本文利用我們建立在大理洱海東岸的挖色鳳尾箐氣象站所采集的兩年多氣象數(shù)據(jù)，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)方法對相對濕度、露點(diǎn)概率、降雨量、氣壓、溫度和風(fēng)速風(fēng)向進(jìn)行了分析。統(tǒng)計(jì)表明該地區(qū)(2016.08-2018.09)氣象條件具有明顯的季節(jié)性規(guī)律：在每年11月至次年4月，相對濕度較小、結(jié)露概率較低、降雨量少、氣壓和氣溫波動小、風(fēng)速小且風(fēng)向穩(wěn)定，較適合開展連續(xù)的夜天文光學(xué)觀測;在每年5月-10月濕度偏大、結(jié)露概率較高、氣壓波動較大，在這段時期開展夜間天文光學(xué)觀測需要注意避開這些不利氣象因素。

　　關(guān)鍵字：臺址;氣象數(shù)據(jù);統(tǒng)計(jì)分析;大理;望遠(yuǎn)鏡

　　一、背景與址點(diǎn)介紹

　　為配合有關(guān)部門發(fā)展天文望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目的需求，我們于2016年8月在大理鳳尾箐(地處大理洱海東岸挖色鎮(zhèn)大城村委會10組，距挖色鎮(zhèn)25km)建立了一套完整的氣象站系統(tǒng)。該址點(diǎn)處于農(nóng)田之中，具有一定植被，總的地勢為東北偏高、西南偏低。

　　由于受低緯度高原季風(fēng)氣候影響，該址點(diǎn)具有冬春兩季天氣晴朗、日照時數(shù)較多，夏秋兩季日照時數(shù)較少的季節(jié)性氣候規(guī)律。氣象站東經(jīng)100.30°，北緯25.90°，海拔約2400米，距離洱海東岸直線距離約8.2km。圖1給出了氣象站位置的百度衛(wèi)星地圖。我們曾分析了該站一年的相對濕度、風(fēng)速風(fēng)向和氣壓等有限數(shù)據(jù)[1]，本文將根據(jù)已經(jīng)獲取的超過兩年的資料，對更多參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)研究。

　　二、氣象參數(shù)對光學(xué)天文觀測的影響

　　對于地基天文觀測來說，優(yōu)良的大氣條件對望遠(yuǎn)鏡非常重要[2]。通過對氣象參數(shù)進(jìn)行定量評價，可以提高地基天文觀測的質(zhì)量和儀器使用的安全性。每臺望遠(yuǎn)鏡都有一定的安全使用要求，當(dāng)氣象參數(shù)達(dá)到望遠(yuǎn)鏡使用的安全限值，應(yīng)當(dāng)停止使用。因此，持續(xù)監(jiān)測并分析氣象參數(shù)，具有重要的意義。

　　天文臺址氣象監(jiān)測不僅可以實(shí)時監(jiān)測臺址觀測條件，而且可以通過長時間觀測系統(tǒng)，定量評估該臺址觀測條件變化情況。接下來，我們介紹相對濕度、露點(diǎn)溫度、降雨量、大氣壓、溫度和風(fēng)速風(fēng)向的氣象參數(shù)對望遠(yuǎn)鏡運(yùn)行的影響。云層的影響和云量數(shù)據(jù)分析將在以后的文章進(jìn)行分析。

　　2.1相對濕度

　　天文觀測中，濕度對望遠(yuǎn)鏡的裸露鏡面、濾光片、CCD以及電子設(shè)備等有直接影響，濕度過高引起鏡面、濾光片以及CCD窗口結(jié)露、電子設(shè)備短路等現(xiàn)象的發(fā)生。Radu[3]分析局部濕度和空氣的電導(dǎo)率之間的關(guān)系，得到高的濕度會增加空氣的導(dǎo)電率，直接影響光探測器。Celik[4]，Theiling[5]等提到濕度過高會使光電倍增管遭受高壓沖擊，從而對探測器造成不可逆的影響。

