第六章 雲量、日照與太陽輻射
太陽輻射是地球表面一切自然現象和生命活動的能量源泉，也是氣候形成與變化的重要因素。它在時間和空間上的變化決定於天文因素和大氣因素，雲量與日照就是大氣因素的兩個方面。雲量日照和太陽輻射同人類生活及各種經濟活動也有很密切的關係，分析研究它們的資料，對於航空、建築及太陽能利用等都有很重要的意義。
一、雲量與日照
（一）雲量
雲量就是雲遮蔽天空視野的程度。一般用十分級制或八分級制表示，方法是將整個天空分成十份或八份，被雲遮蔽的份數就是雲量。例如，滿天都是雲，十分級制就記作雲量為10，八分級制就記作雲量為8。碧空無雲，則兩種分級制都記作0。歐、美一些國家多採用八分級制，中國以及香港、澳門都採用十分級制。十分級制的單位是“成”（tenth）。有時為了方便起見，將十分級改作百分級，即是將“10成”改寫為“100％”、“8成”改寫為“80％”。這樣一改似乎更通俗些，所以香港和澳門的氣象台在公佈氣候統計資料時，都用百分數表示雲量。本書也用百分數作為雲量的單位。
澳門1952至1986年三十五年平均的年總雲量是70％。3、4月最大，月平均總雲量達83％；11月最小，祇有54％。其年變化見表6．1，春、夏較大，秋、冬較小。春季（3至5月）平均總雲量為82％，夏季（6至8月）為76％，秋季（9至11月）為60％，冬季（12月至2月）為65％。
春天南、北氣流交綏鋒面活動頻繁，雲量明顯增多。夏季對流旺盛，雲量也不小。秋天受副熱帶高壓控制，天空晴朗少雲。冬季受乾燥的大陸冷高壓控制，雲量也不多。
表6.1 澳門各月平均總雲量(1952－1986)
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│月份 │1 │2 │3 │4 │5 │6 │7 │8 │9 │10│11 │12│
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│總雲量│62│78│83│83│79│81│72│74│69│57│54 │55│
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與香港相比，澳門總雲量較多。根據兩地1951至1980年的氣象紀錄平均，澳門年總雲量為71％，而香港則是65％①。從圖6．1還可以看出，澳門各月總雲量均明顯高於香港。
通常以日平均總雲量小於20％為晴天，日平均總雲量大於80％為陰天。澳門1952至1986年三十五年平均每年有25．5個晴天，158．4個陰天。也就是說，平均每年祇有7％的日子是晴天，有43％的日子是陰天，其餘50％是多雲或少雲。晴天和陰天也有變化（見表6．2）。澳門的晴天冬季為最多，12月至次年2月共有晴天13．9，秋季（9至11月）次之，共有9．5；夏季（6至8月）最少，祇有0．2；春季（3至5月）也不多，不到2天（1．9）。陰天則以春天最多，平均共有55．9天；冬、夏次之，分別有39．2和38．4天；秋天最少，祇有24．9天。
表6.2 澳門各月平均晴天、陰天日數(1952－1986) 天
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│月份│1 │2 │3 │4 │5 │6 │7 │8 │9 │ 10 │11 │12 │
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│晴天│5．5 │2．0 │1．3 │0．5 │0．1 │0．06 │0．06 │0．06 │0．8│3．4│5．3│6．4│
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│陰天│13．1 │17．3 │21．4 │18．8 │15．7 │15．7 │10．5 │12．2 │9．8│7．5│7．6│8．8│
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（二）日照
日照即接受太陽光照射的時間，它取決於緯度及季節。但是，由於地形不同及雲量多寡等因素的影響，實際接受陽光的時間通常比可能的照射時間少。前者稱為實際日照時數（一般簡稱日照時數），由日照計測得；後者稱為可能日照時數（簡稱可照時數），由日出、日沒時間算出。衡量一個地方日照多少，常用實際日照時數及其佔可能日照時數的百分比（叫做日照百分率）表示。
