大理洱海东岸山区天文气象条件初步统计分析：2016至2017年大气季节特征

王晶星，刘 煜，宋腾飞，李忠木，张雪飞，李小波

（1.中国科学院云南天文台，昆明 650203；2.大理大学，云南大理 671003）

大理市地处横断山脉南端，是孟加拉湾西南季风带的迎风区，属亚热带高原季风气候类型。具有如下气候特点：寒暑适中，气候温和，气温年较差小，日较差大。坝区属北亚热带高原季风气候区，年平均气温15.1℃，最热月平均气温20.1℃，最冷月平均气温8.7℃，气温年较差平均为11.4℃，日较差达11.6～13.1℃。

光照充足，光照资源量多质好。多年平均日照时数2 276.6 h。由于地形和季节变化影响，市内日照分配不均，洱海周围的下关、海东、挖色、大理日照较多，凤仪南部和太邑山区日照较少。冬春季节天气晴朗，日照时数较多，夏秋季节阴雨天多，日照时数较少。

挖色镇位于大理洱海东岸，北临双廊镇，南连海东镇，东靠宾川鸡足山，属半山区，海拔1 980.6 m，属中低山、半干旱气候区，年平均气温13.6℃，年降雨量910 mm，冬春两季天气晴朗，日照时数较多，夏秋两季正值雨季，日照时数相对较少〔1-2〕。

1 凤尾箐地形特点介绍

凤尾箐位于洱海东岸挖色镇大城村委会10组，距挖色镇约25 km，海拔位于2 600～2 700 m。凤尾箐总的地势东北偏高、西南偏低。松树植被覆盖密度比较高。气象站位于东经100.30°，北纬25.90°，地势平坦且无遮挡。图1给出了气象站所处位置的卫星图信息。

2 挖色地区气象参数详细分析

依据天文台址建站需求，我们于2016年8月完成了大理凤尾箐气象站的建设与运行。截至2017年9月已采集超过一年的气象资料（包含风速、风向、温度、湿度、大气压、降雨量等六要素）。本文结合这批资料对该址点的相对湿度、风速、风向以及温度等4个参量进行初步详细统计分析〔3-5〕。下文中，我们对每天24 h资料根据晨（dawn）、昏（dusk）、白天（day）、夜晚（night）分别研究，以满足不同时区天文观测的需要。

图1 气象站卫星图

2.1 相对湿度 数据显示，年均相对湿度为74.87%。图2是平均湿度随月变化的直方图，图3是4个时段平均湿度随月变化曲线。月平均湿度在夏秋两季（5月～10月）较高，约为75%，而在冬春两季（11月～次年4月）相对较低，约为70%。月平均湿度最大接近90%，最小为55%。从图3可以看出，黄昏和白天的平均湿度比清晨和晚上的平均湿度要低。夏季（7～9三个月）的整体平均湿度较高，均值接近85%。

图2 平均湿度随月变化直方图

2.2 风速和风向 风速和风向是天文观测选址必须考虑的一个气象因素。稳定的风速和风向是产生良好大气视宁度的条件之一〔6〕。利用气象站监测资料对该址点4个时段的风速和月平均风速进行统计。

图4为平均风速随月变化直方图，图5为4个时段平均风速随月变化曲线。总体上讲，该址点各个季节风速都很小。

在旱季，月平均风速较大，为1.8 m∕s，而在湿季月平均风速则较小，为1.2 m∕s。统计结果显示，该址点最大风速为2.4 m∕s，而最小风速为0.0 m∕s，年平均风速为1.4 m∕s。该址点各个季节的风速都是处于非常低的水平。高海拔天文址点的平均风速通常在6 m∕s以上〔7-10〕。该址点白天的平均风速为 1.55 m∕s，全年风速平均值为1.47 m∕s。在旱季，黄昏和白天的平均风速比清晨和晚上的平均风速要低；而在湿季，黄昏和白天的平均风速比清晨和晚上的平均风速要高。

图6为风速、风向及频率玫瑰图。图中用E、W、S、N分别表示东、西、南和北4个方位。从图中可以看出，该址点主要盛行东北风和西南风，具有东北风风速快、频率高的特点。由于年平均风速为1.47 m∕s，年最大风速仅为1.55 m∕s，这样的风速在气象学上被称为和风。顾名思义，这样的风速是较弱的。出现的西南风风速相对较小，且频率也较低。

