第8章日照时数的测量(易).doc

第8章 日照时数的测量 8.1概述 日照这一词是指与突现于天空背景漫射光的日盘亮度相关的，或易于由人眼观测的，并在受照射物后面出现阴影有关的现象。因此，该名词较之于其它波长的辐射能量与可见辐射相关更密切，虽然两者的特征是密不可分的。但是实际上，最初的日照定义是直接地由比较简单的康培尔—斯托克（Campbell—Stokes日照计,8.2.1节）确立的，它是由一特制的透镜聚焦太阳光束的能量，在一特制的黑纸卡上烧出焦痕，以此检测日照。这种日照计早在1880年就引入气象站，现仍在很多站网中使用。因为对特制部件的尺寸和质量无国际统一的规定，随之执行不同原则性的规程，则产生不同的日照时数值。 为了使日照时数全球范围网络的资料均一化，一种专门设计的康培尔—斯托克日照计，即所谓的“暂定标准日照计”（IRSR），由WMO在1962年建议作为标准（WMO，1962）。由这种“硬件定义”的改进仅在暂定时期内是有效的，在此期间需要探索精确的物理定义，以便同时用于设计自动日照计和尽可能贴近由IRSR表述的近似“标尺”。关于后者，强烈地建议将康培尔—斯托克日照计烧焦时的阈值相应的直接太阳辐照度确定下来。在不同的站试验结果表明，烧焦日照计纸卡的阈值辐照度在70到范围内变化（Bider,1958;Buamgartner.1979）。但进一步研究特别在法国使用IRSR结果表明平均值为，最后建议将此值作为直接太阳辐照度的阈值以辨别光亮的日照。考虑到此试验结果的推广，在仪器性能指标中允许阈值20%的准确度。为了测定阈值辐照度，建议使用直接辐射表作为标准传感器。对于参考标准的进一步改进，似乎应确定直接辐射表的视场角（WMO，在准备中）。 8.1.1定义 根据建议10（CIMO-Ⅷ），日照时数定义为在一给定时段内直接太阳辐照度超过的各分段时间的总和。 8.1.2单位和标尺 日照时数（Sunshine Duration 简写为SD）的物理量显然是时间，使用的单位是秒或小时。对于气候的用途来讲，使用派生的术语，如“日小时数”或“日日照时数”，以及百分数，如“相对日日照时数”，此时SD与地球外的可能日照时间或最大可能日照时间有关（分别用和表示），测量时段（日、旬、月、年等）是单位的重要补充。 8.1.3气象要求 在第一编的第1章中给出了性能指标要求。测量日照时数的不确定度为0.1小时，分辨力为0.1小时。 因为直接太阳辐照度转换阈值的量和斜度决定了日照时数的可能的不确定度，对日照计来讲，其气象要求基本上与气候的云量状况相关（WMO，1985）。 在无云天空的情况下，仅在日出或日落的小时值由于阈值调整不理想或光谱的依赖性可能是错误的（取决于尘量造成背景灿烂的散射光可能淹没不强的日盘光）。 在云分散的情况下（积云、层积云），转换斜度高，使用直接辐射表在多云天空测量辐照度，通常低于，这意味着在阈值调整上为低要求。若光亮云团在太阳近旁，则日照计的视场角可影响测量结果。 若高的云层（卷云、高层云）其光学厚度小的变化会削弱大约左右的直接太阳辐照度，则要求最高的精密度。除阈值调整的精密度外，视场角也是有影响的。 对日照计的要求是变化的，取决于测点位置和季节，根据主要的云的组成。关于云的组成可由相对日日照时数SD/SD0（见8.1.2节）的三种范围大致描述，即“阴云天空”为（），“多云为（）”和“晴天”为（）。由主要云布满天空时所产生的结果通常表现为偏离标准的最大百分率。 8.1.3.1日照时数资料的应用 SD资料主要应用之一是表征当地的气候，特别是休养地的气候。这种气候也可视作有强烈的太阳光使人保持良好状态的心理效应。 对过去天气状况的描述，如一个月的状况，通常包括每日SD资料的趋势。如果没有太阳能数据，这样的SD值对农业的用途是有价值的。 对于这些应用的领域，在过去几十年里，大约SD平均值的10%的不确定度似乎是可接受的。 8.1.3.2与其他气象变量的相关性 在日照时间和太阳总辐射G之间最重要的相关性可由所谓的Angstrom公式来描述： 其中是所谓的晴朗指数（与地球外总辐照度相关），是相应的日照时数（与地球外可能的SD值相关），a和b是常数必须每月确定。采用这个方法由康培尔—斯托克资料得到的月平均每日总辐照量的不确定度为在夏季低于10%，而在冬季则升至30%，这个结果是由德国气象站报告的（Golchert,1981）。 Angstrom公式的意思指在云量和日照时间之间为负相关。此关系式对高云和薄云并不符合。显然对未覆盖住太阳的云场也不符合，所以负相关程度首先取决于收集统计资料的数量（Stanghellini,1981;Angell,1990）。SD资料准确度的改进应减小统计结果的分散性，即使理想的资料也仅在统计的基础上才能产生满意的结果。 8.1.3.3自动记录的要求 由于