暗筒式日照计与光电式数字日照计数据对比及差异分析

暗筒式日照计与光电式数字日照计数据对比及差异分析

彭红艳

伊州区气象局，哈密， 839000

摘要：利用哈密国家基准气候站2019年1-6月暗筒式日照计和光电式数字日照计对比观测资料，采用统计分析方法，对两套仪器观测的日照时数进行对比分析，并对差异的原因进行探讨，结果表明：光电式日照计与暗筒式日照计日照时数趋势基本一致。光电式数字日照计月日照时数明显少于暗筒式日照计日照时数。其中偏少最多的月份为5月，偏少了39.3小时；最少的月份为3月，偏少21.1小时。一天中同时段内在日出时间光电式日照计日照时数采样次数少于暗筒式日照计，16-17时后较相近；在日落时间光电式日照计采样次数略多于暗筒式日照计。

关键词 暗筒式日照计；光电式日照计；日照时数；差值分析

引言

日照是指太阳在一地实际照射的时数，在一给定的时间，日照时数定义为太阳直接辐照度达到或超过120瓦/平方米的段时间总和，以小时为单位，取一位小数。日照时数是表征当地的气候和描述过去天气状况的重要气候观测数据，长期准确的日照观测资料是研究气候变化，评估太阳辐射资料可信度及开发利用太阳能资源的重要基础^[1]。近年来很多学者对日照时数的不同观测仪器进行了研究，，研究的主要仪器类型有：暗筒式、直接辐射表、总辐射表以及芬兰Milos500双金属片日照传感器等^[2-3]。哈密国家基准气候站自1944年建站以来均以暗筒式日照计作为正式记录，2018年底安装了DFC2型光电式数字日照计，并于2019年1-6月进行了对比观测。本文利用哈密国家基准气候站2019年1-6暗筒式日照计和光电式数字日照计对比观测资料进行分析，找出两种仪器之间存在的差异，对目前使用的光电式日照计的数据质量有着重要的意义。

1 资料与方法

1. 1. 资料

采用哈密国家基准气候站2019年1-6月暗筒式日照计与DFC2光电式数字日照计的日照时数对比观测资料。

1. 2. 方法

利用统计列表的方法，统计出日照时数误差出现的大致时间，运用绝对误差法，L%=（U-A）/A*100计算出两种日照计的误差度,其中U代表光电式日照时数，A代表暗筒式日照时数。

2. 结果与分析

   1. 暗筒式日照计与光电式日照计的月数据对比

由图1可知，光电式日照计与暗筒式日照计的月日照时数趋势基本一致，月日照时数光电式日照时数均明显少于暗筒式日照计日照时数。

图1 光电式日照计与暗筒式日照计趋势图

由表1可以看出，2019年1-6月光电式日照计与暗筒式日照计日照时数明显偏少，其中偏少最多的月份为5月，偏少了39.3小时；最少的月份为3月，偏少21.1小时。

表1 1-6月光电式日照与暗筒式日照数据

1. 2. 暗筒式日照计与光电式日照计的时数据对比

由图2可以得出，两种日照计的时日照时数趋势也基本一致，但一天中日照时数出现时间光电式日照计明显少于暗筒式日照计日照时数。尤其是日出时较为明显。16-17时后两种日照计的日照时数一致性较好。

图2 暗筒式日照计与光电式日照计的时数据对比

由表2可知，同时段内日出时间光电式日照计采样次数明显少于暗筒式日照计，表现出明显的滞后性。日落时间光电式日照计采样次数明显多于暗筒式日照计，这可能与仪器的测量原理有关。

表2 光电式日照计与暗筒式日照计日出、日落同时段内采样次数比较

1. 3. 暗筒式日照计与光电式日照计的日照时数误差率

由表3可以看出一天中暗筒式日照计与光电式日照计的日照时数相比，误差百分率最大出现在近日出一段时间，最大值达到了31%，最小误差出现在日落时间误差率为0。由于近日出时太阳高度角低，光线较弱，光电式日照计采集到的直接辐照度达不到120W/m^2,，而暗筒式日照计只要日照纸涂药质量就有可能感应出迹线，故光电式日照计测的日照时数偏少。

表3 一天中时日照时数数据

2.4 暗筒式日照计与光电式日照计的日照时数差异分析

2.4.1 工作原理方面。暗筒式日照计主要是太阳光谱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，以此来计算当天的日照时数。同等天气条件下，日照时数多少与日照计的安装、日照纸的涂药质量以及天气条件、环境条件有关，只要按规定安装、涂药、数据质量还是比较稳定的^[4-5]。DFC2光电式日照计采用总辐射-散射辐射测量原理来获取太阳直接辐照度，结合直接辐照度的大小给出有无日照时数的电平信号。若直接辐照度≥120W/m² ，则算作有日照，累计得到每小时和每天的日照时数。日出后一段时间因太阳光线较弱，基本达不到直接辐照度≥120W/m

²的要求，不会测量出日照时数。

2.4.2 天气条件方面：日照时数与总云量、能见度、霾、降水量呈现显著负相关,与风速呈现显著正相关^[6], 多云时或能见度不好时，暗筒式日照计只要日照纸的涂药质量好，显影好，当有微弱的光线透过小孔就可能会有淡淡的迹线显示出来，此时就会有日照时数。而DFC2光电式日照计若直接辐照度达不到120W/m² ，就不会测出日照时数。

2.4.3 采样方式方面

暗筒式日照计观测日照的记录最小单位为0.1h，光电式数字日照计时间分辨率为1mm，至少10s对光电感应器采样1次，1分钟采样6次，以采样时的日照时数总和计算平均值的方法来得到日照时数的。

3. 结论

2019年1-6月哈密国家基准站光电式日照计与暗筒式日照计日照时数趋势基本一致。光电式数字日照计月日照时数明显少于暗筒式日照计日照时数。其中偏少最多的月份为5月，偏少了39.3小时；最少的月份为3月，偏少21.1小时。一天中时日照时数在日出时间相同时段内光电式日照计采样次数少于暗筒式日照计，16-17时后较相近，在日落时间相同时段内光电式日照计采样次数略多于暗筒式日照计。造成光电式日照计日照时数偏少的主要原因与两种仪器的工作原理、采样方式不同以及天气条件、暗筒式日照计日照纸的涂药质量有一定的关系。

参考文献：

[1]范宝伟,李啸啸等.近66年信阳地区日照时数变化特征及其相关因素分析[J] . 信阳师范学院学报，2020，1(5)：97-101.

[2]张晓娟,李娜.国内外日照时数观测数据对比分析——以郑州气象站为例[J].气象科技，2019,47(4):912-915.

[3] 陆忠涛,张瑶等.人工与自动日照观测数据对比分析[J].黑龙江气象,2019,36(3):31-32.

[4]谢允.暗筒式日照计药液配制计日照纸的处理[J],气象,2003,29（11）：F002-F002.

作者简介：彭红艳（1976.07）女，汉族，江苏省丰县人，本科学历，职称：副高，从事研究方向或职业：从事大气探测工作。