图4 平均风速随月变化直方图

综上所述，凤尾箐全年风速都不大，且风向基本为稳定的东北风。需要进一步对该址点进行大气视宁度因子的测量。

图6 风速、风向及频率玫瑰图

2.3 气温 天文观测设备中关键部件极容易受到环境温度的影响。因此，全面掌握候选址点的温度及变化规律具有重要的意义。图7是对大理凤尾箐积累一年多的温度数据进行统计分析。可看出，该址点温度变化具有较强的周期性简谐振荡变化规律。该址点昼夜温差变化比较平均，在20℃左右。

年平均气温13.6℃。最高温度28.9℃，出现在6月，

而最低温度-0.7℃，出现在1月。

图5 4个时段平均风速随月变化曲线

图7 每月最高最低温度变化曲线

3 讨论

基于对大理凤尾箐一年多的定点气象资料统计分析，该址点的月平均湿度和月平均温度均具有非常强的周期性变化，可以准确地预测当地的天气变化情况，从而对望远镜的观测时间和观测目标给出准确的分配，提高望远镜的利用率。该址点旱季（11月～次年4月），月平均湿度和月平均温度相对较低，且风速都不大。且昼夜盛行风向基本上是东北风，可能产生较好的视宁度，利于天文观测。该址点雨季（6月～9月），月平均相对湿度、月平均温度较高，平均风速低，平均日照小时数通常较少。当然，也不排除期间会有较好的短时段内适合观测的天气出现，如2017年6月出现相对湿度突然降低的情况。因为一年的资料只能说明一定的统计效应，对于大理地区天文气候的大尺度判断还需要进行更长时间的监测积累〔11〕。

由于凤尾箐周边夜天光和工业污染较少，同时结合气象资料分析，我们认为大理挖色的气候条件比较适合作为大理大学教学与科研并重的一个天文台站候选地点，冬季可观测条件好可以进行米级望远镜科学研究，夏季可以开展科普教学演示。为了更准确地了解该址点的特点，除了保持长期气象监测，近期还需要采用更多设备仪器对该址点进行深入测量监测，如：大气视宁度，显示大气平静度的指标，它关系到光学望远镜成像的好坏；夜天光，关系到光学望远镜能观测到的极限星等；大气积分水汽含量，是衡量红外与亚毫米波望远镜的重要指标。全面考察该址点是否符合建造大型望远镜的指标要求，为今后大型望远镜的建造打下坚实的前期基础。

〔1〕杨应明，赵斌.大理市挖色镇大蒜高产栽培技术〔J〕.云南农业科技，2014（4）：23-24.

〔2〕吴学潮，王越，周泽胜.大理州沙址、挖色的板栗资源考察〔J〕.云南林业科技，1990（2）：49-51.

〔3〕王杨刚，赵文吉，宫辉力.自动气象站数据预处理研究〔J〕.首都师范大学学报（自然科学版），2006，27（2）：81-84.

〔4〕刘峰，刘娟，李萍，等.基于MATLAB实现3种气象数据的读取和绘图〔J〕.广东气象，2007，29（4）：45-47.

〔5〕中央气象局.全国地面基本气候资料统计方法〔M〕.北京：气象出版社，1979.

〔6〕段辑，刘煜，申远灯，等.昭通大山包天文气象条件统计分析〔J〕.天文研究与技术，2012，9（2）：184-201.

〔7〕吴宁，刘煜，赵明宇.天文选址中的地理信息处理〔J〕.天文学进展，2015，56（1）：77-88.

〔8〕吴宁，刘煜，赵红梅.川西无名山天文址点GIS分析研究〔J〕.天文学进展，2016，57（4）：729-745.

〔9〕云南天文台恒星物理研究室.滇西宾川选址（I）：观测结果与初步分析〔J〕.天文学报，1981，22（2）：195.

〔10〕云南天文台选址组.丽江高美古的天文观测条件〔J〕.天文学报，1999，40（3）：319-325.

〔11〕李小波，刘煜，宋腾飞，等.川西无名山天文址点定点监测平台的运行介绍〔J〕.云南大学学报（自然科学版），2017，39（S2）：180-186.