长沙地区暗筒式日照计与DFC2光电式数字日照计日照观测的对比分析
常硕 舒怀 王建波 韩啸 霍涛
摘 要：为了探究对比人工观测和自动观测的准确性，选用人工观测的暗筒式日照计和自动观测的DFC2光电式数字日照计在2019年1月1日至2019年6月30日在长沙地区的观测数据进行比较分析。结果表明：暗筒式日照存在测量精度低、操作不便、响应速度慢、观测数据准确性难以保障等缺陷。DFC2光电式数字日照计作为一种新型的自动化设备，其具备观测精度高、操作便捷、性能稳定、响应迅速等特征，可以较好地满足日照自动化观测业务的需求，同时DFC2型光电数字日照观测仪器灵敏度高，对早晚数据差异的分析和临界值处理更加准确，记录更加稳定，受天气海拔等因素的影响远远小于人工检测，有效的增加了观测数据的准确度。在对比观测时间段内，人工日照总时数为392.8h，自动观测日照总时数为408.2h。人工观测与自动观测的数据一致性较好，相关系数为0.9659。2019年1—6月长沙地区自动观测日照时数值比人工观测日照时数值整体偏大。在此观测时段内，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。人工观测和自动观测日照时数的差异不仅和季节有关，还和天气情况有关。
关键词：长沙;暗筒式;DFC2光电式;日照计;数据对比
1 概述
日照是天气、气候分析及农业生产服务重要的基础资料。观测日照对于监测地球气候变化、分析和预报中长期天气、农业生产、环境监测、建筑规划与设计等都各个方面均具有十分重要的意义。以前我国大部分地区气象站还是采用暗筒式日照计人工观测日照时数，但人工观测数据比起自动观测数据还是存在一定的误差，高青芳等人研究结果也显示暗筒式日照计存在测量精度低、操作不便、观测数据准确性、一致性难以保障等缺陷。所以从2019年1月1日开始DFC2型光电式日照计开始平行观测。从2019年7月1日开始，日照观测由采用暗筒式日照计人工观测改为采用DFC2型光电式日照计自动观测。为了更好地了解两种观测的不同和差异，对平行观测资料的数据进行分析和对比尤为重要。长春国家基准气候站是我国长期保留的人工日照观测的站点之一，拥有更加全面的人工地面观测数据，通过对人工观测数据和自动观测数据进行平行研究，能够更加直观的对比出两种检测方式的差异性。DFC2光电式数字日照计作为一种新型的自动化设备，其具备观测精度高、操作便捷、性能稳定、响应迅速等特征，可以较好地满足日照自动化观测业务的需求。长沙国家基本气象站于2018年完成了华云升达公司生产的DFC2光电式数字日照计的安装调试，日照观测业务由以往的暗筒式日照计观测（人工观测）向自动化观测方向转变，为全面实现气象事业现代化提供可靠保障。本文主要对2019年1月1日至2019年6月30日长沙地区暗筒式日照计（人工观测）及DFC2光电式数字日照计（自动观测）数据进行差值对比分析，找出两种设备应用过程中存在差异的主要因素，为今后使用该要素进行相关应用以及分析和研究提供参考依据。
2 仪器测量精度影响因素分析
2.1 工作原理不一样
人工观测使用暗筒式日照计观测阳光的照射起止时间和日照时数，筒身内有弹性金属压纸夹固定记录纸，但阳光透过仪器上的小孔。涂有感光药剂的记录纸上就会留下感官痕迹线，通过清水漂洗能够反映日照时数。受天气，环境等影响，还会受到药品、记录纸以及人工计算的方法难免会出现误差。
DFC2光电式数字日照计有三个感应器件组成，能够更观测阳光的总辐射和散射辐射，通过总辐射和散射辐射的差值计算出阳光的直接辐射。还具备查询一定时段的观测数据。
2.2 不同天气条件的影响
