站距離的縮短，均會使得臺站日出日落方向存在人為障礙物，從而造成日照時數大幅下降。在夏季由于太陽高度角比較高，日照時數基本不受探測環境變化的影響，冬季由于太陽高度角較低，日照時數受探測環境影響最大。在春季、秋季、冬季日照時數和探測環境的相關性分別通過了0.01、0.01、0.001的信度檢驗，說明春季、秋季、冬季日照時數受探測環境影響比較明顯，尤其是冬季，影響最為顯著，而夏季日照時數和探測環境關系沒有通過信度檢驗，即夏季日照時數受探測環境影響不明顯。

以冬季為例，選取2014年12月17日、21日全省日照時數的記錄，得出日照時數和探測環境評分擬合曲線為Y=-0.013 8x2+2.442 8x-22.869(R2=0.322 6)，式中，x為探測環境評分；y為日照時數的日數據記錄，如85代表8.5 h。可見，冬季日照時數與探測環境呈正相關性，它們的擬合曲線通過0.001信度檢驗(圖2a)。 而夏季選取2014年6月9日、12日全省日照時數的記錄，得出夏季日照時數和探測環境評分相關性的擬合曲線y=-0.000 2x2+0.060 1x+80.976(R2=0.000 2)，夏季日照時數和探測環境相關性沒有通過信度檢驗，即夏季日照時數受探測環境影響不大(圖2b)。

表1 河南部分城市對應可照時數

近年來，日照時數下降在全省范圍內是普遍存在的現象[2]，數據統計結果表明，以豫北以及以鄭州為中心的周邊區域日照時數下降比較顯著，豫西下降不明顯[3]。在工業污染基本相同的臨近地區，氣象探測環境遭受破壞的日照時數記錄和氣象探測環境良好的日照記錄相差很大，因此，在保護好人類生存大環境的同時，也要注意保護氣象探測小環境。需要注意的是，在太陽能資源利用評估時，要考慮氣象探測環境變化對日照記錄的代表性和準確性的影響，必要時還需要對日照時數的觀測記錄進行訂正。

3 探測環境受破壞的原因及對策

3.1 社會經濟發展以及城市大規模擴建是影響氣象探測環境的主要原因大部分氣象臺站建站之初處于郊區，隨著經濟發展及城市規模擴大，很多氣象站的位置變成市區或縣城，影響了氣象探測環境的代表性。

3.2 土地開發商的現實利益威脅了氣象探測環境保護探測環境保護的長遠利益與土地開發的現實利益的矛盾是不可避免的且存在的，迫使某些臺站由于周圍土地開發，探測環境遭受破壞不得不搬遷。

3.3 缺乏對探測環境的保護意識是一個突出問題一是部分政府領導、公眾以及地方部門在依法保護氣象探測環境方面的意識比較薄弱，做出一些違法審批、強行將高大建筑物建造在氣象臺站周圍的破壞氣象探測環境的行為；二是氣象部門內部個別單位和個人在保護探測環境方面的意識薄弱，對可能破壞探測環境的行為熟視無睹；三是社會對于氣象執法認同度不夠以致于氣象部門執法不力。

3.4 氣象站新址的選擇模式有待于優化由大量臺站遷移事例可以看出，多年來形成的“生活便利+探測環境”的新址指導思想和行為模式[4],在這種運作模式下，既然要生活便利，就需要靠近城市，在過去經濟社會發展比較緩慢，對氣象探測環境變化影響不大。但在當今經濟社會的高速發展，則會導致遷站時間不長探測環境就被破壞、再次臺站遷移的惡性循環。

3.5 氣象探測環境保護的對策面對氣象探測環境遭受破壞影響到氣象要素的代表性、準確性的嚴峻形勢，只有從氣象部門外部和內部采取一系列有針對性的措施[5]，平時應強化對氣象探測環境的檢查和監督，加大氣象探測環境保護的力度，要充分利用行政干預防患于未然，要依法保護氣象探測環境，對于違法案件要嚴肅查處[6]。

4 結論

該研究首先簡單分析了影響日照時數的幾個原因，再通過河南省2014年全省春分、夏至、秋分、冬至附近晴天無云、無霧的日照記錄與各個臺站探測環境的評分相關性分析可以看出，日照時數和探測環境是呈正相關的，氣象探測環境破壞會導致日照時數的減少；日照時數各個季節受探測環境的影響不同，冬季最顯著，春季、秋季次之，夏天由于太陽高度角高的緣故，影響最小，而冬季由于太陽高度角較低，受探測環境影響最大。然后進一步闡述了氣象探測環境受破壞的原因及探測環境保護的對策，以期引起政府和有關部門對于探測環境保護的重視，具有一定的社會意義，同時對于太陽能資源的合理利用有一定的參考價值。

[1] 翁篤鳴.中國輻射氣候[M].北京：氣象出版社,1997：11-42.

[2] 焦建麗.河南省日照時數的時空變化分析[J].氣象與環境科學,2008,31(9)：4-6.

[3] 買苗，曾燕，邱新發.黃河流域近40年日照百分率的氣候變化特征[J].氣象，2006，32(5)：62-66.

[4] 戴翠賢.探測環境變化對氣象要素的影響及保護對策[J].河南科學,2013,35(8)：1255-1261.

[5] 張智,林莉,孫銀川,等.銀川市日照時數氣候變化特征分析[J].干旱區研究，2006，23(2)：346-347.

[6] 李紹云,田萍,梁杰,等.城市發展對探測環境的影響分析[J].環境保護與循環經濟，2008(11)：40-42.

Analysis on Effects of Meteorological Sounding Environments on Sunshine Hours

LIU Yan

(Anyang Meteorological Office in Henan Province, Anyang, Henan 455000)

The reasons affecting the sunshine hours were introduced, according to daily automatic weather station sunshine records in 119 meteorological stations in Henan Province in 2014, select its sunny in the winter solstice, the vernal equinox, summer solstice, the autumnal equinox near the province cloudless weather in Rizhao record as the basis, with these auto station detecting environment score as reference for detecting the environment state, using the linear fitting method for analysis of their correlation.The fitting curve and correlation coefficient in spring, summer, autumn and winter were obtained, respectively. The results showed that sunshine hours in winter by the detection environment impact is the biggest, the spring and autumn followed, but the summer due to sun altitude angle is relatively high, the conclusion number by detecting environmental impact is big sunshine time. The cause and countermeasure of meteorological sounding environments were elaborated from damage and detection of environmental protection, for all circles of the society better meteorological sounding work environment and facilities protection, reasonable development and has certain social significance for the rational use of solar energy resources.

Sunshine hours; Influence; Detection environment; Protection measures

劉燕(1983-)，女，河南南陽人，工程師，碩士，從事氣象與網絡研究。

2015-03-26

S 164

A

0517-6611(2015)13-240-02