李子木,周素娟

(1.呼中区气象局，黑龙江 呼中165036;2.漠河县气象局，黑龙江 漠河165300)

1 引言

日照数据的准确和完整是农业科学研究和太阳能的开发和利用的重要科学依据。 为了得到准确的日照记录，日照纸需要对太阳直射光感应灵敏，同时感光痕迹清晰。日照纸使用的药物、水质、涂层质量对此起决定作用。 在实际工作中，经常会遇到射线不理想的情况，具体表现为：日照阳光跟踪模糊背景发蓝，痕迹颜色不正常或漂洗追查失踪,日照迹线不清，背景底色呈蓝色， 迹线颜色漂洗后消失或不正常等现象。 本文试从日照纸晒图的化学反应原理出发，对照日照观测的各个环节， 就其可能造成日照纸感光迹线不理想的原因作分析， 并试图找到合理的解决途径。

2 日照纸感光成像的化学反应原理

日照纸感光成像的原理： 由于日照纸上涂有柠檬酸铁铵和赤血盐的混合物， 这两种物质反应生成了六氰合铁酸铁， 所以日照纸未曝光时本身显青铜绿色。 经过光线照射曝光后， 发生了一个光催化反应， 即柠檬酸离子将柠檬酸铁铵中的三价铁离子还原成亚铁离子。 六氰合铁酸钾立即与生成的亚铁离子反应生成蓝色沉淀，在日照纸上沉积。 没有被曝光的部分由于暗筒的遮挡，保持了原来的颜色，将溶于水且未发生反应的六氰合铁酸钾用水洗掉， 就剩下了蓝色的迹线。

3 药品

药品有显影药剂赤血盐与感光药剂柠檬酸铁铵。 固体赤血盐品质稳定，是有毒药品，其水溶液受光及碱作用易分解。 气象部门选用试验用的柠檬酸铁铵，呈棕绿色，含铁量约14.5%-16.0%，易感光。 柠檬酸铁铵这种药品感光吸水性较强， 适宜保管收藏在暗处。 按照台站《地面气象观测规范》[1]（以下简称《规范》）配药要求：水与赤血盐的比例10:1，水与柠檬酸铁铵的比例10:3，分别配置，然后按相等的量混合在一起，涂刷于日照纸上。 其中值得注意的是，《规范》中的“量”指的是“质量”，“等量”即“物质的质量相等”。 按照《规范》比例要求配制的颜色为墨绿色，将有蓝色沉淀的小包装药液涂在日照纸上呈现深绿色， 在光照不强的环境下， 感光迹线就很难被分辨出。 可以进行一些简单的试验，寻找出小包装日照药的合理配液方法， 来解决当前尚不能明确判定小包装药品存在哪些问题的情况。

4 药液的配制

目前呼中台使用的是混合涂药法。 按《规范》中给出的药液配制，混合涂药时，将两种分别配制好的药液等量混合，结果水与赤血盐的比例大致为20:1，水与柠檬酸铁铵的比例大致为20:3， 显然药液的比例已经发生了变化。 因此,在混合涂药时采用与两步涂药法相同的比例是不恰当的。

按照《规范》给出的比例简单计算一下，赤血盐在赤血盐溶液中所占的比例为1/11， 柠檬酸铁铵在柠檬酸铁铵溶液中所占的比例为3/13。 如果配制10 g 药液，需要赤血盐溶液和柠檬酸铁铵溶液各5 g，那么赤血盐的量为0.5 g， 柠檬酸铁铵的量约为1.2 g，水的量为8.3 g。 这样《规范》上混合涂药法比例就变为：赤血盐：柠檬酸铁铵：水的比例为1 g:1 g:40 g（折算成雨量筒高度约1.3 mm） 或者1 g:1.2 g:50 g（1.6mm）。 与《规范》要求相比，小包装柠檬酸铁铵用量明显减少，只需与赤血盐等量或稍多些即可。 水的用量需明显增加，比《规范》要求增加一倍以上。

需要注意的是， 如果赤血盐和柠檬酸铁铵在保存过程中有水解现象， 则此比例还须根据水解的程度进行调整。 小包装药品开封后容易变质，一次用不完的也不建议留到下次再用。

配制日照溶液时，环境光线昏暗，为易于操作，对各药品的取量可做如下改进，自制1 g 装小容器和小型添加勺（0.1 g/勺），用来量取固体药品。配制用水可以折算成相应的毫米量，用测雨量用的量筒量取。这样做不但操作简单， 而且一旦配制比例需要调整时也容易掌握。

5 涂刷与浸漂

5.1 涂刷

溶液配制时应充分搅拌使药剂融化， 再将配制好的药剂静置1 h 左右开始涂刷。

日照纸涂药方法不恰当，也常造成记录不完善。药水涂刷不均匀常表现为： 涂药时没有涂满整个时段，导致该时段应该有迹线却没有迹线，而药水过厚的地方漂洗后迹线完全消失了。

涂药的正确方法： 使用药棉将日照纸上的灰尘和油脂擦去，再用干净的药棉蘸上药水后轻捏一下，确保药棉上没有过多的浮水， 再在纸上均匀的横向涂过，挤干后纵向吸干，涂完后以纸上药水薄而均匀为宜。 切不可反复涂擦，以免刷伤纸面使漂洗后的日照纸见光后变颜色。 同时注意要尽量刷满整个时段，满足日照迹线随季节变化的需要。

5.2 浸漂时间和用水

在水量充足且清洁的情况下， 浸漂换下的日照纸3-5 min，日照纸底色呈灰白，感光迹线为蓝色，即达到最佳效果；如若时间过长的浸漂，则会造成感光迹线的颜色变浅，甚至消失；若时间浸漂不足够，则不能充分洗净日照纸上的药物，时间久了，日照纸会因为继续感光，而成为蓝色，底色会隐去感光迹线。