DFC2光电式数字日照计和暗筒式日照计观测方式的灵敏度过多过少都受到了天气等方面因素的干扰。当天气晴朗阳光充足的情况下，对日照检测的影响较小，这时人工观测的灵敏度也不会受到影响，当由于采样方式不同，有时也可能时间出现偏差，或者操作人员的不当操作，人工观測时有受到影响，而DFC2光电数字日照计观测精度高，可以根据总辐射和散射辐射有效的计算日照时间，通过连续的观测，对数据进行采集和处理能够减少人为因素和天气因素造成的误差，能够提高测量数据的精确度和准确度。
3 资料和方法
长沙国家基本气象站于2018年完成了华云升达公司生产的DFC2光电式数字日照计的安装调试。本文数据对比分析时段为2019年1月1日至2019年6月30日业务试运行平行观测时段，分别从数据的一致性、完整性等方面进行对比分析。
4 数据评估结果
4.1 完整性分析
评估时间段内自动观测和人工观测均无缺测情况。
4.2 一致性分析
在对比观测时间段内，人工日照总时数为392.8h，自动观测日照总时数为408.2h。总体分析可知，人工观测与自动观测的数据一致性较好，相关系数为0.9659。
本文中对日照时数差值S差值进行定义：S差值=S自动观测值-S人工观测值。
由表1可以看出，2019年1—6月长沙地区自动观测日照时数值比人工观测日照时数值整体偏大。在这半年中，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。通过数据对比统计分析了解到：S差值正值中最大值为3.3h，出现在5月9日，该日自动观测日照时数为3.3h，人工观测日照时数为0;次大值为3.0h，出现于4月24日，该日自动观测日照时数为3.0h，人工观测日照时数为0。由此可知，自动观测日照时数值比人工观测日照时数最大偏大值3.3h。S差值负值处于-2.1～-0.1h之间，即自动观测日照时数数值比人工观测日照时数偏小最大值为2.1h，出现在6月19日，该日自动观测日照时数为7.3h，人工观测日照时数为9.4h，即自动观测日照时数数值比人工观测日照时数偏小2.1h。
由表2可以获悉，长沙地区2019年1—6月的人工观测日照值与自动观测日照值存在一定的差异。总体来说，1—6月累计自动观测日照时数比人工日照时数偏大15.4h;其中，1—3月份自动观测值普遍比人工观测值要小，在这三个月中相差最大的月份为2月份，自动观测日照时数值要比人工观测日照时数值少4.6h，3月份自动观测日照时数比人工观测值少2.9h，1月份自动观测日照时数比人工观测日照时数少1.6h。4—6月份是自动观测日照时数比人工观测日照时数要大，在这三个月中观测日照时数相差最大的月份是5月份，5月份自动观测日照时数比人工观测值要多10.6h;4月、6月自动观测日照时数分别比人工观测值要多7.9h、6.0h。因此，自动观测日照时数和人工观测日照时数之间存在差异可能与季节具有一定的关联性。
5 结论
通过对平行观测时段内自动日照计和人工日照观测数据的对比分析，自动日照计与人工日照观测总体相关性较高。暗筒式日照存在测量精度低、操作不便、响应速度慢、观测数据准确性难以保障等缺陷;DFC2光电式数字日照计作为一种新型的自动化观测设备，其具备观测精度高、操作便捷、性能稳定、响应迅速等特征。但需指出的是，仪器测量精度受工作原理不同、观测方式、天气现象等各类因素的影响，自动观测日照时数比人工观测日照时数整体偏大，且观测存在一定程度的误差。人工观测和自动观测日照时数的差异不仅和季节有关，还和天气情况有关，在阴雨天、有雾的情况下测量误差比较大。总的来说，自动日照计可以较好地满足日照自动化观测业务的需求，对监测天气气候情况、指导农业生产等都有积极作用，在数据的准确性方面仍有进一步研究提升的空间。
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作者简介：常硕（1989—），女，汉族，湖南长沙人，硕士，工程师，从事地面气象综合观测研究工作。
