大理洱海東岸山區天文氣象條件初步統計分析：2016至2017年大氣季節特征

王晶星，劉 煜，宋騰飛，李忠木，張雪飛，李小波

（1.中國科學院云南天文臺，昆明 650203；2.大理大學，云南大理 671003）

大理市地處橫斷山脈南端，是孟加拉灣西南季風帶的迎風區，屬亞熱帶高原季風氣候類型。具有如下氣候特點：寒暑適中，氣候溫和，氣溫年較差小，日較差大。壩區屬北亞熱帶高原季風氣候區，年平均氣溫15.1℃，最熱月平均氣溫20.1℃，最冷月平均氣溫8.7℃，氣溫年較差平均為11.4℃，日較差達11.6～13.1℃。

光照充足，光照資源量多質好。多年平均日照時數2 276.6 h。由于地形和季節變化影響，市內日照分配不均，洱海周圍的下關、海東、挖色、大理日照較多，鳳儀南部和太邑山區日照較少。冬春季節天氣晴朗，日照時數較多，夏秋季節陰雨天多，日照時數較少。

挖色鎮位于大理洱海東岸，北臨雙廊鎮，南連海東鎮，東靠賓川雞足山，屬半山區，海拔1 980.6 m，屬中低山、半干旱氣候區，年平均氣溫13.6℃，年降雨量910 mm，冬春兩季天氣晴朗，日照時數較多，夏秋兩季正值雨季，日照時數相對較少〔1-2〕。

1 鳳尾箐地形特點介紹

鳳尾箐位于洱海東岸挖色鎮大城村委會10組，距挖色鎮約25 km，海拔位于2 600～2 700 m。鳳尾箐總的地勢東北偏高、西南偏低。松樹植被覆蓋密度比較高。氣象站位于東經100.30°，北緯25.90°，地勢平坦且無遮擋。圖1給出了氣象站所處位置的衛星圖信息。

2 挖色地區氣象參數詳細分析

依據天文臺址建站需求，我們于2016年8月完成了大理鳳尾箐氣象站的建設與運行。截至2017年9月已采集超過一年的氣象資料（包含風速、風向、溫度、濕度、大氣壓、降雨量等六要素）。本文結合這批資料對該址點的相對濕度、風速、風向以及溫度等4個參量進行初步詳細統計分析〔3-5〕。下文中，我們對每天24 h資料根據晨（dawn）、昏（dusk）、白天（day）、夜晚（night）分別研究，以滿足不同時區天文觀測的需要。

圖1 氣象站衛星圖

2.1 相對濕度 數據顯示，年均相對濕度為74.87%。圖2是平均濕度隨月變化的直方圖，圖3是4個時段平均濕度隨月變化曲線。月平均濕度在夏秋兩季（5月～10月）較高，約為75%，而在冬春兩季（11月～次年4月）相對較低，約為70%。月平均濕度最大接近90%，最小為55%。從圖3可以看出，黃昏和白天的平均濕度比清晨和晚上的平均濕度要低。夏季（7～9三個月）的整體平均濕度較高，均值接近85%。

圖2 平均濕度隨月變化直方圖

2.2 風速和風向 風速和風向是天文觀測選址必須考慮的一個氣象因素。穩定的風速和風向是產生良好大氣視寧度的條件之一〔6〕。利用氣象站監測資料對該址點4個時段的風速和月平均風速進行統計。

圖4為平均風速隨月變化直方圖，圖5為4個時段平均風速隨月變化曲線。總體上講，該址點各個季節風速都很小。

在旱季，月平均風速較大，為1.8 m∕s，而在濕季月平均風速則較小，為1.2 m∕s。統計結果顯示，該址點最大風速為2.4 m∕s，而最小風速為0.0 m∕s，年平均風速為1.4 m∕s。該址點各個季節的風速都是處于非常低的水平。高海拔天文址點的平均風速通常在6 m∕s以上〔7-10〕。該址點白天的平均風速為 1.55 m∕s，全年風速平均值為1.47 m∕s。在旱季，黃昏和白天的平均風速比清晨和晚上的平均風速要低；而在濕季，黃昏和白天的平均風速比清晨和晚上的平均風速要高。

圖6為風速、風向及頻率玫瑰圖。圖中用E、W、S、N分別表示東、西、南和北4個方位。從圖中可以看出，該址點主要盛行東北風和西南風，具有東北風風速快、頻率高的特點。由于年平均風速為1.47 m∕s，年最大風速僅為1.55 m∕s，這樣的風速在氣象學上被稱為和風。顧名思義，這樣的風速是較弱的。出現的西南風風速相對較小，且頻率也較低。

