李子木,周素娟

(1.呼中區(qū)氣象局，黑龍江 呼中165036;2.漠河縣氣象局，黑龍江 漠河165300)

1 引言

日照數(shù)據(jù)的準確和完整是農(nóng)業(yè)科學研究和太陽能的開發(fā)和利用的重要科學依據(jù)。 為了得到準確的日照記錄，日照紙需要對太陽直射光感應靈敏，同時感光痕跡清晰。日照紙使用的藥物、水質(zhì)、涂層質(zhì)量對此起決定作用。 在實際工作中，經(jīng)常會遇到射線不理想的情況，具體表現(xiàn)為：日照陽光跟蹤模糊背景發(fā)藍，痕跡顏色不正?；蚱醋凡槭й?日照跡線不清，背景底色呈藍色， 跡線顏色漂洗后消失或不正常等現(xiàn)象。 本文試從日照紙曬圖的化學反應原理出發(fā)，對照日照觀測的各個環(huán)節(jié)， 就其可能造成日照紙感光跡線不理想的原因作分析， 并試圖找到合理的解決途徑。

2 日照紙感光成像的化學反應原理

日照紙感光成像的原理： 由于日照紙上涂有檸檬酸鐵銨和赤血鹽的混合物， 這兩種物質(zhì)反應生成了六氰合鐵酸鐵， 所以日照紙未曝光時本身顯青銅綠色。 經(jīng)過光線照射曝光后， 發(fā)生了一個光催化反應， 即檸檬酸離子將檸檬酸鐵銨中的三價鐵離子還原成亞鐵離子。 六氰合鐵酸鉀立即與生成的亞鐵離子反應生成藍色沉淀，在日照紙上沉積。 沒有被曝光的部分由于暗筒的遮擋，保持了原來的顏色，將溶于水且未發(fā)生反應的六氰合鐵酸鉀用水洗掉， 就剩下了藍色的跡線。

3 藥品

藥品有顯影藥劑赤血鹽與感光藥劑檸檬酸鐵銨。 固體赤血鹽品質(zhì)穩(wěn)定，是有毒藥品，其水溶液受光及堿作用易分解。 氣象部門選用試驗用的檸檬酸鐵銨，呈棕綠色，含鐵量約14.5%-16.0%，易感光。 檸檬酸鐵銨這種藥品感光吸水性較強， 適宜保管收藏在暗處。 按照臺站《地面氣象觀測規(guī)范》[1]（以下簡稱《規(guī)范》）配藥要求：水與赤血鹽的比例10:1，水與檸檬酸鐵銨的比例10:3，分別配置，然后按相等的量混合在一起，涂刷于日照紙上。 其中值得注意的是，《規(guī)范》中的“量”指的是“質(zhì)量”，“等量”即“物質(zhì)的質(zhì)量相等”。 按照《規(guī)范》比例要求配制的顏色為墨綠色，將有藍色沉淀的小包裝藥液涂在日照紙上呈現(xiàn)深綠色， 在光照不強的環(huán)境下， 感光跡線就很難被分辨出。 可以進行一些簡單的試驗，尋找出小包裝日照藥的合理配液方法， 來解決當前尚不能明確判定小包裝藥品存在哪些問題的情況。

4 藥液的配制

目前呼中臺使用的是混合涂藥法。 按《規(guī)范》中給出的藥液配制，混合涂藥時，將兩種分別配制好的藥液等量混合，結果水與赤血鹽的比例大致為20:1，水與檸檬酸鐵銨的比例大致為20:3， 顯然藥液的比例已經(jīng)發(fā)生了變化。 因此,在混合涂藥時采用與兩步涂藥法相同的比例是不恰當?shù)摹?/p>

按照《規(guī)范》給出的比例簡單計算一下，赤血鹽在赤血鹽溶液中所占的比例為1/11， 檸檬酸鐵銨在檸檬酸鐵銨溶液中所占的比例為3/13。 如果配制10 g 藥液，需要赤血鹽溶液和檸檬酸鐵銨溶液各5 g，那么赤血鹽的量為0.5 g， 檸檬酸鐵銨的量約為1.2 g，水的量為8.3 g。 這樣《規(guī)范》上混合涂藥法比例就變?yōu)椋撼嘌}：檸檬酸鐵銨：水的比例為1 g:1 g:40 g（折算成雨量筒高度約1.3 mm） 或者1 g:1.2 g:50 g（1.6mm）。 與《規(guī)范》要求相比，小包裝檸檬酸鐵銨用量明顯減少，只需與赤血鹽等量或稍多些即可。 水的用量需明顯增加，比《規(guī)范》要求增加一倍以上。

