長沙地區(qū)暗筒式日照計與DFC2光電式數(shù)字日照計日照觀測的對比分析

常碩 舒懷 王建波 韓嘯 霍濤

摘 要：為了探究對比人工觀測和自動觀測的準(zhǔn)確性，選用人工觀測的暗筒式日照計和自動觀測的DFC2光電式數(shù)字日照計在2019年1月1日至2019年6月30日在長沙地區(qū)的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析。結(jié)果表明：暗筒式日照存在測量精度低、操作不便、響應(yīng)速度慢、觀測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性難以保障等缺陷。DFC2光電式數(shù)字日照計作為一種新型的自動化設(shè)備，其具備觀測精度高、操作便捷、性能穩(wěn)定、響應(yīng)迅速等特征，可以較好地滿足日照自動化觀測業(yè)務(wù)的需求，同時DFC2型光電數(shù)字日照觀測儀器靈敏度高，對早晚數(shù)據(jù)差異的分析和臨界值處理更加準(zhǔn)確，記錄更加穩(wěn)定，受天氣海拔等因素的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于人工檢測，有效的增加了觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。在對比觀測時間段內(nèi)，人工日照總時數(shù)為392.8h，自動觀測日照總時數(shù)為408.2h。人工觀測與自動觀測的數(shù)據(jù)一致性較好，相關(guān)系數(shù)為0.9659。2019年1—6月長沙地區(qū)自動觀測日照時數(shù)值比人工觀測日照時數(shù)值整體偏大。在此觀測時段內(nèi)，S差值小于0的有31d，占S差值等于0的有105d，S差值大于0的有的45d。人工觀測和自動觀測日照時數(shù)的差異不僅和季節(jié)有關(guān)，還和天氣情況有關(guān)。

關(guān)鍵詞：長沙;暗筒式;DFC2光電式;日照計;數(shù)據(jù)對比

1 概述

日照是天氣、氣候分析及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)重要的基礎(chǔ)資料。觀測日照對于監(jiān)測地球氣候變化、分析和預(yù)報中長期天氣、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)測、建筑規(guī)劃與設(shè)計等都各個方面均具有十分重要的意義。以前我國大部分地區(qū)氣象站還是采用暗筒式日照計人工觀測日照時數(shù)，但人工觀測數(shù)據(jù)比起自動觀測數(shù)據(jù)還是存在一定的誤差，高青芳等人研究結(jié)果也顯示暗筒式日照計存在測量精度低、操作不便、觀測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、一致性難以保障等缺陷。所以從2019年1月1日開始DFC2型光電式日照計開始平行觀測。從2019年7月1日開始，日照觀測由采用暗筒式日照計人工觀測改為采用DFC2型光電式日照計自動觀測。為了更好地了解兩種觀測的不同和差異，對平行觀測資料的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和對比尤為重要。長春國家基準(zhǔn)氣候站是我國長期保留的人工日照觀測的站點(diǎn)之一，擁有更加全面的人工地面觀測數(shù)據(jù)，通過對人工觀測數(shù)據(jù)和自動觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行平行研究，能夠更加直觀的對比出兩種檢測方式的差異性。DFC2光電式數(shù)字日照計作為一種新型的自動化設(shè)備，其具備觀測精度高、操作便捷、性能穩(wěn)定、響應(yīng)迅速等特征，可以較好地滿足日照自動化觀測業(yè)務(wù)的需求。長沙國家基本氣象站于2018年完成了華云升達(dá)公司生產(chǎn)的DFC2光電式數(shù)字日照計的安裝調(diào)試，日照觀測業(yè)務(wù)由以往的暗筒式日照計觀測（人工觀測）向自動化觀測方向轉(zhuǎn)變，為全面實現(xiàn)氣象事業(yè)現(xiàn)代化提供可靠保障。本文主要對2019年1月1日至2019年6月30日長沙地區(qū)暗筒式日照計（人工觀測）及DFC2光電式數(shù)字日照計（自動觀測）數(shù)據(jù)進(jìn)行差值對比分析，找出兩種設(shè)備應(yīng)用過程中存在差異的主要因素，為今后使用該要素進(jìn)行相關(guān)應(yīng)用以及分析和研究提供參考依據(jù)。

2 儀器測量精度影響因素分析

2.1 工作原理不一樣

人工觀測使用暗筒式日照計觀測陽光的照射起止時間和日照時數(shù)，筒身內(nèi)有彈性金屬壓紙夾固定記錄紙，但陽光透過儀器上的小孔。涂有感光藥劑的記錄紙上就會留下感官痕跡線，通過清水漂洗能夠反映日照時數(shù)。受天氣，環(huán)境等影響，還會受到藥品、記錄紙以及人工計算的方法難免會出現(xiàn)誤差。

DFC2光電式數(shù)字日照計有三個感應(yīng)器件組成，能夠更觀測陽光的總輻射和散射輻射，通過總輻射和散射輻射的差值計算出陽光的直接輻射。還具備查詢一定時段的觀測數(shù)據(jù)。