澳門1952至1986年三十五年平均年日照時數為1961．6小時，日照百分率為44％，也就是說全年實際日照時間不到可能日照時間的一半。最多是7月，日照時數242．6小時，日照百分率達59％；最少是3月，日照時數祇有83．6小時，日照百分率僅為22％（見表6．3）。
圖6．1 澳門、香港月平均總雲量比較（1951－1980）
________澳門 _ _ _ _ _ _香港
表6.3 澳門各月日照時數（小時）及日照百分率（％）（1952－1986）
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│月份 │1 │2 │3 │ 4 │5 │6 │7 │8 │ 9 │10 │11 │12 │
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│日│總量│ 144．4 │85.3│83.6│ 101.2│163．3│171．0│242．6│ 211．7 │190．4 │206．6│189．6│171．9│
│照│日 │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │
│時│平 │ 4.7 │3.0 │2.7 │ 3.4 │5．3 │5．7 │ 7.8 │ 6．8 │ 6．4 │ 6.7 │6．3 │5．6 │
│數│均 │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │
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│ 日照 │42 │27 │22 │ 27 │40 │42 │59 │53 │52 │ 57 │57 │51 │
│百分率 │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │
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春季多雲霧，日照時數最少，平均每日有陽光照射的時間祇有3小時左右。其中尤以3月份為最少，不到3小時。夏季白畫時間逐漸延長，而且霧季已過，所以日照時數迅速增加，至7月平均每日多達7．8小時，為全年最高值。以後至秋季和冬初，雖然天氣晴朗，但是白晝時間逐漸縮短，日照時數也隨著逐漸減少。
澳門的日照百分率與香港差不多。從圖6．2可以看出，冬、春季澳門稍低，而夏季則澳門略高。
二、總輻射的年變化
地表水平面上接受的太陽輻射稱為地面太陽總輻射（簡稱太陽總輻射或總輻射），它由直接輻射與散射輻射兩部份組成。太陽輻射穿透地球大氣層直接到達地表面的部份叫做太陽直接輻射（簡稱直接輻射）。太陽輻射進入地球大氣層後，由於大氣的氣體成份以及懸浮於大氣中的雜質對太陽輻射的漫射（或叫散射）作用，太陽輻射的一部份經過大氣散射才到達地表面，這部份太陽輻射叫做天空散射輻射（簡稱散射輻射，或天空輻射）。衡量一個地方接受太陽輻射的多少，一般採用總輻射。它可以用儀器直接測得；有些地方沒有裝設儀器，也可以用計算方法算出。
澳門從1957年開始才有整年的太陽總輻射觀測紀錄，因此本節所用的資料是從1957至1986年共三十年。三十年平均澳門總輻射年總量為5492兆焦／平方米，最高的是1958年，達6453兆焦／平方米，最低的是1970年，祇有5021兆焦／平方米。
澳門太陽總輻射月總量最高值一般出現於7月，也有出現於8、9月，個別年份出現於5、6月。最低值多數出現於2月，其次是3月，也有少數年份出現於12、1月，個別年份則會出現於4月和11月。1957至1986年三十年平均月總量最高是7月，達640兆焦／平方米，最低是2月，僅266兆焦／平方米（見表6.4)。
圖6．2 澳門與香港日照百分率比較（21951－1980）
________澳門 _ _ _ _ _ 香港
表6.4 澳門各月天文輻射（Qa）、總輻射（Q）及其他比值（Q/Qa）
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│月份 │1 │2 │3 │4 │5 │6 │7 │8 │9 │10 │ 11 │12 │
