长春国家基准气候站日照平行观测数据分析

邢丽元 张明 张海涛 付雷

摘要：本文通过长春国家基准气候站日照平行观测数据，对人工观测与自动观测的数据一致性进行统计、分析资料序列差异及出现原因。DFC2型光电式数字日照计观测灵敏度高，对早、晚日照的临界值处理更准确，记录受视程障碍天气现象影响小于人工观测，更能排除人为影响，更好的保证观测记录质量。密卷云云层越厚，云高越低，对日照影响越大。当出现一定量以上的低云时，当云移动较快，两种观测记录差别较大;当云移动慢，两种观测记录较吻合。为了更合理应用数据，可以常年进行平行观测，更好地了解资料序列的差异。

关键词：日照;平行观测;对比;分析

中图分类号： P413                                 文献标识码：  A                    DOI编号：   10.14025/j.cnki.jlny.2019.18.067

日照是地面气象观测的要素之一，是指太阳在一地实际照射的时数。在一给定时间内，日照时数定义为太阳直接辐照度达到或超过120瓦·米-2的那段时间总和，以小时为单位，取1位小数。日照是天气、气候分析及农业生产服务重要的基础资料。目前，气象站普遍使用暗筒式日照计进行人工观测。2019年1月1日，DFC2型光电式日照计开始平行观测。2019年7月1日开始，日照改为自动观测。对平行观测资料进行统计分析可以了解两种观测方式获取的资料序列差异。长春国家基准气候站作为全国长期保留人工观测的台站之一，它的地面观测资料更全面，对比数据分析更有代表性。

1 资料来源与分析方法

人工观测使用暗筒式日照计，用赤血盐、枸橼酸铁铵涂刷日照纸，每日在日落后换纸，依照感光迹线的长短，计算各时日照时数以及全天的日照时数。日照纸每6分钟为0.1小时日照。

日照自动观测使用DFC2型光电式数字日照计，是基于总辐射-散射辐射测量原理，微处理器内嵌日照直接辐射修正模型，无需机械转动的高精度数字化观测设备，可以查询分钟有、无日照及小时、日累计数据。小时内，每累计6分钟有日照记录0.1小时，剩余分钟数超过3分钟也记录0.1小时日照。日照日累计时数最初3分钟有日照即记录为0.1小时日照，每累计6分钟有日照记录增加0.1小时日照。

《地面气象观测规范》中规定“人工器测日照采用真太阳时，辐射和自动观测日照采用地方平均太阳时，其余观测项目均采用北京时。”

真太阳时=地方平均太阳时+时差

地方平均太阳时=北京时+（测站经度-120°）×4分/经度

其中，真太阳时与地方平均太阳时的时差，可从天文年历中查得。“（测站经度-120°）×4分/经度”计算的是测站与北京时的时差。长春国家基准气候站经度125°13"E，计算出时差约为21分。

从2019年天文年历中查询时差，大致变化见表1。

时差会导致两种观测方式可能出现小时数据的不同。3分钟<时差<9分钟，日照小时数据会出现0.1小时的不同;9分钟<时差<15分钟，日照小时数据会出现0.2小时的不同。由2019年天文年历查出具体时差，得出当日两种观测数据小时日照可能出现不同。1月1日～1月14日、3月16日～4月4日、5月3日～5月26日为0.1小时，1月15日～3月15日为0.2小时，4月5日～5月2日、5月27日～5月31日为0.0小时。文中视这个值为允许值，对两种数据的小时差异分析排除时差原因，仅对大于此值的差异进行分析。当需要具体分析分钟数据时，可以根据公式计算对应时间，进行对比分析。

2 统计与分析

按照中国气象局要求日照平行观测的台站选取3个月的平行观测资料，分析数据的完整性、数据一致性。文中选取2019年1月1日～5月31日全部观测数据进行分析。

2019年1月1～至5月31日，光电式数字日照计数据无缺测。人工观测日照时数1103.3小时，自动观测日照时数1142.3小时。观测151天，日合计日照时数相同15天，自动观测大于人工观测86天，自动观测小于人工观测50天。日出到日落共1955小时，两种观测有606小时不同。