　　由于不同天文臺址所處氣候環(huán)境不同，天文觀測過程中對濕度閥值的制定也不同，為了確保望遠(yuǎn)鏡及其附屬設(shè)備的安全，一般都把相對濕度為90%作為停止觀測的標(biāo)準(zhǔn)。例如，Jabiri[6]，Murdin[7]以及Lombardi[8]在分析ORM(RoquedelosMuchachosObservatory)氣象參數(shù)時，把相對濕度為90%作為望遠(yuǎn)鏡設(shè)備是否工作的閥值。Radu[3]通過分析NOT(NordicOpticalTelescope)所在臺址的氣象條件，同樣認(rèn)為90%是一個合理的標(biāo)準(zhǔn)。

　　2.2露點(diǎn)溫度

　　相對濕度和露點(diǎn)溫度最容易引起天文儀器表面結(jié)露并形成液滴的現(xiàn)象發(fā)生。當(dāng)物體表面溫度低于或等于結(jié)露溫度時，其表面就會產(chǎn)生結(jié)露。然而，無論天文儀器是否在工作都會導(dǎo)致其零部件受損甚至發(fā)生危險。如果空氣溫度和露點(diǎn)溫度之間的差在1-5℃之間[3]，就會發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象。通過干球溫度計(jì)算出飽和水汽壓，由飽和水汽壓和相對濕度計(jì)算出水汽壓，再利用露點(diǎn)溫度和水汽壓的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出露點(diǎn)溫度[12]。

　　2.3降雨量

　　降雨量是指在一定時間內(nèi)降落到地面的水層深度，單位用毫米表示[13]。降雨直接影響天文望遠(yuǎn)鏡的觀測。為了保護(hù)望遠(yuǎn)鏡設(shè)備及其相關(guān)附件設(shè)備，應(yīng)盡量避開在降雨頻繁的時段觀測。

　　2.4氣壓

　　在天文觀測中，氣壓參數(shù)主要用于分析露點(diǎn)溫度、大氣折射變化和大氣穩(wěn)定性。Lombardi通過分析臺址是否受高壓所主導(dǎo)，得出該址點(diǎn)大氣是否穩(wěn)定[8]。Jabiri通過計(jì)算平均氣壓值高于理論氣壓值的頻率，判斷高層大氣的穩(wěn)定性[6]。Lombardi認(rèn)為，在短時間內(nèi)(幾個小時)氣壓的變化會導(dǎo)致天氣的變化[8]。目前世界上各個天文臺址在氣候條件監(jiān)測時都把氣壓參數(shù)納入了監(jiān)測范圍。

　　2.5環(huán)境溫度

　　溫度波動對望遠(yuǎn)鏡成像系統(tǒng)和照相機(jī)成像質(zhì)量有直接的影響。溫度波動會引起望遠(yuǎn)鏡中機(jī)械結(jié)構(gòu)的對應(yīng)變形，程度嚴(yán)重的話會影響光學(xué)元件間的位置，進(jìn)而帶來望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量的降低。同時溫度波動能夠?qū)е抡障鄼C(jī)噪聲和增益增大，造成照相機(jī)靈敏度的下降。因此，全面掌握候選址點(diǎn)夜間的氣溫及變化規(guī)律具有一定價值。

　　2.6風(fēng)速

　　由于風(fēng)力載荷對望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)、支撐結(jié)構(gòu)以及驅(qū)動系統(tǒng)的影響，為了確保望遠(yuǎn)鏡各個系統(tǒng)的安全，當(dāng)風(fēng)速超過安全上限時，應(yīng)停止望遠(yuǎn)鏡工作。此外，如果高速風(fēng)攜帶大量灰塵，還將導(dǎo)致望遠(yuǎn)鏡成像質(zhì)量下降。VERITAS(VeryEnergeticRadiationImagingTelescopeArraySystem)望遠(yuǎn)鏡規(guī)定的安全風(fēng)速限制在8.9m/s[5]，MAGIC(MajorAtmosphericGammaImagingCherenkov)望遠(yuǎn)鏡規(guī)定的安全風(fēng)速為11.1m/s，而美國帕洛馬(PalomarObservatory)天文臺規(guī)定望遠(yuǎn)鏡在風(fēng)速超過18m/s就停止觀測[8]。在摩洛哥Oukaimeden遺址進(jìn)行的一項(xiàng)氣象研究中，15m/s也被認(rèn)為是風(fēng)速的典型最大安全運(yùn)行值的極限[7]。