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│ Qa │800 │832 │1063│1133│1224│1198│1227│1188│1066│971 │807 │761 │
│ Q │358 │284 │326 │391 │515 │531 │640 │584 │541 │510 │428 │384 │
│Q／Qa % │45 │34 │31 │35 │42 │44 │52 │49 │51 │53 │53 │51 │
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表6．4中還列出了澳門各月天文輻射月總量，以及總輻射與天文輻射之比值（以百分率表示）。天文輻射就是到達一個地方大氣層上界的太陽輻射，它不受大氣的影響，而祇受天文因素（太陽高度角、可能日照時間等）影響。冬至時太陽高度角最小，可能日照時間也最短，因此12月天文輻射月總量為全年最低值。以後隨著太陽高度角與可能日照時間增加，天文幅射月總量也逐月增加。但是澳門位於北回歸線（北緯23度27分）以南，太陽在夏至日前後兩次經過天頂，也就是說，澳門的太陽高度角不是夏至日最大，而是在5月及7月有兩個最大值。因此，天文輻射月總量也不是6月最大，而是5月和7月均大於6月，形成兩個高峰。
從表6．4可以看出，澳門總輻射月總量最小值的出現月份與天文輻射不同，後者是12月，而前者是2月，這是由於大氣因素影響的緣故。12月天文輻射量雖然比2月小，但是2月的雲量比12月大得多，而日照百分率則比12月小得多（參見表6．1及表6．3），對太陽輻射減弱較大。2月總輻射祇佔天文輻射的34％，而12月則佔51％，所以2月總輻射小於12月。3月的雲量雖然比2月大，日照百分率比2月小，總輻射佔天文輻射的百分比也小於2月，但是3月的天文輻射量比2月大得多，所以總輻射月總量還是3月大於2月。5月天文輻射是全年第二個高峰，但是總輻射則小於6月，這是因為5月日照百分率較小的緣故。
與香港比較，澳門太陽總輻射略小一些，但相差不大。1969年至1978年十年平均的香港總輻射年總量是5421兆焦／平方米②，而澳門則是5392兆焦／平方米，二者相差不到百分之一。兩地總輻射年變化的差異見圖6．3。冬、春季香港總輻射大於澳門，而夏、秋季則澳門稍大於香港、特別是6、7、9三個月。這與兩地日照百分率的差異有關（參見圖6．2）。
圖6．3 澳門、香港總輻射月總量比較（1969－1978）
________澳門 _ _ _ _ _ _香港
三、總輻射的日變化
太陽輻射日變化一般從日出開始逐漸增大，至正午前後達最大值，午後又逐漸減小至日落。圖6．4是1975至1984年十年平均澳門1月、4月、7月和10 月各小時總輻射量的日變化圖。最大值是11至12時，或12至13時，而且這兩個小時的總輻射時總量都差不多，上午和下午的變化相當對稱。1月和4月白天較短，總輻射紀錄從6至7時開始到17至18時共12小時，7月和10月則白天較長，從5至6時開始到18至19時共14小時。1月的最大時總量祇有1．7兆焦／平方米左右；7月則超過2．6兆焦／平方米；4月雲霧多，正午前後的時總量甚至比1月的還要小一些；10月秋高氣爽，最大時總量也高達2．3兆焦／平方米。
了解總輻射在一天之內的集中程度，對於太陽能的利用有很大實際意義。表6．5列出了澳門1月、4月、7月和10月正午前後不同時段的總輻射佔日總量的百分比。太陽總輻射一天的總量大約有四分之一到三分之一集中於正午前後的兩個小時內（即11時至13時），50％至60％集中於正午前後的四個小時內（10時至14時），70％至80％集中於正午前後的六個小時內（9時至15 時）。不同季節的集中程度也略有不同。7月日出較早、日落較遲，因此總輻射的集中程度稍小；而1月白晝最短，所以總輻射的集中程度也最大。當然，這祇是從多年平均的狀況而言，對於具體的某一天，則因天空遮蔽情況及各小時日照百分率的不同而與平均狀況有不同程度的差別。
表6.5 澳門1、4、7、10月各時段總輻射佔日總量的百分比（1975－1984）
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│ │11－13 時 │10－14時│9－15時 │8－16時 │
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│1月 │31. 38 │59．42 │80．96 │94．33 │