圖4 平均風速隨月變化直方圖

綜上所述，鳳尾箐全年風速都不大，且風向基本為穩定的東北風。需要進一步對該址點進行大氣視寧度因子的測量。

圖6 風速、風向及頻率玫瑰圖

2.3 氣溫 天文觀測設備中關鍵部件極容易受到環境溫度的影響。因此，全面掌握候選址點的溫度及變化規律具有重要的意義。圖7是對大理鳳尾箐積累一年多的溫度數據進行統計分析。可看出，該址點溫度變化具有較強的周期性簡諧振蕩變化規律。該址點晝夜溫差變化比較平均，在20℃左右。

年平均氣溫13.6℃。最高溫度28.9℃，出現在6月，

而最低溫度-0.7℃，出現在1月。

圖5 4個時段平均風速隨月變化曲線

圖7 每月最高最低溫度變化曲線

3 討論

基于對大理鳳尾箐一年多的定點氣象資料統計分析，該址點的月平均濕度和月平均溫度均具有非常強的周期性變化，可以準確地預測當地的天氣變化情況，從而對望遠鏡的觀測時間和觀測目標給出準確的分配，提高望遠鏡的利用率。該址點旱季（11月～次年4月），月平均濕度和月平均溫度相對較低，且風速都不大。且晝夜盛行風向基本上是東北風，可能產生較好的視寧度，利于天文觀測。該址點雨季（6月～9月），月平均相對濕度、月平均溫度較高，平均風速低，平均日照小時數通常較少。當然，也不排除期間會有較好的短時段內適合觀測的天氣出現，如2017年6月出現相對濕度突然降低的情況。因為一年的資料只能說明一定的統計效應，對于大理地區天文氣候的大尺度判斷還需要進行更長時間的監測積累〔11〕。

由于鳳尾箐周邊夜天光和工業污染較少，同時結合氣象資料分析，我們認為大理挖色的氣候條件比較適合作為大理大學教學與科研并重的一個天文臺站候選地點，冬季可觀測條件好可以進行米級望遠鏡科學研究，夏季可以開展科普教學演示。為了更準確地了解該址點的特點，除了保持長期氣象監測，近期還需要采用更多設備儀器對該址點進行深入測量監測，如：大氣視寧度，顯示大氣平靜度的指標，它關系到光學望遠鏡成像的好壞；夜天光，關系到光學望遠鏡能觀測到的極限星等；大氣積分水汽含量，是衡量紅外與亞毫米波望遠鏡的重要指標。全面考察該址點是否符合建造大型望遠鏡的指標要求，為今后大型望遠鏡的建造打下堅實的前期基礎。

〔1〕楊應明，趙斌.大理市挖色鎮大蒜高產栽培技術〔J〕.云南農業科技，2014（4）：23-24.

〔2〕吳學潮，王越，周澤勝.大理州沙址、挖色的板栗資源考察〔J〕.云南林業科技，1990（2）：49-51.

〔3〕王楊剛，趙文吉，宮輝力.自動氣象站數據預處理研究〔J〕.首都師范大學學報（自然科學版），2006，27（2）：81-84.

〔4〕劉峰，劉娟，李萍，等.基于MATLAB實現3種氣象數據的讀取和繪圖〔J〕.廣東氣象，2007，29（4）：45-47.

〔5〕中央氣象局.全國地面基本氣候資料統計方法〔M〕.北京：氣象出版社，1979.

〔6〕段輯，劉煜，申遠燈，等.昭通大山包天文氣象條件統計分析〔J〕.天文研究與技術，2012，9（2）：184-201.

〔7〕吳寧，劉煜，趙明宇.天文選址中的地理信息處理〔J〕.天文學進展，2015，56（1）：77-88.

〔8〕吳寧，劉煜，趙紅梅.川西無名山天文址點GIS分析研究〔J〕.天文學進展，2016，57（4）：729-745.

〔9〕云南天文臺恒星物理研究室.滇西賓川選址（I）：觀測結果與初步分析〔J〕.天文學報，1981，22（2）：195.

〔10〕云南天文臺選址組.麗江高美古的天文觀測條件〔J〕.天文學報，1999，40（3）：319-325.

〔11〕李小波，劉煜，宋騰飛，等.川西無名山天文址點定點監測平臺的運行介紹〔J〕.云南大學學報（自然科學版），2017，39（S2）：180-186.