高纬度聚焦式与暗筒式日照计测量误差探讨

陆忠涛，于淑静，侯士波

（大兴安岭地区气象局，黑龙江 大兴安岭165000）

高纬度聚焦式与暗筒式日照计测量误差探讨

陆忠涛，于淑静，侯士波

（大兴安岭地区气象局，黑龙江 大兴安岭165000）

1 引言

中国绝大多数台站使用的日照计为暗筒式日照计，只有少数高纬度台站使用聚焦式日照计。聚焦式日照纸目前国内已经不生产，为了日照资料的可比性和均一化，黑龙江省于2012年1月1日将18个台站的聚焦式日照计改为暗筒式日照计，从而结束了几十年聚焦日照的观测历史。

2 两种日照计构造及原理

《地面气象观测规范》把日照定义为“太阳在一地实际照射的时数。在一给定时间，日照时数定义为太阳直接辐照度达到或超过120 W·m-2的那段时间总和，以小时为单位，取一位小数。”

2.1 暗筒式日照计

暗筒式日照计又称乔唐式日照计，由金属圆筒(底端密闭，筒口带盖，两侧各有一进光小孔，筒内附有压纸夹)、隔光板、纬度盘和支架底座等构成。它是利用太阳光通过仪器上的小孔射入筒内，使涂有感光剂的日照纸上留下感光迹线来计算日照时数。本文中使用的暗筒式日照计为上海生产的Fj2型。

2.2 聚焦式日照计

聚焦式日照计又称康培司托克式日照计，它由固定在弧型支架两端的实心玻璃球、金属槽(安装自记纸用)、纬度刻度尺和底座等构成。球形截断面上设置有相互重叠的三副槽构，以便在装入日照纸后能适用于一年中不同的季节。它是利用太阳光经玻璃球聚焦后烧灼日照纸(卡片)留下的焦痕来记录日照时数的。本文中使用的聚焦式日照计为前苏联生产的051型号（漠河，呼玛）、3458型号（北极村）。

3 两种日照计的对比试验与资料分析

3.1 试验站点及对比时段

为了解两种日照计的测量差异，以大兴安岭地区仅有的3个聚焦式台站（呼玛、漠河、北极村）为例，对比时段为2011年9-12月。两种日照计安装在观测场南侧，直线距离在2 m之内。

漠河国家基准气候站位于黑龙江省漠河县西林吉镇（郊外），52°58′N，122°31′E，海拔高度 433.0 m；北极村国家一般气象站位于黑龙江省漠河县漠河乡乡村 （江边），53°28′N，122°22′E，海拔高度 296.0 m；呼玛国家基本气象站位于黑龙江省呼玛县呼玛镇 （城区），51°43′N，126°39′E，海拔高度 177.4 m。

3.2 月平均差值对比分析

通过对3个台站2011年9-12月日照资料对比分析，得出日照月平均差值（聚焦一暗筒）(表1)。

表1 2011年各站日照月平均差值

3.3 秋冬季差值对比分析

以北极村气象站和呼玛气象站为例，将代表秋(9月)、冬(12月)季的日照资料按照日出后、日落前及其他时段，分别算出3个时段差值△(聚焦式一 暗筒式 )的月平均(表 2)。

表2 3个时段△(聚焦式一暗筒式)的月平均(h)

4 两种日照计测量误差的原因探讨

4.1 误差综述

通过对比分析发现暗筒式日照计感光时间延迟，使日记录偏少0.4～0.6 h（北极村站是个例外，见表1），其中偏少的记录主要发生在日落前时段，约为0.1～0.2 h。日出后时段反而偏多0.1～0.2 h，其他时段平均误差基本为0(见表2)。在秋、冬季，各时差值>0.1次数所占百分比分别为24%、39%。

4.2 误差来源

这两种仪器观测到的日照时数误差，除受安装标准及环境条件影响外，还受仪器性能、操作方法、天气条件、日照纸与所用药品的质量等因素影响。劣质维护也是造成误差的原因之一。

暗筒日照纸所用的药品柠檬酸铁氨与赤血盐质量好坏，以及涂药方法是否得当，是影响该仪器准确度的主要原因，其次由于该仪器的日照纸需人工制作、安装和更换，日照时数需要根据感光迹线进行人工判断，由此导致测量结果主观性强，精度相对较低。聚焦式日照计的误差主要由日照纸卡的温度和湿度特性及过烧效应产生的，特别是在少云的情况下；在中、高纬度地区常常由于露或霜影响早晨的日照值。

4.3 原因分析

4.3.1 仪器构造影响

高纬度夏季日出很早，日落很晚。中国最北地区漠河真太阳3时后就日出，2l时前才日落，日照时数长达近18 h。暗筒式日照计由于安装固定，二个进光孔无法随太阳的方位转动，使得日出后、日落前的一段时间太阳光射不进光孔。聚焦日照计由于玻璃球可以转动，就避免了这种误差，因此高纬度台站，如果使用暗筒式日照计就会使得日照记录更加偏少。当然，由于种种原因也经常观测到暗筒式日照计比聚焦式日照计记录偏多的现象。

4.3.2 天气条件影响

聚焦式日照计记录受日照纸好坏与天气条件影响甚大。夏季短时间的太阳往往使焦痕烧得偏长，有的日照纸在太阳或蔽或露的多云天气，使日照纸烧灼的焦痕往往比实际日照时数偏多。阴雨天日照纸受潮使焦痕显不出来造成记录偏少。高的云层（卷云、卷层云），其厚度变化会削弱大约120 W·m-2左右的直接太阳辐照度，致使聚焦式记录偏少。

4.3.3 日照纸记录范围影响

使用的FJ型暗筒式日照自记纸是上海气象仪器厂生产的8811号自记纸，可记录范围为04-20时。但是，在大兴安岭北部地区仪器的记录范围也不能够覆盖从日出到日落的所有时段。特别是在6-7月份，4时前和20时后也常会有日照，这时就超出了暗筒日照计记录范围，致使记录偏少。

4.3.4 仪器安装影响

正确安装日照计是取得准确日照时数的前提，日照计要安装在开阔的、终年从日出到日落都能受到阳光照射的地方，要符合下列3个要点：仪器安装水平；对准正北；对准当地纬度。除了以上几点之外还要符合《气象探测环境和设施保护办法》规定：在日出、日落方向障碍物的高度角≤5°，四周障碍物不得遮挡仪器感应面。

5 结论

综上所述，影响日照时数准确度的因素是错综复杂的，日照计的安装、日照纸质量及涂药的好坏、仪器日常维护等都会引起日照时数的误差。但只要按规范操作并注意维护仪器，就可以将误差降到最低，从而提高日照观测数据质量。由于暗筒式和聚焦式日照计的业务观测离不开人工操作，准确度相对较低。按实际观测的日照时数，聚焦式日照计较准，暗筒式次之，具体误差值需要和标准日照传感器进行比对。

P414.5+2

B

1002-252X(2012)02-0031-02

2012-2-1

陆忠涛(1971-)，男，黑龙江省呼玛县人，西南大学，本科生，工程师.