暗筒式日照計安裝的跡線

吳蘭　陳海莉　吳佳妮　唐海榮

摘要：利用海南省保亭縣1969-2014年暗筒式日照計觀測資料，進(jìn)行其跡線分析，結(jié)果表明：暗筒式日照計的水平、方位、緯度安裝不正確，直接影響日照記錄的準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞：暗筒式日照計；安裝；跡線

引言

日照時數(shù)的觀測是各臺站的基本觀測項目之一，是用來描述日照時數(shù)的長短。暗筒式日照計應(yīng)安置在開闊的地方，且終年受到太陽光照射的地方。

1.暗筒式日照計的構(gòu)造原理

暗筒式日照計的主體為一金屬圓筒，筒的一端密閉，一端有蓋，筒的上部有一塊隔光板，筒身上在隔光板的兩側(cè)邊緣的同一垂直面上，各有一個圓錐形進(jìn)光孔，兩孔前后位置錯開，與圓心的夾角為120°。

2.儀器安裝檢查

暗筒式日照計安裝情況直接影響日照記錄的準(zhǔn)確性，利用感光跡線可以方便準(zhǔn)確地檢查安裝情況。

2.1 底座水平檢查

在晴朗的日子，太陽光線是通過進(jìn)光小孔進(jìn)入暗筒，使上午和下午的感光跡線以真太陽時12：00為分界，如上午的跡線在12：00時終止，下午的跡線則從12：00時開始記錄。

如果底座東西安裝不水平，會使暗筒式日照計內(nèi)的日照紙發(fā)生偏移。當(dāng)太陽光線點照射在相應(yīng)時刻線上時，就會提早在相應(yīng)的時刻線上。因為太陽的傾角在一天中是基本不變，當(dāng)太陽光照點在暗筒上每小時移動15°圓周角時，兩條感光跡線等長且對稱。如誤差角在15°，則日照跡線在上午會提前1小時，下午跡線比正常推遲1小時。所以儀器底座東高西低時，上午跡線終止于12時時間線上，下午又開始于12時時間線上，但對應(yīng)的北京時間都推遲，且上午跡線長過于下午。

暗筒式日照計底座東低西高時，跡線表現(xiàn)形式剛好與東高西低相反，即上午和下午跡線終止于12時時間線上和始于12時時間線上，但對應(yīng)的時間都提前，且上午跡線短于下午跡線。

2.2 緯度檢查

在北半球，暗筒式日照計對準(zhǔn)當(dāng)?shù)鼐暥群螅剌S與筒軸相平行，感光跡線表現(xiàn)為見（圖1），在春、秋分陽光直射赤道時，太陽光線通過進(jìn)光小孔進(jìn)入暗筒，自記紙上的感光跡線形成直線（b）線，夏半年（春分至秋分）陽光直射北半球，感光跡線偏低且較長（c）線，冬半年（秋分至春分），陽光直射南半球，感光跡線偏高且較短（a）線。如果緯度安裝比實際緯度偏大時，表現(xiàn)為筒軸與地軸已不相平行，所以在春秋分時，日照感光跡線并不是一條垂直于時間刻度線的直線，而是一條偏向南面的曲率，其偏離程度和曲率視水平偏差程度而定，如果安裝的緯度偏小，感光跡線則是一條偏向北面的曲率。

2.3 方位檢查

暗筒式日照計是利用陽光透過儀器上的小孔射入筒內(nèi)，使涂有感光藥劑的日照紙留下感光跡線，如圖3，通過孔A作一個垂直于圓筒的平面ATBA。陽光L通過孔A投射到筒內(nèi)M點，筒內(nèi)光線AM在圓筒平面上的投影為AT，AT與暗筒直徑AB的夾角為α，AM與圓筒平面ATBA的夾角為θ，于是陽光通過孔口射入筒內(nèi)的點到圓筒平面上投影的距離MT=AT·Tanθ，而AT=AB·Cosα=2Rcosα，可得：

MT=2R·Cosα·Tanθ

其中R為暗筒半徑，θ為太陽傾角，α為時角，因R對某一儀器為定值，θ在一天中基本不變，故一天中MT的長短，僅隨α角的變化而變化，即上、下午時間線對應(yīng)，如9時對15時；10時對14時等的MT等長（見圖1與圖2）

暗筒式日照計北端偏東時，儀器的緯度設(shè)置沒有變，變化的是日照紙上的時間刻度線與南北子午線錯位，不再平行，暗筒式日照計感光跡線冬半年上午M T短，下午M T長，夏半年上午M T 長，下午M T短。春秋分日不是兩條垂直于時間刻線的日照跡線，而是斜交于日照紙上時間刻線的直線，上午感光跡線斜向南邊，下午斜向北邊，冬半年上午感光跡線稍長于下午，夏半年上午跡線略短于下午。

暗筒式日照計北端偏西，表現(xiàn)形式為冬半年感光跡線上午MT長，下午MT短，夏半年上午MT短，下午MT長，春秋分日感光跡線變成直線且斜交于日照紙上的時間刻線，上午感光跡線斜向北邊，下午斜向南邊。冬半年上午跡線稍短于下午，夏半年上午感光跡線略長于下午。主要是因為兩個隔光板邊緣不在同一條南北子午線上，入射點發(fā)生微小的變化。

3.結(jié)論

1）暗筒式日照計底座東西方向安裝不水平，日照紙感光跡線表現(xiàn)為上午和下午跡線不等長。2）暗筒式日照計緯度安裝不正確，日照紙感光跡線表現(xiàn)為春秋日不是垂直相交于日照紙的時刻線的直線，而是春秋分前后出現(xiàn)直線。3）暗筒式日照計安裝方位不正確，日照紙感光跡線出現(xiàn)上午和下午MT對應(yīng)時刻線不等長，春秋分日直線與時刻線不相垂直。

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作者簡介：吳蘭（1979.11-），女，工程師，主要從事綜合氣象觀測。endprint