山西省日照平行观测资料对比分析

李亚军,葛黎黎

（山西省气象信息中心, 山西 太原030006)

1 引言

日照是指太阳在一地实际照射的时数。 日照时数也称实照时数[1]；其定义为，在一给定时间，太阳直接辐照度达到或超过 120 瓦·米-2（W·m-2）的那段时间总和，以小时（h）为单位，取一位小数。 日照时数表示一个地区接受太阳光照射的时间长短， 直观反映太阳辐射，是农业生产重要的环境因素，对人民的日常生活影响重大。 日照时间的长短决定了对太阳能的利用程度， 也对当地的气候资源具有较高的分析利用价值，因此对日照观测数据的质量要求很高[2]。

目前， 我国气象部门普遍使用的日照观测仪器有暗筒式日照计、 聚焦式日照计， 该类仪器人工制作、安装和更换日照纸，需要根据感光迹线进行人工计算日照时数，观测精度较低，资料可比性和一致性难以保证[3]。 随着日照观测数据在天气、气候、预报业务和农业生产服务等领域的广泛应用， 业务观测需求更加精细化，传统的日照观测仪器已无法满足，自动日照计观测精度高、性能稳定、维护方便，取代传统日照观测仪器势在必行。 光电式数字日照计采用一体化设计思路，无需挂接采集器，直接输出日照时数。 由硬件和软件两部分组成，硬件主要由数字式日照传感器和外围组件组成， 软件为传感器嵌入式软件，具有数据存储、补传等功能，还自带有实时时钟，易于扩展，便于维修。

本文通过对暗筒式日照计和光电式数字日照计2019 年1-6 月山西109 个台站平行观测的同期数据进行对比分析，发现在设备正常、安置维护良好的情况下，两种观测设备的一致率达到90%以上。

2 资料来源

根据气测函 （2018）153 号中国气象局综合观测司关于印发《日照平行观测业务技术规定》的函和山西省观测与网络处发布的气测函 【2018】34 号文件《观测与网络处关于开展自动日照计试运行及平行观测的通知》， 山西省在2018 年12 月16 日开始光电式数据日照计的试运行， 发现问题及时进行了整改，并于2019 年1 月1 日起正式运行。

平行观测从2019 年1 月1 日（实际时间是2018年12 月31 日地方平均太阳时24 时）起开始，为期6个月，分两个阶段进行。

前三个月为第一阶段， 以人工观测记录为正式观测记录，其记录方法按现行《地面气象观测规范》和业务规定执行。 后三个月为第二阶段，以自动观测记录为正式观测记录， 其记录方法按相关业务规定执行。

本文采用山西省109 个国家级地面观测站2019年1-6 月的暗筒式日照计和光电式数字日照计的观测资料进行对比分析， 希望了解不同观测方式下自动与人工数据的差异。

3 评估方法和内容

利用山西省109 个开展平行观测的台站获取的日照资料，从数据完整性、数据准确性等方面进行分析评估。

3.1 数据完整性评估

以分钟数据为基本单位， 剔除仪器原因与维护造成的缺测记录， 对光电式数字日照计的观测数据完整性做月缺测率评估。

月缺测率=（月观测缺测次数/月应观测总次数）×100%

3.2 数据一致性分析

分别对两种观测方式的小时日照时数和日合计日照时数进行统计分析。

(1)小时日照时数一致性分析：若光电式数字日照计小时内日照连续时间累计达到或超过3 min，或暗筒式日照计小时内日照时数累计达到0.1 h， 需进行小时内日照时数一致性分析， 分析两种观测方式日照时数相等情况，相差情况的数据占比，以了解光电式数字日照计与暗筒式日照计观测的差异。

(2)全天日照时数一致性分析：若光电式数字日照计全天日照连续时间累计达到或超过3 min，或暗筒式日照计小时内日照时数累计达到0.1 h， 需进行全天日照时数一致性分析， 分析自动观测数据和人工观测数据的相关性。

4 评估结果

4.1 数据完整性

山西省共109 个国家地面观测站参与数据评估，以分钟数据为基本单位，剔除仪器原因与维护造成的缺测记录来计算缺测率。 经统计1-6 月日照自动观测数据缺报情况（表1），发现仅有10 站出现缺报，其中53666 静乐站缺报最多，共26 d；经核实缺报为设备故障，故剔除这些缺报天数来计算缺测率。同时统计了除缺报外的缺测分钟数（图1），统计各站1-6 月缺测率后发现，有90 站缺测率均为0.00%，占82.6%；有 16 站缺测率为 0.01%，占 14.7%；有 1 站57061 平陆，缺测率为0.02%，占0.9%；有2 站53777交城、53965 绛县，缺测率均为0.03%，占1.8%。

表1 自动日照数据1-6 月缺报情况

4.2 数据一致性

4.2.1 小时日照数据一致性

根据评估要求， 若光电式数字日照计小时内日照时数连续时间累计达到或超过3 min，或暗筒式日照计小时内日照时数累计达到0.1 h， 需进行小时内日照时数一致性分析， 故先统计出各站1-6 月符合样本的个数， 然后用自动日照时数减去人工日照时数， 发现两者小时观测数据完全相等的个数比例各站均在46%以上， 自动时数小于人工时数的个数在30%以上的仅37 站， 自动时数大于人时数工的个数在30%以上的仅5 站。 综合统计，全省109 个国家站1-6 月自动和人工小时数据完全相等的个数占总样本数的56%， 而自动时数小于人工时数的个数占总样本数的26%、 自动时数大于人工时数的个数占总样本数的18%。

4.2.2 全天日照数据一致性

根据评估要求， 若光电式数字日照计全天日照时数连续累计时间达到或超过3 min，或暗筒式日照计小时内日照时数累计达到0.1 h， 需进行全天日照时数一致性分析。 统计各站1-6 月自动与人工全天日照时数后， 计算各站自动与人工观测时数相关系数，相关系数越接近1，说明相关性越大。 统计显示，相关系数>0.9 以上的台站为104 站， 占比为95.4%。具体情况见图2。

图2 109 站全天日照数据相关系数

5 评估结论

（1）按照评估内容和要求，经统计分析全省109个国家站1-6 月日照自动观测数据完整性情况，排除设备故障原因造成的缺报外，有90 站缺测率均为0.00%， 有16 站缺测率为0.01%， 有 1 站缺测率为0.02%；有2 站缺测率为0.03%,造成缺测的原因均为设备故障。

（2）在符合条件的样本中统计分析小时日照数据后， 发现全省109 个国家站1-6 月自动和人工小时数据完全相等的个数占总样本数的56%， 而自动小于人工个数占总样本数的26%， 自动大于人工的个数占总样本数的18%。

（3）在符合条件的样本中统计各站1-6 月自动与人工全天日照时数并计算各月相关系数， 得出相关系数>0.9 的台站占比为95.4%，两者相关性良好。

（4）综上，光电式数字日照计自动观测数据与暗筒式日照计人工观测数据一致性良好， 满足业务运行需求。 建议各站在使用光电式数字日照计过程中应按业务要求做好设备的日常维护， 做好每天日出前、日落后的检查和设备的定期查看，保证设备正常运行，即可保证数据完整无误。