日食对中国大气边界层热力状态的影响分析

日食对中国大气边界层热力状态的影响分析 Effects of the solar eclipse on atmospheric boundary layer thermodynamics in China 1 2 3 first-author 雷连发，研究方向为大气微波遥感技术与应用。E-mail：leilianfa_2006@163.com。 雷连发，研究方向为大气微波遥感技术与应用。E-mail：leilianfa_2006@163.com。 leilianfa_2006@163.com 1 2 4 5 6 7 8 3 3 南京信息工程大学 气象灾害预报预警与评估协同创新中心中国气象局气溶胶—云—降水重点实验室, 南京 210044 南京信息工程大学 气象灾害预报预警与评估协同创新中心中国气象局气溶胶—云—降水重点实验室, 南京 210044 Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters, CMA Key Laboratory of Aerosol-Cloud-Precipitation, Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing 210044, China Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters, CMA Key Laboratory of Aerosol-Cloud-Precipitation, Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing 210044, China 南京信息工程大学 大气物理学院, 南京 210044 南京信息工程大学 大气物理学院, 南京 210044 School of Atmospheric Physics, Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing 210044, China School of Atmospheric Physics, Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing 210044, China 北方天穹信息技术(西安)有限公司, 西安 710100 北方天穹信息技术(西安)有限公司, 西安 710100 North Sky-Dome Information Technology (Xi'an) CO., LTD, Xi'an 710100, China North Sky-Dome Information Technology (Xi'an) CO., LTD, Xi'an 710100, China 武汉大学 测绘遥感信息工程国家重点实验室, 武汉 430074 武汉大学 测绘遥感信息工程国家重点实验室, 武汉 430074 State Key Laboratory of Information Engineering in Surveying, Mapping and Remote Sensing (LIESMARS), Wuhan University, Wuhan 430074, China State Key Laboratory of Information Engineering in Surveying, Mapping and Remote Sensing (LIESMARS), Wuhan University, Wuhan 430074, China 陕西省气象局气象探测中心, 西安 710014 陕西省气象局气象探测中心, 西安 710014 Meteorological Observation and Technology Support Center of Shaanxi Province, Xi'an 710014, China Meteorological Observation and Technology Support Center of Shaanxi Province, Xi'an 710014, China 中国气象局云雾物理环境重点实验室, 北京 100081 中国气象局云雾物理环境重点实验室, 北京 100081 Key Laboratory for Cloud Physic of China Meteorological Administration, Beijing 100081, China Key Laboratory for Cloud Physic of China Meteorological Administration, Beijing 100081, China 广西壮族自治区人工影响天气办公室, 南宁 530022 广西壮族自治区人工影响天气办公室, 南宁 530022 Weather Modification Office of Guangxi Zhuang Autonomous Region, Nanning 530022, China Weather Modification Office of Guangxi Zhuang Autonomous Region, Nanning 530022, China 西安市大气探测中心, 西安 710016 西安市大气探测中心, 西安 710016 Xi'an Meteorological Observation Center, Xi'an 710016, China Xi'an Meteorological Observation Center, Xi'an 710016, China 地球的能量主要来源于太阳，太阳的辐射变化对地球大气边界层有着潜在的影响。