│4月 │27．92 │53．34 │74．66 │89．21 │
│7月 │25．82 │49．68 │69．83 │85．39 │
│10月│29．73 │56．17 │77. 37 │91．85 │
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圖6．4 澳門1，4，7，10月總輻射時總量日變化（1975－1984）
________1月 .............. 4月 ＿＿＿＿7月 ·－·－·10月
四、總輻射的多年變化
三十年來（1957至1986）澳門總輻射年總量最大是6453兆焦／平方米（1958年），最小是5021兆焦／平方米（1970），最大值僅為最小值的1．29倍。最大值與最小值之差（1432兆焦／平方米）祇相當於三十年平均值（5492兆焦／平方米）的26．1％。因此，澳門太陽總輻射年總量的年際變化並不大。但是，月總量的年際變化則比較大了（見表6．6）。
表6.6 澳門各月總輻射月總量最大、最小值及其差值與平均值的比較（1957－1986） 兆焦/平方米.月
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│月份 │ 1 │2 │3 │4 │5 │6 │7 │8 │9 │10 │ 11 │12 │
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│最大值 │515 │547 │522 │554 │751 │648 │792 │740 │671 │656 │574 │499 │
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│最小值 │233 │123 │160 │216 │404 │393 │532 │474 │445 │403 │309 │283 │
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│差值 │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │
│——(%) │78．8 │149．3│111.0 │86．5 │67．4 │48.0 │40．6 │44．7 │41．8 │49．6 │61．9 │56．3 │
│平均值 │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │
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從表6．6可以看出，各月總輻射月總量的年際變化均比年總量的大。1月至4月最大值都相當於最小值的兩倍以上，特別是2月、3月更甚。年際變異最大的是2月，最大值相當於最小值的4．5倍，最大值與最小值之差（424兆焦／平方米）比多年平均值（284兆焦／平方米）還要大；3月的年際變異僅次於2月，最大值相當於最小值的3．3倍，最大、最小值之差（362兆焦／平方米）也超過多年平均值（326兆焦／平方米）。2月和3月總輻射年際變異特別大，是由於冬末春初天氣變化較大的緣故。5月至12月總輻射月總量最大值都不到最小值的兩倍，特別是7、8、9三個月，最大值僅相當於最小值的1．5倍左右。年際變異最小的是7月和9月，它們的最大、最小值之差（260和226兆焦／平方米）分別祇相當於年平均值（640和541兆焦／平方米）的40．6％和41．8％。
圖6．5是三十年來澳門太陽總輻射年總量的逐年變化，圖中的橫虛線是三十年平均值。總輻射的逐年變化起伏較大，例如1970至1972年的三年間，從5021兆焦／平方米上升到6083又再度降回5151兆焦／平方米。1970年至1971年一年的上升幅度為1062兆焦／平方米，相當於1970年年總量的五分之一強；1971至1972年一年下降的幅度為932兆焦／平方米，相當於1971年年總量的15％。
圖6.5 澳門總輻射年總量逐年變化（1957—1986）
_ _ _ _ _30年平均值 A-實際年總量； B-9年滑動平均值
雖然逐年起伏大，但從圖6．5A也可以看出總輻射多年變化的一些特點。1964年以前年總量比較大，都在多年平均值以上；從1965至1986年的22年中，則有18年低於多年平均值，祇有4年超過平均值。從圖6．5B的九年滑動平均曲線便可以更清楚地看出多年變化的基本趨勢。總的來說，從五十年代末到六十年代中期，澳門總輻射年總量偏高，六十年代後半期以後則進入偏低期。偏低期中也略有起伏，七十年代中期年總量稍高。