需要注意的是， 如果赤血鹽和檸檬酸鐵銨在保存過程中有水解現(xiàn)象， 則此比例還須根據(jù)水解的程度進行調(diào)整。 小包裝藥品開封后容易變質(zhì)，一次用不完的也不建議留到下次再用。

配制日照溶液時，環(huán)境光線昏暗，為易于操作，對各藥品的取量可做如下改進，自制1 g 裝小容器和小型添加勺（0.1 g/勺），用來量取固體藥品。配制用水可以折算成相應的毫米量，用測雨量用的量筒量取。這樣做不但操作簡單， 而且一旦配制比例需要調(diào)整時也容易掌握。

5 涂刷與浸漂

5.1 涂刷

溶液配制時應充分攪拌使藥劑融化， 再將配制好的藥劑靜置1 h 左右開始涂刷。

日照紙涂藥方法不恰當，也常造成記錄不完善。藥水涂刷不均勻常表現(xiàn)為： 涂藥時沒有涂滿整個時段，導致該時段應該有跡線卻沒有跡線，而藥水過厚的地方漂洗后跡線完全消失了。

涂藥的正確方法： 使用藥棉將日照紙上的灰塵和油脂擦去，再用干凈的藥棉蘸上藥水后輕捏一下，確保藥棉上沒有過多的浮水， 再在紙上均勻的橫向涂過，擠干后縱向吸干，涂完后以紙上藥水薄而均勻為宜。 切不可反復涂擦，以免刷傷紙面使漂洗后的日照紙見光后變顏色。 同時注意要盡量刷滿整個時段，滿足日照跡線隨季節(jié)變化的需要。

5.2 浸漂時間和用水

在水量充足且清潔的情況下， 浸漂換下的日照紙3-5 min，日照紙底色呈灰白，感光跡線為藍色，即達到最佳效果；如若時間過長的浸漂，則會造成感光跡線的顏色變淺，甚至消失；若時間浸漂不足夠，則不能充分洗凈日照紙上的藥物，時間久了，日照紙會因為繼續(xù)感光，而成為藍色，底色會隱去感光跡線。

在浸漂日照紙時，由于所用水量不充足，導致藥液分子的擴散空間減少， 單位時間內(nèi)回到日照紙表面的分子數(shù)較多，遠遠超出正常情況，當離開紙面的分子數(shù)與回到紙面的分子數(shù)相等時， 浸漂水與日照紙之間保持較大的藥物分子濃度， 這個分子濃度比標準浸漂水量以上的水量浸漂時大的多。 因此，也達不到規(guī)定的浸漂效果，時間長久后，日照紙也會繼續(xù)感光，變成藍色。

5.3 淋洗法

有臺站在試驗中發(fā)現(xiàn)[2]，采用淋洗法漂洗日照紙效果更好。 具體方法是：先用5 號鐵絲做一個圓柱形的架子，地面直徑約2 cm，高約30 cm，上底面架一條橫鐵絲，用于夾放日照紙。 把圓柱架放于自來水池或水盆中，用塑料夾子夾好日照紙，稍微擰開自來水龍頭，讓水沿感光跡線方向淋洗，直至將日照紙洗凈為止。

此方法避免了凈水浸漂時由于水量不夠而達不到規(guī)定浸漂效果， 以及時間長久后日照紙繼續(xù)感光變成藍色的問題。

6 日照紙的保存

按照《規(guī)范》，每次涂刷的日照紙不可過多，以10張為宜，以免涂了藥的日照紙久存失效。日常工作中發(fā)現(xiàn)，濕度與涂好藥的日照紙的存儲有很大關系。 存儲環(huán)境的濕度降低有利于保持日照紙的新鮮程度。采用電熱臺板烘干涂藥日照紙的臺站[3]，取得了比較好的成效。 操作的具體方法：在涂藥前，先將日照紙平攤在電熱臺板上，接通電源任其烘烤1 h 左右。 涂藥時將紙收攏， 將涂好藥的日照紙逐張平放在電熱臺板上烘干，可連續(xù)操作。 涂完后，在上面放一張報紙， 減少熱量散發(fā)同時幫助吸收水分。 待完全烘干后，收好存儲備用。 采用此方法涂刷的日照紙質(zhì)量提高明顯，一次刷成的日照紙，用到第10 張，底色仍未變質(zhì)。