日食过程中太阳被遮挡减少了到达地球的热辐射能量，大气热力状态被改变，为研究大气层热力状态的变化提供了一个好的机会。2020年6月21日，在中国境内出现了一次日环食，除日环食带以外中国其他地区都可见到日偏食。为了研究日食对边界层大气热力状态的影响，本文分析了西安、遵义、南宁和宜宾4个不同地区的微波辐射计实时连续观测的大气温湿度廓线数据，研究日食期间不同日面遮挡程度对不同边界层高度上大气热力状态的变化及其受天气条件的影响。这4个站点月球对太阳的遮挡比例都不相同，其中宜宾处在日环食带上遮挡最多。实验结果表明，日食期间大气边界层温湿度受到日食的影响较为明显。从日食开始到最大时刻由于到达地球的太阳辐射能减少，边界层大气温度也开始降低，在日食从最大时刻到结束期间，从太阳到达地球的辐射能量逐渐增大，边界层温度开始上升，日食过程中相对湿度变化与温度相反。4个站点温度变化最大约4℃，相对湿度变化超过10%，水汽密度没有明显变化，各个高度层温湿度变化明显滞后日食过程约15—20 min。日食过程中，月球对日面遮挡越多，日食对边界层大气温湿度廓线的影响也越明显。日食对边界层大气温湿度的影响随着高度的增加逐渐减弱，日面被遮挡的面积越少日食对边界层影响的最大高度也就越低。由于云和雨对太阳辐射的衰减，日食对边界层大气温湿廓线的影响将会减弱。 Earth energy comes from solar radiation, and solar radiation has a potential impact on the atmospheric boundary layer. During the solar eclipse, the solar disk is covered by the moon, and the solar radiation is reduced to reach the Earth, causing cooling in the surface layers of the atmosphere. Solar eclipse provides an ideal condition for studying the response of the atmosphere. On June 21, 2020, an annular eclipse occurred in China, and the partial solar eclipse can be seen except for the annular eclipse region. This solar eclipse provides a good opportunity for us to study the variation of the atmospheric thermodynamics. The most important parameter of thermodynamics during solar eclipse is the temperature in the different altitudes in the boundary layer. In this paper, to study the effect of the solar eclipse on atmospheric thermodynamics in the boundary layer, the atmospheric temperature and humidity profiles observed by the Ground-based multichannel Microwave Radiometer (GMR) in Xi’an, Zunyi, Nanning and Yibin, China. The GMR has high spatial resolution and high sensitivity and it is usually used to observe and study the atmospheric temperature and humidity profiles. Therefore, the variation of the atmospheric thermodynamics was studied at different regions and weather conditions by using the GMR during the solar eclipse. At these observation stations, the proportion of the sun covered by the moon is different; the annular eclipse can be observed in Yibin, and the covered proportion is maximum. This paper