对需要分析的数据，对比日照纸迹线和光电式数字日照计的分钟数据，综合考虑天气现象、总云量、低云量、云状、云高、能见度等对日照记录的影响。以下将暗筒式日照计观测称为人工观测，光电式数字日照计观测称为自动观测。数据统计分析如下：

排除云及天气现象影响，有76天自动观测比人工观测更早记录日出，平均每天多记录日照0.5小时;有48天自动观测比人工观测更晚记录日落，平均每天多记录日照0.6小时。因为DFC2型光电式数字日照计观测灵敏度高，对早、晚日照的临界值处理更准确。

视程障碍天气现象影响日照有4天，8时次，自动比人工观测数据多5.0小时日照。当出现轻雾及霾影响，能见度为4.0～6.7千米，对自动观测影响小于人工观测。

密卷云对日照的影响。密卷云较薄，云高记录为6000米，影响日照15天，21时次。其中，自动多于人工观测记录的有5时次，1.5小时日照;人工多于自动观测记录的16时次，5.5小时日照。密卷云较厚，记录云高为5500米，影响日照29天，65时次。其中，自动多于人工观测记录的有20时次，9.6小时日照;人工多于自动观测记录的45时次，16.3小时日照。密卷云很厚，云高记录为5000米，影响日照4天，5时次，人工多于自动观测记录1.4小时日照。密卷云云层越厚，云高越低，对日照影响越大。实际值班中，密卷云云高5500米是一个临界值，既可能出现连续几小时日照纸迹线清晰连续，而自动观测记录较少的情况，又可能出现几小时自动观测分钟记录连续，而人工观测记录较少的情况。

低云对日照的影响。当出现4个量及以上透光层积云，影响日照13天，38时次。其中，自動多于人工观测记录的有10时次，2.4小时日照;人工多于自动观测记录的28时次，12.8小时日照。当出现3个量及以上的浓积云、淡积云，影响日照33天，123时次。其中，自动多于人工观测记录的有15时次，5.1小时日照;人工多于自动观测记录的108时次，30.0小时日照。因为自动观测记录可精确到一分钟，小时计算累积量，而人工观测每6分钟记录0.1小时日照。当出现一定量以上的低云时，如果云移动较快，当自动分钟有日照记录不连续且无日照时间间隔小于3分钟时，人工迹线时浓时淡却仍连续，人工观测记录会多于自动观测;当自动记录无日照时间间隔大于3分钟时，人工记录会不连续，自动观测记录小时累计值，自动观测记录就会多于人工观测。如果低云影响时次较多，两种观测的精度，计算方法的不同，就造成记录较大差别。当低云移动慢，有、无日照记录较连续时，两种观测记录较吻合。

人工观测药品质量及涂药方法影响日照4天，14时次，7.5小时。因为暗筒式日照计日照纸所用药品质量好坏，以及涂药方法是否得当，是造成该仪器测量误差的主要原因。光电式数字日照计能排除人为影响，更好地保证观测记录质量。

3 结语

地面观测自动化势在必行，日照自动观测代替人工观测也是必然。通过对比分析发现：DFC2型光电式数字日照计观测灵敏度高，对早、晚日照的临界值处理更准确，记录受视程障碍天气现象影响小于人工观测，更能排除人为影响，更好的保证观测记录质量。密卷云云层越厚，云高越低，对日照影响越大。当出现一定量以上的低云时，如果云移动较快，两种观测的精度，计算方法的不同，就造成记录较大差别。当低云移动慢，有、无日照记录较连续时，两种观测记录较吻合。

气候分析将日照时数历年进行比较，而历年日照资料都是人工观测数据，直接用自动观测数据就会不合理或有跳变。短期的对比观测分析不足以反映两种观测方式更具体的差别，可以常年进行对比观测，更好地了解取得资料序列的差异，更能积累多年数据进行回归分析，为以后的数据应用打好基础。

作者简介：邢丽元，本科学历，研究方向：综合观测。