2.2 不同天氣條件的影響

DFC2光電式數(shù)字日照計和暗筒式日照計觀測方式的靈敏度過多過少都受到了天氣等方面因素的干擾。當(dāng)天氣晴朗陽光充足的情況下，對日照檢測的影響較小，這時人工觀測的靈敏度也不會受到影響，當(dāng)由于采樣方式不同，有時也可能時間出現(xiàn)偏差，或者操作人員的不當(dāng)操作，人工觀測時有受到影響，而DFC2光電數(shù)字日照計觀測精度高，可以根據(jù)總輻射和散射輻射有效的計算日照時間，通過連續(xù)的觀測，對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理能夠減少人為因素和天氣因素造成的誤差，能夠提高測量數(shù)據(jù)的精確度和準(zhǔn)確度。

3 資料和方法

長沙國家基本氣象站于2018年完成了華云升達(dá)公司生產(chǎn)的DFC2光電式數(shù)字日照計的安裝調(diào)試。本文數(shù)據(jù)對比分析時段為2019年1月1日至2019年6月30日業(yè)務(wù)試運(yùn)行平行觀測時段，分別從數(shù)據(jù)的一致性、完整性等方面進(jìn)行對比分析。

4 數(shù)據(jù)評估結(jié)果

4.1 完整性分析

評估時間段內(nèi)自動觀測和人工觀測均無缺測情況。

4.2 一致性分析

在對比觀測時間段內(nèi)，人工日照總時數(shù)為392.8h，自動觀測日照總時數(shù)為408.2h。總體分析可知，人工觀測與自動觀測的數(shù)據(jù)一致性較好，相關(guān)系數(shù)為0.9659。

本文中對日照時數(shù)差值S差值進(jìn)行定義：S差值=S自動觀測值-S人工觀測值。

由表1可以看出，2019年1—6月長沙地區(qū)自動觀測日照時數(shù)值比人工觀測日照時數(shù)值整體偏大。在這半年中，S差值小于0的有31d，占S差值等于0的有105d，S差值大于0的有的45d。通過數(shù)據(jù)對比統(tǒng)計分析了解到：S差值正值中最大值為3.3h，出現(xiàn)在5月9日，該日自動觀測日照時數(shù)為3.3h，人工觀測日照時數(shù)為0;次大值為3.0h，出現(xiàn)于4月24日，該日自動觀測日照時數(shù)為3.0h，人工觀測日照時數(shù)為0。由此可知，自動觀測日照時數(shù)值比人工觀測日照時數(shù)最大偏大值3.3h。S差值負(fù)值處于-2.1～-0.1h之間，即自動觀測日照時數(shù)數(shù)值比人工觀測日照時數(shù)偏小最大值為2.1h，出現(xiàn)在6月19日，該日自動觀測日照時數(shù)為7.3h，人工觀測日照時數(shù)為9.4h，即自動觀測日照時數(shù)數(shù)值比人工觀測日照時數(shù)偏小2.1h。

由表2可以獲悉，長沙地區(qū)2019年1—6月的人工觀測日照值與自動觀測日照值存在一定的差異。總體來說，1—6月累計自動觀測日照時數(shù)比人工日照時數(shù)偏大15.4h;其中，1—3月份自動觀測值普遍比人工觀測值要小，在這三個月中相差最大的月份為2月份，自動觀測日照時數(shù)值要比人工觀測日照時數(shù)值少4.6h，3月份自動觀測日照時數(shù)比人工觀測值少2.9h，1月份自動觀測日照時數(shù)比人工觀測日照時數(shù)少1.6h。4—6月份是自動觀測日照時數(shù)比人工觀測日照時數(shù)要大，在這三個月中觀測日照時數(shù)相差最大的月份是5月份，5月份自動觀測日照時數(shù)比人工觀測值要多10.6h;4月、6月自動觀測日照時數(shù)分別比人工觀測值要多7.9h、6.0h。因此，自動觀測日照時數(shù)和人工觀測日照時數(shù)之間存在差異可能與季節(jié)具有一定的關(guān)聯(lián)性。

5 結(jié)論

通過對平行觀測時段內(nèi)自動日照計和人工日照觀測數(shù)據(jù)的對比分析，自動日照計與人工日照觀測總體相關(guān)性較高。暗筒式日照存在測量精度低、操作不便、響應(yīng)速度慢、觀測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性難以保障等缺陷;DFC2光電式數(shù)字日照計作為一種新型的自動化觀測設(shè)備，其具備觀測精度高、操作便捷、性能穩(wěn)定、響應(yīng)迅速等特征。但需指出的是，儀器測量精度受工作原理不同、觀測方式、天氣現(xiàn)象等各類因素的影響，自動觀測日照時數(shù)比人工觀測日照時數(shù)整體偏大，且觀測存在一定程度的誤差。人工觀測和自動觀測日照時數(shù)的差異不僅和季節(jié)有關(guān)，還和天氣情況有關(guān)，在陰雨天、有霧的情況下測量誤差比較大。總的來說，自動日照計可以較好地滿足日照自動化觀測業(yè)務(wù)的需求，對監(jiān)測天氣氣候情況、指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等都有積極作用，在數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性方面仍有進(jìn)一步研究提升的空間。

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作者簡介：常碩（1989—），女，漢族，湖南長沙人，碩士，工程師，從事地面氣象綜合觀測研究工作。