compared the results of the experiment and the observation results showed that the temperature and humidity profiles of the boundary layer had obviously changed. From the beginning of the solar eclipse to the maximum of the solar eclipse, the temperature of the boundary layer began to decrease because the solar radiation reaching the Earth was reduced. During the period from the maximum solar eclipse to the end of the solar eclipse, the radiation energy from the sun to the earth gradually increased, the temperature of the boundary layer began to rise, the variation in relative humidity was the opposite, the maximum variation in the temperature was approximately 4 ℃, the relative humidity was more than 10%, and the water vapor density profile had no obvious variation at these stations. The variation in the temperature and humidity lagged behind by approximately 15 to 20 minutes. The effect of the solar eclipse decreases with increasing height for the temperature and humidity in the boundary layer. In the process of the solar eclipse, the greater the solar disk is covered by the moon, the more obvious the effect of the solar eclipse on the temperature and humidity in the boundary layer. Due to the attenuation of solar radiation by clouds and rain, the influence of solar eclipses on the atmospheric temperature and humidity in the boundary layer will be weakened. This observation experiment had provided fine-scale variations of the atmospheric parameters both in time and height by using the GMR during the solar eclipse. These results may have important implications in understanding the response of atmosphere to the thermodynamics perturbations caused by the solar eclipse. 遥感 日食 微波辐射计 边界层 温度廓线 湿度廓线 remote sensing the solar eclipse microwave radiometer the boundary layer temperature profile relative humidity profile 1　引 言 1 太阳辐射是地球上能量的主要来源（ 卢军 等，2011 卢军 等，2011 ），日食期间由于月球对太阳的遮挡使得到达地球的太阳辐射能减少，在日食过程中由于太阳的辐射的变化，短时间内大气热力平衡发生变化（ Szałowski，2002 Szałowski，2002 ），因此会对区域大气边界层温湿度产生明显的影响（ Kadygrov等，2012 Kadygrov等，2012 ； Szałowski，2002 Szałowski，2002 ； Chung等，2010 Chung等，2010 ； 徐安伦 等，2010 徐安伦 等，2010 ； Bhat和Jagannathan，2012 Bhat和Jagannathan，2012 ）。近年来，有一些学者对日食引起的太阳辐射和地面气象要素的变化进行了大量观测和研究（ 徐安伦 等，2010 徐安伦 等，2010 ； Venkat等，2010 Venkat等，2010 ），研究表明日食对地面的温湿度等气象参数有着明显的影响（ Bhat和Jagannathan，2012 Bhat和Jagannathan，2012 ）。 