長沙地區暗筒式日照計與DFC2光電式數字日照計日照觀測的對比分析

常碩 舒懷 王建波 韓嘯 霍濤

摘 要：為了探究對比人工觀測和自動觀測的準確性，選用人工觀測的暗筒式日照計和自動觀測的DFC2光電式數字日照計在2019年1月1日至2019年6月30日在長沙地區的觀測數據進行比較分析。結果表明：暗筒式日照存在測量精度低、操作不便、響應速度慢、觀測數據準確性難以保障等缺陷。DFC2光電式數字日照計作為一種新型的自動化設備，其具備觀測精度高、操作便捷、性能穩定、響應迅速等特征，可以較好地滿足日照自動化觀測業務的需求，同時DFC2型光電數字日照觀測儀器靈敏度高，對早晚數據差異的分析和臨界值處理更加準確，記錄更加穩定，受天氣海拔等因素的影響遠遠小于人工檢測，有效的增加了觀測數據的準確度。在對比觀測時間段內，人工日照總時數為392.8h，自動觀測日照總時數為408.2h。人工觀測與自動觀測的數據一致性較好，相關系數為0.9659。2019年1—6月長沙地區自動觀測日照時數值比人工觀測日照時數值整體偏大。在此觀測時段內，S差值小于0的有31d，占S差值等于0的有105d，S差值大于0的有的45d。人工觀測和自動觀測日照時數的差異不僅和季節有關，還和天氣情況有關。

關鍵詞：長沙;暗筒式;DFC2光電式;日照計;數據對比

1 概述

日照是天氣、氣候分析及農業生產服務重要的基礎資料。觀測日照對于監測地球氣候變化、分析和預報中長期天氣、農業生產、環境監測、建筑規劃與設計等都各個方面均具有十分重要的意義。以前我國大部分地區氣象站還是采用暗筒式日照計人工觀測日照時數，但人工觀測數據比起自動觀測數據還是存在一定的誤差，高青芳等人研究結果也顯示暗筒式日照計存在測量精度低、操作不便、觀測數據準確性、一致性難以保障等缺陷。所以從2019年1月1日開始DFC2型光電式日照計開始平行觀測。從2019年7月1日開始，日照觀測由采用暗筒式日照計人工觀測改為采用DFC2型光電式日照計自動觀測。為了更好地了解兩種觀測的不同和差異，對平行觀測資料的數據進行分析和對比尤為重要。長春國家基準氣候站是我國長期保留的人工日照觀測的站點之一，擁有更加全面的人工地面觀測數據，通過對人工觀測數據和自動觀測數據進行平行研究，能夠更加直觀的對比出兩種檢測方式的差異性。DFC2光電式數字日照計作為一種新型的自動化設備，其具備觀測精度高、操作便捷、性能穩定、響應迅速等特征，可以較好地滿足日照自動化觀測業務的需求。長沙國家基本氣象站于2018年完成了華云升達公司生產的DFC2光電式數字日照計的安裝調試，日照觀測業務由以往的暗筒式日照計觀測（人工觀測）向自動化觀測方向轉變，為全面實現氣象事業現代化提供可靠保障。本文主要對2019年1月1日至2019年6月30日長沙地區暗筒式日照計（人工觀測）及DFC2光電式數字日照計（自動觀測）數據進行差值對比分析，找出兩種設備應用過程中存在差異的主要因素，為今后使用該要素進行相關應用以及分析和研究提供參考依據。

2 儀器測量精度影響因素分析

2.1 工作原理不一樣

人工觀測使用暗筒式日照計觀測陽光的照射起止時間和日照時數，筒身內有彈性金屬壓紙夾固定記錄紙，但陽光透過儀器上的小孔。涂有感光藥劑的記錄紙上就會留下感官痕跡線，通過清水漂洗能夠反映日照時數。受天氣，環境等影響，還會受到藥品、記錄紙以及人工計算的方法難免會出現誤差。

