長春國家基準氣候站日照平行觀測數據分析

邢麗元 張明 張海濤 付雷

摘要：本文通過長春國家基準氣候站日照平行觀測數據，對人工觀測與自動觀測的數據一致性進行統計、分析資料序列差異及出現原因。DFC2型光電式數字日照計觀測靈敏度高，對早、晚日照的臨界值處理更準確，記錄受視程障礙天氣現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量。密卷云云層越厚，云高越低，對日照影響越大。當出現一定量以上的低云時，當云移動較快，兩種觀測記錄差別較大;當云移動慢，兩種觀測記錄較吻合。為了更合理應用數據，可以常年進行平行觀測，更好地了解資料序列的差異。

關鍵詞：日照;平行觀測;對比;分析

中圖分類號： P413 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： ?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。在一給定時間內，日照時數定義為太陽直接輻照度達到或超過120瓦·米-2的那段時間總和，以小時為單位，取1位小數。日照是天氣、氣候分析及農業生產服務重要的基礎資料。目前，氣象站普遍使用暗筒式日照計進行人工觀測。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。對平行觀測資料進行統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，對比數據分析更有代表性。

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，計算各時日照時數以及全天的日照時數。日照紙每6分鐘為0.1小時日照。

日照自動觀測使用DFC2型光電式數字日照計，是基于總輻射-散射輻射測量原理，微處理器內嵌日照直接輻射修正模型，無需機械轉動的高精度數字化觀測設備，可以查詢分鐘有、無日照及小時、日累計數據。小時內，每累計6分鐘有日照記錄0.1小時，剩余分鐘數超過3分鐘也記錄0.1小時日照。日照日累計時數最初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。

《地面氣象觀測規范》中規定“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。”

真太陽時=地方平均太陽時+時差

地方平均太陽時=北京時+（測站經度-120°）×4分/經度

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。“（測站經度-120°）×4分/經度”計算的是測站與北京時的時差。長春國家基準氣候站經度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。

時差會導致兩種觀測方式可能出現小時數據的不同。3分鐘<時差<9分鐘，日照小時數據會出現0.1小時的不同;9分鐘<時差<15分鐘，日照小時數據會出現0.2小時的不同。由2019年天文年歷查出具體時差，得出當日兩種觀測數據小時日照可能出現不同。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，對兩種數據的小時差異分析排除時差原因，僅對大于此值的差異進行分析。當需要具體分析分鐘數據時，可以根據公式計算對應時間，進行對比分析。

2 統計與分析

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，分析數據的完整性、數據一致性。文中選取2019年1月1日～5月31日全部觀測數據進行分析。

2019年1月1～至5月31日，光電式數字日照計數據無缺測。人工觀測日照時數1103.3小時，自動觀測日照時數1142.3小時。觀測151天，日合計日照時數相同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。

對需要分析的數據，對比日照紙跡線和光電式數字日照計的分鐘數據，綜合考慮天氣現象、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，光電式數字日照計觀測稱為自動觀測。數據統計分析如下：

排除云及天氣現象影響，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型光電式數字日照計觀測靈敏度高，對早、晚日照的臨界值處理更準確。

視程障礙天氣現象影響日照有4天，8時次，自動比人工觀測數據多5.0小時日照。當出現輕霧及霾影響，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，既可能出現連續幾小時日照紙跡線清晰連續，而自動觀測記錄較少的情況，又可能出現幾小時自動觀測分鐘記錄連續，而人工觀測記錄較少的情況。

低云對日照的影響。當出現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。當出現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。當出現一定量以上的低云時，如果云移動較快，當自動分鐘有日照記錄不連續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，人工觀測記錄會多于自動觀測;當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，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。當低云移動慢，有、無日照記錄較連續時，兩種觀測記錄較吻合。

人工觀測藥品質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量好壞，以及涂藥方法是否得當，是造成該儀器測量誤差的主要原因。光電式數字日照計能排除人為影響，更好地保證觀測記錄質量。

3 結語

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。通過對比分析發現：DFC2型光電式數字日照計觀測靈敏度高，對早、晚日照的臨界值處理更準確，記錄受視程障礙天氣現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量。密卷云云層越厚，云高越低，對日照影響越大。當出現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。當低云移動慢，有、無日照記錄較連續時，兩種觀測記錄較吻合。

氣候分析將日照時數歷年進行比較，而歷年日照資料都是人工觀測數據，直接用自動觀測數據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，更能積累多年數據進行回歸分析，為以后的數據應用打好基礎。

作者簡介：邢麗元，本科學歷，研究方向：綜合觀測。