目前研究日食对区域大气的影响主要都是利用地面气象观测站对边界层的区域热力条件变化进行观测研究（ Kadygrov等，2012 Kadygrov等，2012 ； 卢军 等，2011 卢军 等，2011 ），获得了日食期间气象要素的变化规律。尽管日食发生的时间和地点都可以精确预测，但是日食发生的概率较小，每次日食过程时间有限，能观测到日食现象的区域很小，观测过程还会受到云和降雨等天气的影响，获取的资料非常有限（ 马德栗 等，2011 马德栗 等，2011 ）。再加上气象观测上缺乏实时连续的垂直温湿度廓线探测手段，常规气象探空仅有每天早晚各一次，而且释放探空气球受到诸多条件限制，时间分辨率低，通过探空气球来研究日食对大气层温湿度垂直变化的影响难以满足要求。 随着大气遥感探测技术的进步，地基多通道微波辐射计逐渐被应用到大气温湿度廓线观测上，在全国各地已经布设了很多观测站开展长期的观测试验。微波辐射计采用纯被动的观测方法，通过观测大气自然微波辐射信息来反演对流层大气温湿度廓线，它能够实时连续的观测大气温湿度廓线等参数，具有高时空分辨率的特点（ 万蓉 等，2010 万蓉 等，2010 ）。因此，微波辐射计为研究日食对边界层不同高度上大气温湿度变化的影响提供了新的技术手段，目前已经有学者利用单台微波辐射计观测了日食过程中大气温湿度的变化（ Kadygrov等，2012 Kadygrov等，2012 ； Wang和Liu，2010 Wang和Liu，2010 ）。 2020年6月21日下午，中国出现了一次难得的日环食奇观。环食带由西藏入境，擦过四川盆地南部，经过黔东北和湘赣两省南部进入福建，在福建厦门入海，最后横穿台湾岛离开中国境内。在环食带以外的全国其他地区都可以看到日偏食，与环食带距离越远，日食期间太阳被遮挡的区域就越小。本次日食过程提供了一次研究日食过程大气边界层温湿度变化及其受到天气条件影响的机会。因此本文利用这次日食期间在西安、遵义、南宁和宜宾观测站布设的MWP967KV型地基多通道微波辐射计开展日食期间大气温湿度廓线等大气参数的网络化观测，研究日食对不同区域地点和不同边界层高度大气温湿度变化的影响及其在不同天气背景下的变化差异。 2　数据与方法 1 2.1　理论分析 2 大气边界层温度的变化主要依赖于可见光波段的太阳入射辐射通量。日食过程中太阳被月球遮挡，地表接收的太阳辐射通量发生了变化，这就会引起大气边界层温度等气象参数的变化。太阳入射辐射强度可以简单用下式表示（ Szałowski，2002 Szałowski，2002 ）： <math display="block" id="M1"><mi>I</mi><mo>=</mo><msub><mrow><mi>I</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">0</mn></mrow></msub><msup><mrow><mi>p</mi></mrow><mrow><mi>m</mi></mrow></msup><mi mathvariant="normal">s</mi><mi mathvariant="normal">i</mi><mi mathvariant="normal">n</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>z</mi><mo stretchy="false">)</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=42558040&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=42558054&type= 22.26733208 5.07999992 式中， p 表示大气透明系数，典型数值在0.7—0.9， I 0 表示瞬时太阳辐射强度。 z 表示太阳高度角。 m 表示大气光学质量，该值可利用下式近似计算（ Szałowski，2002 Szałowski，2002 ）： <math display="block" id="M2"><mi>m</mi><mo>=</mo><msup><mrow><mfenced separators="|"><mrow><mi mathvariant="normal">s</mi><mi mathvariant="normal">i</mi><mi mathvariant="normal">n</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>z</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>+</mo><mn mathvariant="normal">0.50572</mn><msup><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mn mathvariant="normal">6.07995</mn><mo>+</mo><mi>z</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><msup><mrow/><mrow><mo>-</mo><mn