涂好藥的日照紙應保存在茶葉筒等密蔽性較好的暗筒內(nèi)，再放入一包干燥劑，可以幫助降低存儲環(huán)境的濕度。

7 其他可能影響的因素

7.1 藥品水解

使用檸檬酸鐵銨中發(fā)現(xiàn)： 用檸檬酸鐵銨涂刷的日照紙經(jīng)潮解后呈姜黃色，感光跡線呈深藍色，沖洗后跡線藍色鮮明，底色灰白干凈，符合規(guī)范要求。 未潮解的晶狀檸檬酸鐵銨配制溶液時有藍色沉淀析出，涂刷的日照紙呈墨綠色，紙面與感光跡線相差較小，部分跡線不能分辨，尤其在日出后、日落前以及薄云等天氣下更是如此，易造成記錄缺失或不完整。其主要原因是晶狀檸檬酸鐵銨中混有過量的檸檬酸亞鐵，水解后生成的氫氧化亞鐵很不穩(wěn)定，很快被氧化成氫氧化鐵，即相應的亞鐵鹽被還原成鐵鹽，檸檬酸鐵銨恢復了它原來的化學式，品質(zhì)變好了。 所以潮解實際上是對晶狀檸檬酸鐵銨的一個補充加工過程。

因此每次涂藥前，應先做感光試驗，檢驗藥效以免造成記錄缺測。

7.2 水質(zhì)

由于各地水質(zhì)不同， 井水和自來水一般都含有鈉、鈣、鎂鹽等使水質(zhì)呈弱堿性，能與赤血鹽、檸檬酸鐵銨發(fā)生復分解反應，導致藥品變性。 普通的自來水是中性的 （PH 值約為6.5-7.5）, 因其水中有很多雜質(zhì)，有呈酸性的二氧化碳和氯，以及呈堿性的碳酸氫根及碳酸根。 通常，他們相互抵消使水呈中性。 當水被加熱時，大量的二氧化碳和氯氣逸出，而原來弱堿性的碳酸氫鹽加熱成為堿性相對較強的碳酸鹽，使水中的堿性大大加強。 此時，赤血鹽呈現(xiàn)出較強氧化性，導致六氰合鐵離子濃度較低，而在堿性溶液中有檸檬酸鐵銨沉淀生成，導致亞鐵離子濃度也變低。 所得涂刷的日照紙容易變色，沖洗后仍呈藍色，環(huán)境色與跡線混淆，不易識別。 因此配制藥品時建議使用蒸餾水。 試驗證明，蒸餾水不含雜質(zhì)，配制的藥液涂刷的日照紙感光能力強且保存時間長， 所涂的藥液被沖洗掉后，紙面潔白，不留藥跡，感光跡線藍色鮮明。

7.3 紙張

紙張的版本不同， 對于日照紙的涂刷質(zhì)量有一定程度的影響。 不同版本的日照紙，采用同樣的藥、同樣的比例（1 g:1 g:40 g），卻不能獲得同樣理想的日照記錄。

7.4 用具不清潔

由于用具不清潔， 在實際操作中會影響日照記錄：(1)未清洗干凈配制藥液的容器，由于見光變質(zhì)，前一次涂藥后容器中殘留的藥物影響涂藥效果，涂藥后的日照紙底色發(fā)藍， 漂洗后跡線與底色顏色相近，難以辨別。 (2)涂藥前日照紙未擦干凈或直接用擦過日照紙的藥棉蘸藥涂刷， 結果造成涂藥后的日照紙上出現(xiàn)小斑點，底色不清晰，也會影響到記錄的整理。

[1] 中國氣象局.地面氣象觀測規(guī)范[M].北京：氣象出版社，2003：81-82.

[2] 張采英.淋洗法漂洗日照紙效果好[J].河南氣象,2003，（2）：48.

[3] 林博沛. 用烘干法涂日照紙[J]. 浙江氣象科技,1999，（1）：56.