　　三、氣象數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)分析

　　我們采用武漢富源公司生產(chǎn)的FY-CJ2型自動氣象站用于定點(diǎn)監(jiān)測，氣象站觀測10米高，是針對氣溫、相對濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓和降雨量等氣象要素的觀測而設(shè)計(jì)的一款智能化、高性能自動觀測站。其中，風(fēng)速、風(fēng)向傳感器置于地表10米高位置，相應(yīng)傳感器的精度分別為±(0.3+0.03*v)m/s和±3°，其中v為實(shí)際測量風(fēng)速大小;溫度、相對濕度和氣壓傳感器置于地表2米高位置，相應(yīng)傳感器的精度分別為±0.2℃、±2%和0.1hPa，翻斗式雨量傳感器置于水平地面，傳感器的精度為0.2mm，測量范圍0-4mm/min。

　　作者曾利用大理挖色鳳尾箐氣象站早期的一年資料做過有限參數(shù)的簡短統(tǒng)計(jì)分析[1]。為更全面了解該址點(diǎn)氣象統(tǒng)計(jì)情況，現(xiàn)利用該氣象站超過兩年(2016.08-2018.09期間)的氣象數(shù)據(jù)開展更全面的研究。我們首先把每天晚上時間范圍(20:00-06:00，即大致為日落至日出期間)的數(shù)據(jù)提取出來，然后對樣本進(jìn)行相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析。

　　四、結(jié)論

　　為了解大理挖色鳳尾箐地區(qū)運(yùn)行夜天文光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的基本氣象環(huán)境，我們基于該氣象站兩年多數(shù)據(jù)，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)知識結(jié)合MATLAB軟件，分析了該地區(qū)影響光學(xué)觀測的核心氣象參數(shù)。統(tǒng)計(jì)表明，該地區(qū)的相對濕度、露點(diǎn)、氣壓、溫度和風(fēng)速風(fēng)向具有明顯的季節(jié)性特征：

　　·在每年11月至次年4月相對濕度的中值均為80%以下，其中在2月最低，濕度中值可達(dá)到64.9%。在每年的5-10月三個月濕度中值比較高，均在85%以上，其中在2017年7月和8月的濕度中值達(dá)到92.6%和92.7%，這將容易造成望遠(yuǎn)鏡的玻璃鏡面產(chǎn)生嚴(yán)重的結(jié)露現(xiàn)象，因此這三個月較不適合開展連續(xù)的夜天文光學(xué)觀測。

　　·為了評估結(jié)露的風(fēng)險，我們分析了夜間結(jié)露概率的時間分布。結(jié)果表明該地區(qū)每年11月至次年4月(基本為當(dāng)?shù)氐暮导?相對最不易結(jié)露，而在5月-10月期間(基本為當(dāng)?shù)氐挠昙?相對更容易結(jié)露。

　　·該址點(diǎn)全年降雨量主要集中在每年7-9三月，不適合天文觀測。

　　·為了評估該地區(qū)大氣穩(wěn)定性，我們分析了夜間大氣壓規(guī)律。冬季夜間的大氣壓值比夏季略微高。在夏季，當(dāng)天氣條件較為穩(wěn)定，氣壓值波動較小，氣壓的中值亦相對較小。

　　·該址點(diǎn)全年夜間溫度變化比較平緩、溫差不大。·風(fēng)速分析表明，該址點(diǎn)全年夜間的風(fēng)速都處于較低水平。且具有穩(wěn)定的西南風(fēng)。

　　總體來說，對于以挖色鳳尾箐山區(qū)為代表的云南洱海東岸8公里處，在每年11月至次年4月期間，環(huán)境相對濕度小、結(jié)露概率低、氣壓和溫度波動小、風(fēng)速弱，較適合觀測;在5月至10月期間，環(huán)境相對濕度大、結(jié)露夜概率大且結(jié)露持續(xù)時間長、氣壓波動大,開展夜間觀測時需要提前做好充分應(yīng)急準(zhǔn)備。

　　參考文獻(xiàn)

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　　5.TheilingM.PhDthesis,ObservationsofVeryHighEnergyGamma-RayEmissionfromSupernovaRemnantswithVERITAS,ClemsonUniv.2009;

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