mathvariant="normal">1.6364</mn></mrow></msup></mrow></msup></mrow></mfenced></mrow><mrow><mo>-</mo><mn mathvariant="normal">1</mn></mrow></msup></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=42558055&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=42558041&type= 63.66933060 4.82600021 日食过程中瞬时太阳辐射强度与太阳被月球遮挡的面积有关，可用下式表示： <math display="block" id="M3"><msub><mrow><mi>I</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">0</mn></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mrow><mi>S</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">0</mn></mrow></msub><mo stretchy="false">(</mo><mn mathvariant="normal">1</mn><mo>-</mo><mi>g</mi><mo stretchy="false">)</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=42558057&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=42558056&type= 21.50533485 4.74133301 式中， S 0 =1372 W/m 2 表示太阳常数， g 表示太阳被月球遮挡的比例。从上式可以看出日食过程中太阳被月球遮挡，地面收到的太阳辐射将会减少。 太阳辐射在大气层传输过程中会受到水汽、云层、降水和气溶胶等衰减作用后才能到达地面。 Bird和Hulstrom（1981） Bird和Hulstrom（1981） 研究了通过参数化模型来计算晴空太阳辐射传输衰减，介绍了水汽等对太阳辐射的衰减作用。水汽对太阳辐射的衰减主要与太阳高度角和积分水汽总量有关。云对到达地面的太阳辐射有强的削弱作用，会直接影响到地表温湿度变化对日食过程的响应。云对太阳辐射的衰减作用非常的复杂，不同的云高、云状和云厚等性质以及不同的云微物理、化学和光学性质等都会对太阳辐射产生不同的影响，而云中液态水含量越高云层厚度越大对太阳辐射衰减也就越强（ 徐华，2013 徐华，2013 ）。云影响参数化计算需要云滴的有效半径（ r e ）、液态水含量（LWC）以及云层厚度（Δ h ）等参数，可简单用下式来表示（ 吴鹏飞，2003 吴鹏飞，2003 ； 于记华，2019 于记华，2019 ）： <math display="block" id="M4"><mi>τ</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn mathvariant="normal">3</mn><mo>⋅</mo><mi mathvariant="normal">L</mi><mi mathvariant="normal">W</mi><mi mathvariant="normal">C</mi><mo>⋅</mo><mi mathvariant="normal">Δ</mi><mi>h</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn><msub><mrow><mi>r</mi></mrow><mrow><mi>e</mi></mrow></msub></mrow></mfrac></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=42558058&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=42558042&type= 27.94000053 8.12800026 白天由于地表吸收的太阳辐射总量远超过地面辐射损失的热量，因此地面温度升高。在日食过程中，由于太阳被遮挡，辐射到地面的能量减少，地表温度会降低，这个过程可以利用太阳与月球的位置关系来展示。太阳和月球的空间位置可以精确计算，利用他们的位置关系能够精确计算太阳被月球遮挡的面积（ Reda，2015 Reda，2015 ）。 图1 图1 是依据4个站点位置计算的日食过程中太阳未被遮挡面积的变化结果。宜宾和遵义太阳被遮挡的最多，几乎被全部遮挡，西安看到的太阳有效辐射面积略小于南宁。 根据日食过程中太阳辐射面积的变化情况，模拟计算了4个站点接收的太阳辐射能量变化，如 图2 图2 所示。计算过程中考虑到了水汽和云的变化影响，不考虑地表、云对太阳辐射的反射和气溶胶等因素影响。其中，水汽参数取值可直接采用辐射计观测获得的积分水汽总量，云层厚度可依据微波辐射计观测的相对湿度廓线，利用85%的阈值作为云底和云顶的判断条件获得。