在浸漂日照纸时，由于所用水量不充足，导致药液分子的扩散空间减少， 单位时间内回到日照纸表面的分子数较多，远远超出正常情况，当离开纸面的分子数与回到纸面的分子数相等时， 浸漂水与日照纸之间保持较大的药物分子浓度， 这个分子浓度比标准浸漂水量以上的水量浸漂时大的多。 因此，也达不到规定的浸漂效果，时间长久后，日照纸也会继续感光，变成蓝色。

5.3 淋洗法

有台站在试验中发现[2]，采用淋洗法漂洗日照纸效果更好。 具体方法是：先用5 号铁丝做一个圆柱形的架子，地面直径约2 cm，高约30 cm，上底面架一条横铁丝，用于夹放日照纸。 把圆柱架放于自来水池或水盆中，用塑料夹子夹好日照纸，稍微拧开自来水龙头，让水沿感光迹线方向淋洗，直至将日照纸洗净为止。

此方法避免了净水浸漂时由于水量不够而达不到规定浸漂效果， 以及时间长久后日照纸继续感光变成蓝色的问题。

6 日照纸的保存

按照《规范》，每次涂刷的日照纸不可过多，以10张为宜，以免涂了药的日照纸久存失效。日常工作中发现，湿度与涂好药的日照纸的存储有很大关系。 存储环境的湿度降低有利于保持日照纸的新鲜程度。采用电热台板烘干涂药日照纸的台站[3]，取得了比较好的成效。 操作的具体方法：在涂药前，先将日照纸平摊在电热台板上，接通电源任其烘烤1 h 左右。 涂药时将纸收拢， 将涂好药的日照纸逐张平放在电热台板上烘干，可连续操作。 涂完后，在上面放一张报纸， 减少热量散发同时帮助吸收水分。 待完全烘干后，收好存储备用。 采用此方法涂刷的日照纸质量提高明显，一次刷成的日照纸，用到第10 张，底色仍未变质。

涂好药的日照纸应保存在茶叶筒等密蔽性较好的暗筒内，再放入一包干燥剂，可以帮助降低存储环境的湿度。

7 其他可能影响的因素

7.1 药品水解

使用柠檬酸铁铵中发现： 用柠檬酸铁铵涂刷的日照纸经潮解后呈姜黄色，感光迹线呈深蓝色，冲洗后迹线蓝色鲜明，底色灰白干净，符合规范要求。 未潮解的晶状柠檬酸铁铵配制溶液时有蓝色沉淀析出，涂刷的日照纸呈墨绿色，纸面与感光迹线相差较小，部分迹线不能分辨，尤其在日出后、日落前以及薄云等天气下更是如此，易造成记录缺失或不完整。其主要原因是晶状柠檬酸铁铵中混有过量的柠檬酸亚铁，水解后生成的氢氧化亚铁很不稳定，很快被氧化成氢氧化铁，即相应的亚铁盐被还原成铁盐，柠檬酸铁铵恢复了它原来的化学式，品质变好了。 所以潮解实际上是对晶状柠檬酸铁铵的一个补充加工过程。

因此每次涂药前，应先做感光试验，检验药效以免造成记录缺测。

7.2 水质

由于各地水质不同， 井水和自来水一般都含有钠、钙、镁盐等使水质呈弱碱性，能与赤血盐、柠檬酸铁铵发生复分解反应，导致药品变性。 普通的自来水是中性的 （PH 值约为6.5-7.5）, 因其水中有很多杂质，有呈酸性的二氧化碳和氯，以及呈碱性的碳酸氢根及碳酸根。 通常，他们相互抵消使水呈中性。 当水被加热时，大量的二氧化碳和氯气逸出，而原来弱碱性的碳酸氢盐加热成为碱性相对较强的碳酸盐，使水中的碱性大大加强。 此时，赤血盐呈现出较强氧化性，导致六氰合铁离子浓度较低，而在碱性溶液中有柠檬酸铁铵沉淀生成，导致亚铁离子浓度也变低。 所得涂刷的日照纸容易变色，冲洗后仍呈蓝色，环境色与迹线混淆，不易识别。 因此配制药品时建议使用蒸馏水。 试验证明，蒸馏水不含杂质，配制的药液涂刷的日照纸感光能力强且保存时间长， 所涂的药液被冲洗掉后，纸面洁白，不留药迹，感光迹线蓝色鲜明。

7.3 纸张

纸张的版本不同， 对于日照纸的涂刷质量有一定程度的影响。 不同版本的日照纸，采用同样的药、同样的比例（1 g:1 g:40 g），却不能获得同样理想的日照记录。

7.4 用具不清洁

由于用具不清洁， 在实际操作中会影响日照记录：(1)未清洗干净配制药液的容器，由于见光变质，前一次涂药后容器中残留的药物影响涂药效果，涂药后的日照纸底色发蓝， 漂洗后迹线与底色颜色相近，难以辨别。 (2)涂药前日照纸未擦干净或直接用擦过日照纸的药棉蘸药涂刷， 结果造成涂药后的日照纸上出现小斑点，底色不清晰，也会影响到记录的整理。

[1] 中国气象局.地面气象观测规范[M].北京：气象出版社，2003：81-82.

[2] 张采英.淋洗法漂洗日照纸效果好[J].河南气象,2003，（2）：48.

[3] 林博沛. 用烘干法涂日照纸[J]. 浙江气象科技,1999，（1）：56.