[发明专利]日照时数测量方法和日照时数测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及气象观测领域，更具体地说是涉及一种日照时数测量方法和日照时数测量装置。

背景技术

日照时数测量是气象台站的基本业务之一。根据世界气象组织(简称WMO)制定的标准，日照时数是一天中直接太阳辐照度(即光的强度)超过指定光强阈值的各分段时间的总和。即，在气象上记录日照时间的天气情况需要同时满足以下两方面的条件：一是要满足一定的日照光强，即达到或超过WMO标准定义光强阈值；二是日光为直接照射。

为满足这种气象测量的需要，国内外发展了多种用于气象台站测量日照时数的装置(日照计)，按其原理与特点可分为如下几种：

(1)传统暗筒式日照计(又称乔唐式日照计)：采用感光纸感光，感光纸上的感光痕迹长度代表日照时数。其结构为：上部是一个黄铜制的圈筒，两边各穿一小孔。两孔距离的角度为120度，但孔要前后错开，以免上下午午日影重合。筒内放一涂有药水的感光纸，光线在上下午都能穿过小孔而射入筒内，使感光纸感光，而留下一条蓝色线条。筒上装一隔光弧板，使上下午光明确分开(除正午一、二分钟内，阳光可同时进入两孔，其余时间阳光均只能从一孔进入)筒口有一盖紧紧盖住筒口，以免日光进入使感光纸失效。从感光纸上感光线条的长度就可计算出日照的时间。其缺点主要有：使用前需要对纬度，调南北；需要人工配制(有毒)感光液，涂敷、处理感光纸才能得出日照时数，且需要定时更换日照纸，人工操作程序较繁琐；测量精度受感光液配制质量的影响较大。尽管存在有上述众多缺点，现实情况是：该暗筒式日照计在我国的应用已超过半个世纪，但其目前仍是我国各级气象台站的日照时数测量基本仪器。

(2)基于聚焦烧痕的玻璃球试日照计(又名康培斯托克照计)：其结构主要是一个实心的玻璃球，玻璃球能将照射到球上的阳光聚成一个焦点。不论太阳在天空中任何一个方向上，都能得到一个焦点，焦点能使纸片发生焦痕。当太阳从东往西运动时，焦点也会以相反的方向随着移动，因而焦痕的痕迹是由西向东移动。记录纸卡上的焦痕长度代表日照时数，看焦痕的长短就可计算出日照时间。该日照计的缺点：测量精度受日照纸卡的温度和湿度特性及过烧效应的影响很大；而且，使用时也需要对纬度、调南北，定时更换记录纸卡，并且，视季节不同需要使用不同规格的记录纸卡。

(3)热电转换式日照计：其主要利用的是光—热—电转换原理，通过电转换器件(如热电堆、热敏电阻)将光照引起的温度变化转化成电压，进一步转换后得到日照时数。缺点：对温度的依赖性高，在环境温度较高但却不满足WMO制定的关于日照时数的记录标准时，会给出错误的测量结果。

(4)光电转换式日照计：采用了光电转换原理，利用光电转换器件(如光电管、光电池、光电二极管等)将太阳辐射能量转换成电压，进一步转换后得到日照时数。但由于光电传感转换器件对变化的太阳光谱的响应不稳定，因此产生的光谱误差较大。

(5)采用步进电机实时地跟踪太阳的跟踪式日照计，其特点是：在热电转换或光电转换式日照计基础上加入了转动部件，用以跟踪太阳。这种日照计除了前面提及的热电转换及光电转换式日照计的缺点外，由于加入了转动部件，需要人工经常调整。

总之，现有各方法均存在着测量精度不高、受环境影响大或使用不方便等方面的缺陷。

发明内容

为了克服现有日照时数测量的缺陷，本发明提供一种采用不同于现有日照时数测量原理及技术的新型日照时数测量方法和日照时数测量装置。该测量方法和装置不但能准确测量并能实时输出日照时数，而且工作性能稳定，不存在温度误差和光谱误差，并且，该装置无需采用机械转动部件，安装时无需调节，维护简便。

一、本发明日照时数测量方法，包括以下具体步骤：

1)设置一个用于接受阳光直接照射、同时具有透光部分与遮光部分的受照目标物；

2)在所述受照目标物的下方，配置一个用于接受所述受照目标物投影的光影显示面；所述受照目标物与所述光影显示面的间距，应使得在直接照射的阳光(即直照光)下，受照目标物至少在该光影显示面的局部形成清晰的其透光部分与遮光部分的光影图像，而在非直照光下则不能形成清晰的光影图像；

3)光电图像采集器件按设定时间间隔，采集投影于所述光影显示面上的光影图像，并传至计算机；

4)所述计算机中的图像信息处理系统对该光影图像的清晰度与亮暗度进行识别，判断出属日光直接照射且同时光强达到设定值的日照现象，并记录相关时刻；

5)一天中同时满足上述4)中两条件的各分段时间的总和，即是该日的日照时数。