从模拟计算结果可以看出4个站点接收的太阳辐射能量存在差异，由于日食期间到达地面的太阳辐射能量减少，近地面温度也就会降低，温度变化会出现一个低谷形状，这是引起近地面温湿度变化的主要原因。 1,2;3; 2.2　观测数据 2 为了能连续观测日食期间边界层大气温湿度廓线在不同高度上的变化特征，本次实验使用我们自主研发的MWP967KV型地基多通道微波辐射计，它通过接收大气在K（22—31 GHz）和V（51—60 GHz）波段的大气自然辐射亮温并结合人工神经网络算法来反演对流层大气温湿度廓线等参数（ 雷连发 等，2014 雷连发 等，2014 ； 刘晓璐 等，2019 刘晓璐 等，2019 ； 徐爽 等，2019 徐爽 等，2019 ）。该型号微波辐射计已经在全国多地建立了长期观测站，全天时全天候的观测对流层大气温湿度廓线等参数，能够提供大气温度、湿度、水汽密度、云底红外辐射温度（10—12 μm）、云底高度、积分水汽和积分云液态水等数据。仪器工作过程中定期进行液氮定标，并实时进行相对定标和Tipping定标等确保系统的观测精度（ Han和Westwater，2000 Han和Westwater，2000 ），观测过程中仪器每2 min输出一组大气温湿度廓线数据，完全能够实现日食过程中大气温湿度廓线的实时监测。 2021年6月21日日环食持续时间超过两个小时，除日环食带以外其他区域能观测到日面被不同程度遮挡的日偏食。为了研究本次日食过程中区域大气边界层热力状态的变化，我们选取西安、遵义、南宁和宜宾4个观测站的微波辐射计观测数据。各个站点地理位置、日食发生时间、食分和遮挡率等数据如 表1 表1 所示，可以看到4个站点的日食持续过程在3 h左右，站点观测到的月球对太阳的最大遮挡率均大于70%，且日食过程无降水发生。需要说明的是，4个站点的辐射计天线轴线方向在日食期间远离太阳方向，用于反演大气温湿度廓线的亮温数据不会受太阳直射辐射影响，反演得到的大气温湿度廓线代表实际的大气温湿度状态。 站点 初亏 食甚 复原 食分 遮挡率/% 经度 纬度 持续时间 宜宾 14：06 15：45 17：10 0.99 98.4 104.5 28.7 3 h 04 min 遵义 14：13 15：51 17：14 0.98 96.8 107.3 27.8 3 h 01 min 南宁 14：21 15：58 17：19 0.85 80.4 108.2 22.6 2 h 58 min 西安 14：16 15：47 17：06 0.80 74.9 108.9 34.1 2 h 50 min 3　结果分析 1 本文收集了2020年6月21日当天西安等地微波辐射计观测资料，对边界层大气温湿度廓线进行了处理，分析了温湿度廓线等数据在日食期间的变化，如 图4 图4 — 图6 图6 所示。可以看到日食期间，大气温度出现“V”字形状，与 图2 图2 中模拟的地面接收的太阳辐射变化一致，日食对大气温湿度的影响主要体现在1.5 km高度以下。越接近地面受到日食的影响越明显，这是由于日食期间太阳直接辐射到地面的能量减少，造成大气温度降低（ Wang和Liu，2010 Wang和Liu，2010 ）。大气温度在日食到达最大时刻后降到最低值，随后太阳逐渐开始复原，温度逐渐开始升高。日食整个过程中南宁温度变化最大约为4 ℃，处在日环食带上的宜宾温度变化却小于南宁站约为1.6 ℃，这主要是受到天气条件影响。结合 图2 图2 和 图3 图3 可以看出，太阳入射辐射强度越大，地面温度也就越高，例如南宁是多云天气，模拟的太阳辐射强度最大超过了950 W/m 2 ，它的地面温度也最高，超过了36 ℃。宜宾处在环食带上，太阳被遮挡的最多，受到的影响应该最大，但实际并非如此。从 图6（a） 图6（a） 天空红外辐射温度和 图7 图7 相对湿度廓线可以看出宜宾当时属于阴天，云层较厚，太阳辐射受到云层的衰减较大，使得正午时刻接收到的太阳辐射强度约为650 W/m 2 。因此，宜宾的地面温度最低仅有28℃左右，受到日食的影响相比远离环食带中心的南宁站要小。 1,2;3; 1,2;3; 1,2;3; 1,2;3; 在日食过程中，不仅大气温度受到日食影响，相对湿度也有明显的变化，最大变化为南宁站约10%左右，如 图4 图4 所示，它与温度变化相反，随着太阳被月球遮挡的越多，相对湿度逐渐增大，在太阳被遮挡最大的时候，相对湿度达到最大值，随后太阳逐渐复原，相对湿度也逐渐减少。日食过程中大气水汽密度在各个高度层受到日食的影响较弱，宜宾和遵义水汽在日食过程中不断减小，而南宁则是不断增大，西安则表现为先减小后增大，这主要可能还是受到局地气象条件和环境的影响（如 图6 图6 ）。因此相对湿度的变化主要还是由于温度变化引起的。 图4（b） 图4（b） 遵义观测数据中，12：40和14：00前后在1500 m高度相对湿度没有明显波动与低空湿度变化有明显的区别，对比 图5（b） 图5（b） 和 图6（b） 图6（b） 可以看出，在这个高度层以下水汽密度并没有较大的变化，但是天空红外辐射温度减小较为明显，尤其在14点左右由于云底抬高红外辐射温度减小约20 K，云底高度从1 km左右上升到4 km，这个云层高度的抬升引起低空湿度明显减小而1500 m以上变化较小。从 图6 图6 中对比4个站点天空云层红外辐射温度和辐射计反演的云底高度来看，日食对云层红外辐射和云底高度反演的影响也较弱。 