暗筒式日照計安裝的跡線

吳蘭　陳海莉　吳佳妮　唐海榮

摘要：利用海南省保亭縣1969-2014年暗筒式日照計觀測資料，進行其跡線分析，結果表明：暗筒式日照計的水平、方位、緯度安裝不正確，直接影響日照記錄的準確性。

關鍵詞：暗筒式日照計；安裝；跡線

引言

日照時數的觀測是各臺站的基本觀測項目之一，是用來描述日照時數的長短。暗筒式日照計應安置在開闊的地方，且終年受到太陽光照射的地方。

1.暗筒式日照計的構造原理

暗筒式日照計的主體為一金屬圓筒，筒的一端密閉，一端有蓋，筒的上部有一塊隔光板，筒身上在隔光板的兩側邊緣的同一垂直面上，各有一個圓錐形進光孔，兩孔前后位置錯開，與圓心的夾角為120°。

2.儀器安裝檢查

暗筒式日照計安裝情況直接影響日照記錄的準確性，利用感光跡線可以方便準確地檢查安裝情況。

2.1 底座水平檢查

在晴朗的日子，太陽光線是通過進光小孔進入暗筒，使上午和下午的感光跡線以真太陽時12：00為分界，如上午的跡線在12：00時終止，下午的跡線則從12：00時開始記錄。

如果底座東西安裝不水平，會使暗筒式日照計內的日照紙發生偏移。當太陽光線點照射在相應時刻線上時，就會提早在相應的時刻線上。因為太陽的傾角在一天中是基本不變，當太陽光照點在暗筒上每小時移動15°圓周角時，兩條感光跡線等長且對稱。如誤差角在15°，則日照跡線在上午會提前1小時，下午跡線比正常推遲1小時。所以儀器底座東高西低時，上午跡線終止于12時時間線上，下午又開始于12時時間線上，但對應的北京時間都推遲，且上午跡線長過于下午。

暗筒式日照計底座東低西高時，跡線表現形式剛好與東高西低相反，即上午和下午跡線終止于12時時間線上和始于12時時間線上，但對應的時間都提前，且上午跡線短于下午跡線。

2.2 緯度檢查

在北半球，暗筒式日照計對準當地緯度后，地軸與筒軸相平行，感光跡線表現為見（圖1），在春、秋分陽光直射赤道時，太陽光線通過進光小孔進入暗筒，自記紙上的感光跡線形成直線（b）線，夏半年（春分至秋分）陽光直射北半球，感光跡線偏低且較長（c）線，冬半年（秋分至春分），陽光直射南半球，感光跡線偏高且較短（a）線。如果緯度安裝比實際緯度偏大時，表現為筒軸與地軸已不相平行，所以在春秋分時，日照感光跡線并不是一條垂直于時間刻度線的直線，而是一條偏向南面的曲率，其偏離程度和曲率視水平偏差程度而定，如果安裝的緯度偏小，感光跡線則是一條偏向北面的曲率。

2.3 方位檢查

暗筒式日照計是利用陽光透過儀器上的小孔射入筒內，使涂有感光藥劑的日照紙留下感光跡線，如圖3，通過孔A作一個垂直于圓筒的平面ATBA。陽光L通過孔A投射到筒內M點，筒內光線AM在圓筒平面上的投影為AT，AT與暗筒直徑AB的夾角為α，AM與圓筒平面ATBA的夾角為θ，于是陽光通過孔口射入筒內的點到圓筒平面上投影的距離MT=AT·Tanθ，而AT=AB·Cosα=2Rcosα，可得：

MT=2R·Cosα·Tanθ

其中R為暗筒半徑，θ為太陽傾角，α為時角，因R對某一儀器為定值，θ在一天中基本不變，故一天中MT的長短，僅隨α角的變化而變化，即上、下午時間線對應，如9時對15時；10時對14時等的MT等長（見圖1與圖2）

暗筒式日照計北端偏東時，儀器的緯度設置沒有變，變化的是日照紙上的時間刻度線與南北子午線錯位，不再平行，暗筒式日照計感光跡線冬半年上午M T短，下午M T長，夏半年上午M T 長，下午M T短。春秋分日不是兩條垂直于時間刻線的日照跡線，而是斜交于日照紙上時間刻線的直線，上午感光跡線斜向南邊，下午斜向北邊，冬半年上午感光跡線稍長于下午，夏半年上午跡線略短于下午。

暗筒式日照計北端偏西，表現形式為冬半年感光跡線上午MT長，下午MT短，夏半年上午MT短，下午MT長，春秋分日感光跡線變成直線且斜交于日照紙上的時間刻線，上午感光跡線斜向北邊，下午斜向南邊。冬半年上午跡線稍短于下午，夏半年上午感光跡線略長于下午。主要是因為兩個隔光板邊緣不在同一條南北子午線上，入射點發生微小的變化。

3.結論

1）暗筒式日照計底座東西方向安裝不水平，日照紙感光跡線表現為上午和下午跡線不等長。2）暗筒式日照計緯度安裝不正確，日照紙感光跡線表現為春秋日不是垂直相交于日照紙的時刻線的直線，而是春秋分前后出現直線。3）暗筒式日照計安裝方位不正確，日照紙感光跡線出現上午和下午MT對應時刻線不等長，春秋分日直線與時刻線不相垂直。

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作者簡介：吳蘭（1979.11-），女，工程師，主要從事綜合氣象觀測。endprint