DFC2光電式數字日照計有三個感應器件組成，能夠更觀測陽光的總輻射和散射輻射，通過總輻射和散射輻射的差值計算出陽光的直接輻射。還具備查詢一定時段的觀測數據。

2.2 不同天氣條件的影響

DFC2光電式數字日照計和暗筒式日照計觀測方式的靈敏度過多過少都受到了天氣等方面因素的干擾。當天氣晴朗陽光充足的情況下，對日照檢測的影響較小，這時人工觀測的靈敏度也不會受到影響，當由于采樣方式不同，有時也可能時間出現偏差，或者操作人員的不當操作，人工觀測時有受到影響，而DFC2光電數字日照計觀測精度高，可以根據總輻射和散射輻射有效的計算日照時間，通過連續的觀測，對數據進行采集和處理能夠減少人為因素和天氣因素造成的誤差，能夠提高測量數據的精確度和準確度。

3 資料和方法

長沙國家基本氣象站于2018年完成了華云升達公司生產的DFC2光電式數字日照計的安裝調試。本文數據對比分析時段為2019年1月1日至2019年6月30日業務試運行平行觀測時段，分別從數據的一致性、完整性等方面進行對比分析。

4 數據評估結果

4.1 完整性分析

評估時間段內自動觀測和人工觀測均無缺測情況。

4.2 一致性分析

在對比觀測時間段內，人工日照總時數為392.8h，自動觀測日照總時數為408.2h。總體分析可知，人工觀測與自動觀測的數據一致性較好，相關系數為0.9659。

本文中對日照時數差值S差值進行定義：S差值=S自動觀測值-S人工觀測值。

由表1可以看出，2019年1—6月長沙地區自動觀測日照時數值比人工觀測日照時數值整體偏大。在這半年中，S差值小于0的有31d，占S差值等于0的有105d，S差值大于0的有的45d。通過數據對比統計分析了解到：S差值正值中最大值為3.3h，出現在5月9日，該日自動觀測日照時數為3.3h，人工觀測日照時數為0;次大值為3.0h，出現于4月24日，該日自動觀測日照時數為3.0h，人工觀測日照時數為0。由此可知，自動觀測日照時數值比人工觀測日照時數最大偏大值3.3h。S差值負值處于-2.1～-0.1h之間，即自動觀測日照時數數值比人工觀測日照時數偏小最大值為2.1h，出現在6月19日，該日自動觀測日照時數為7.3h，人工觀測日照時數為9.4h，即自動觀測日照時數數值比人工觀測日照時數偏小2.1h。

由表2可以獲悉，長沙地區2019年1—6月的人工觀測日照值與自動觀測日照值存在一定的差異。總體來說，1—6月累計自動觀測日照時數比人工日照時數偏大15.4h;其中，1—3月份自動觀測值普遍比人工觀測值要小，在這三個月中相差最大的月份為2月份，自動觀測日照時數值要比人工觀測日照時數值少4.6h，3月份自動觀測日照時數比人工觀測值少2.9h，1月份自動觀測日照時數比人工觀測日照時數少1.6h。4—6月份是自動觀測日照時數比人工觀測日照時數要大，在這三個月中觀測日照時數相差最大的月份是5月份，5月份自動觀測日照時數比人工觀測值要多10.6h;4月、6月自動觀測日照時數分別比人工觀測值要多7.9h、6.0h。因此，自動觀測日照時數和人工觀測日照時數之間存在差異可能與季節具有一定的關聯性。

5 結論

通過對平行觀測時段內自動日照計和人工日照觀測數據的對比分析，自動日照計與人工日照觀測總體相關性較高。暗筒式日照存在測量精度低、操作不便、響應速度慢、觀測數據準確性難以保障等缺陷;DFC2光電式數字日照計作為一種新型的自動化觀測設備，其具備觀測精度高、操作便捷、性能穩定、響應迅速等特征。但需指出的是，儀器測量精度受工作原理不同、觀測方式、天氣現象等各類因素的影響，自動觀測日照時數比人工觀測日照時數整體偏大，且觀測存在一定程度的誤差。人工觀測和自動觀測日照時數的差異不僅和季節有關，還和天氣情況有關，在陰雨天、有霧的情況下測量誤差比較大。總的來說，自動日照計可以較好地滿足日照自動化觀測業務的需求，對監測天氣氣候情況、指導農業生產等都有積極作用，在數據的準確性方面仍有進一步研究提升的空間。

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作者簡介：常碩（1989—），女，漢族，湖南長沙人，碩士，工程師，從事地面氣象綜合觀測研究工作。