日食引起的地面降温有一个冷却过程，造成地面温湿度对日食的响应滞后（ 徐安伦 等，2010 徐安伦 等，2010 ）。在 图3 图3 和 图4 图4 的4个站点观测的温湿度廓线数据中明显看到微波辐射计观测的温湿度变化滞后日食变化15—20 min左右。在日食发生约15—20 min后，大气边界层温湿度开始发生明显变化，在日食达到最大时刻约15 min后边界层温度降到最低值，湿度达到最大值，在日食结束约20 min后大气温度不再有明显变化。许多学者也观测到了日食过程中地表温湿度变化迟滞现象与本文结果类似（ Founda等，2009 Founda等，2009 ； Ahrens等，2001 Ahrens等，2001 ； Aplin和Harrison，2003 Aplin和Harrison，2003 ），这些观测结果说明太阳辐射与大气相互作用达到平衡需要一个时间过程。从宜宾、南宁和遵义的数据中还可以明显看出，日食到达最大时刻之后，大气温度保持极小值附近约15 min左右，而且离地面越近表现的更加明显，这与 马德栗等（2011） 马德栗等（2011） 在武汉一次日食过程中观测的结果一致，可能是由于日食在最大遮挡时刻附近太阳的可见面积没有发生明显变化以及当地的特殊天气条件等引起的。 从 图3 图3 和 图4 图4 可见，日食对4个站点的温湿度影响表现为月球对太阳遮挡面积越大的区域温湿度变化更加明显。例如西安距离日环食带最远，遮挡率最小，该站点温湿度变化也最小，受到日食的影响也最小。从4个观测站的数据分析可以看出，离地面越近大气温湿度变化越明显，随着高度升高温湿度受到日食的影响也逐渐减小。太阳被遮挡的越少，大气层受到影响的最大高度也越低，例如西安太阳被遮挡面积仅有74.9%，明显小于宜宾的98.4%，西安温湿度受影响的高度主要在500 m以下，而宜宾在1.5 km高度还有明显的变化。从多个站点数据分析来看，日食过程中当太阳遮挡率很小的时候或者有降雨等天气时，日食对边界层温湿度的影响将不再明显。 边界层温湿度受日食的影响程度还受到云的影响，云层会阻止或减弱到达地面的太阳辐射，近地面温湿度在日食过程中的变化也就会与云层厚度等相关。在遮挡率相近的时候，云层越厚边界层在日食变化过程中受到的影响也就越小。从 图7 图7 的4个站点日食最大时刻的相对湿度廓线以及 图6 图6 天空云层红外辐射温度和云底高度对比来看，日食过程中宜宾是阴天，有较厚的云层，而遵义则相比宜宾湿度小且云层较薄。尽管宜宾和遵义两站太阳被遮挡的面积相差很小，其中遵义的遮挡率还要略小于宜宾观测站，但是宜宾地面温度在日食过程中减小了约1.6 ℃，而遵义反而减小的更多超过了2 ℃。此外，将南宁与宜宾和遵义对比来看，南宁太阳遮挡率明显小于宜宾和遵义观测站，但是南宁属于多云天气，有薄云且云底高度波动较大，但是它的边界层温度变化却达到了4 ℃左右，相对湿度变化超过10%，明显大于宜宾和遵义观测数据。对比 图6（a） 图6（a） 、（b）、（d）可以看出，宜宾、遵义和西安观测站在日食期间云底高度都在1—2 km，但是由于云层厚度的区别使得对太阳辐射衰减有明显差异，导致各个站点温湿度受到日食的影响各不相同，这就足以说明云层衰减差异引起了站点之间接收到的太阳辐射的变化，使得日食过程中边界层大气温湿度受日食影响存在明显的差异。 4　结论 1 本文利用地基多通道微波辐射计开展了大气温湿度廓线实时观测，详细分析了2020年6月21日中国境内日环食的期间，宜宾、遵义、南宁和西安等观测站边界层大气温湿度的变化特征，研究了不同区域不同高度大气温湿度在日食过程中与太阳未被遮挡面积的相互关系以及天气条件对日食过程中边界层大气温湿度变化的影响。结果表明： （1）日食期间，由于太阳被月球遮挡，到达地面的太阳辐射减少，边界层大气温湿度发生了明显的变化响应。4个站点温度最大减小约4 ℃，相对湿度增大约10%，每个站点受到日食的影响是不相同的。 （2）太阳被月球遮挡的越多，边界层温湿度变化更加明显。温度随太阳被遮挡面积变大而减小，湿度表现出相反的现象，水汽密度在日食的整个过程中受到日食的影响较弱。太阳被遮挡的越少，边界层大气温湿度受到影响的最大高度也越低，例如西安太阳被遮挡面积仅有74.9%，明显小于宜宾的98.4%，西安受影响的高度主要在500 m以下，而宜宾在1.5 km高度还有明显的变化。 （3）日食过程中，边界层温湿度变化相比于日食发生要滞后约15—20 min左右，主要是由于地面接收的太阳辐射减少，冷却降温达到平衡需要一个时间过程，同时还受到当地的天气条件影响。 （4）日食期间地面温湿度的变化还受到云层的影响，云对太阳辐射的衰减也是一个重要影响因素，在太阳遮挡面积相近时候，由于云层厚度不同造成的地面温湿度变化存在明显差异，例如南宁太阳遮挡面积明显小于宜宾，正常宜宾地面温湿度受到日食的影响应该更大，但是由于宜宾存在较厚的云层，对太阳辐射衰减大，反而南宁的变化更加明显。此外，日食对风速等其他气象因子的影响由于微波辐射计没有同步观测，因此没有做进一步分析，也可以从其他气象观测资料中获取进一步分析研究。 参考文献（References） Ahrens D , Iziomon M G , Jaeger L , Matzarakis A and Mayer H . 2001 . 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