五、總輻射與雲量、日照的關係
雲量與日照百分率是影響到達地表太陽總輻射量多寡的兩個重要因素。一般來說，雲量越大、日照百分率越小，則到達地表的太陽總輻射越小；雲量越小、日照百分率越大，則太陽總輻射量越大。在分析這些關係時，通常用總輻射與天文輻射的比值Q／Qa。而並不單純用總輻射。當天文輻射為一定時，該比值越大，便表示通過大氣層以後到達地表的太陽總輻射量越多，反之亦然。圖6．6及圖6．7分別繪出了澳門歷年各月的Q／Qa值與該月雲量、日照百分率的關係。
從圖6．6和圖6．7可以看到上述關係是非常明顯的。雲量越大，總輻射與天文輻射的比值越小；雲量越小，則該比值越大。但是，同日照百分率的關係則正好相反，日照百分率越大，該比值也越大，反之亦然。也就是說，比值Q／Qa 與雲量呈顯著的負相關關係，而與日照百分率則呈顯著的正相關關係。作者曾用澳門1957至1984年十年共120個月的Q／Qa值和日照百分率進行相關分析，結果發現相關係數很高，達到0．98以上③。這種關係不僅可以用來分析雲量或日照百分率對太陽輻射的減弱，而且還可以用來根據雲量或日照百分率計算太陽總輻射量。
總雲量
圖6.6 澳門Q/Qa值與雲量的關係（1957—1986）
日照百分率
圖6.7 澳門Q/Qa值與日照百分率的關係（1957—1986）
六、散射輻射與直接輻射
太陽總輻射由直接與散射輻射兩部份組成。澳門從七十年代起才有完整的散射輻射連續觀測紀錄，而直接輻射則無總量紀錄，但可以用總輻射總量減去散射輻射總量求出。澳門1972至1986年十五年平均的散射輻射年總量為2558兆焦／平方米，直接輻射為2739兆焦／平方米，分別佔總輻射年總量的48％和52％。十五年來，除了1972年及1982年兩年外，其餘各年的散射輻射量都小於直接輻射年總量。1982年是散輻射年總量最大（2863兆焦／平方米），直接輻射年總量最小（2325兆焦／平方米）的一年，也是散射輻射佔總輻射比重最大（55％）的一年。散射輻射年總量最小的一年是 1972（2072兆焦／平方米），但是直接輻射年總量最大的一年則是1977年（3251兆焦／平方米）。
表6．7列出了1972至1986年十五年平均的各月散射輻射與直接輻射月總量。澳門散射輻射月總量最小是2月，最大是5月。直接輻射月總量則是2月最小，7月最大。直接輻射年變化的輻度较散射輻射大，前者的最大月總量是最小月總量的3．7倍，而后後則衹有1.7倍。
表6．7 澳門各月散射輻射及直接輻射月總量
(1972－1986） 兆焦／平方米·月
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│月份 │1 │2 │3 │4 │5 │6 │7 │8 │9 │10 │11 │12 │
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│散射輻射│175 │158 │198 │239 │269 │266 │236 │250 │225 │206 │172 │164 │
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│直接輻射│170 │108 │206 │121 │226 │270 │394 │315 │292 │276 │242 │219 │
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從表6．7還可以看出，上半年散射輻射月總量大於或稍小於直接輻射，而下半年則比直接輻射小得多。兩者差别最大的是4月和7月，4月散射輻射月總量相當於直接輻射的1．98倍，而7月則直接輻射相當於散射輻射的1．67 倍。差别最小的是 1月和 3月，兩者相差不到 5％。
①Chiu,T.N.& So,C.T.(eds):A Geography of Hong Kong, Oxford University Press, Hong Kong, 1983.
②Leung, C.T. :Solar Energy, Vol. 25, No. 3.1980.
③鄧漢增:《澳門的太陽辐射》，《熱带地理》，7卷1期，1987。
