織金國家基本氣象站環(huán)境變化影響分析

潘徐燕，白 慧，李 霄，吳興洋，龍 俐

(貴州省氣候中心，貴州 貴陽 550002)

織金國家基本氣象站環(huán)境變化影響分析

潘徐燕，白 慧，李 霄，吳興洋，龍 俐

(貴州省氣候中心，貴州 貴陽 550002)

該文對1961—2009年織金站現(xiàn)址的氣溫、降水和風(fēng)速作趨勢突變分析，通過與對比站相同氣象要素比較，分析織金站現(xiàn)址氣象探測環(huán)境的改變對氣象要素的影響，并對其影響進(jìn)行了訂正，同時給出了新址各要素的參考序列。

織金;環(huán)境變化;氣溫;降水;風(fēng)速;影響

1 引言

織金國家基本氣象站始建于1957年12月，位于織金縣北門郊外?，F(xiàn)址為織金縣城關(guān)鎮(zhèn)金北路58 號(區(qū)站號：57805，經(jīng)度：105°46'E，緯度：26°41'N，觀測場海拔高度1 319.3 m，氣壓傳感器感應(yīng)部分海拔高度1 320.8 m)。1958年1月1日正式開始?xì)庀笥^測，目前承擔(dān)著地面氣象觀測、農(nóng)業(yè)氣象觀測和天氣報、補(bǔ)充天氣報、航空報、危險報、重要天氣報、氣象旬(月)報、雨量報等測報任務(wù)。

織金縣氣象站現(xiàn)址開始工作時，四周為農(nóng)田，地勢平坦，視野開闊，土壤質(zhì)地為黃壤土。1979年后，氣象探測環(huán)境逐步遭到破壞，首先是觀測場北面，而后東面、南面和西面相繼建成居民樓。2004年，由于該站擬進(jìn)行整體搬遷，該站對探測環(huán)境的保護(hù)不重視，沒有對四周建筑物進(jìn)行控制，現(xiàn)址周邊逐漸建造起住宅小區(qū)，對觀測場形成包圍，其中6層樓以上的居民樓增多，氣象探測環(huán)境急劇惡化，2007年7月探測環(huán)境評分為59.9分，導(dǎo)致其主要?dú)庀笠氐拇硇允艿接绊憽Ｒ虼朔治隹椊鹫粳F(xiàn)址氣象探測環(huán)境的改變對氣象要素的影響，并對其影響進(jìn)行訂正，同時給出新址各要素的參考序列是遷站的必備工作。

織金站擬遷新址位于織金縣金北社區(qū)下寨諶家大坡，位于現(xiàn)址東北偏北方812 m處，海拔高度1 351.2 m。該地東面為城郊、南面和西面的盆地為織金縣城區(qū)，四周障礙物最大遮擋仰角為9.4°，日出方向的最大遮擋仰角為6.5°，日落方向的最大遮擋仰角為6.2°，周圍無任何人為障礙物，無電磁干擾源，無污染源，地勢平坦且相對較高，視野開闊，符合氣象探測環(huán)境要求。擬遷新址與現(xiàn)址建站初期土壤質(zhì)地、植被以及農(nóng)作物基本一致，處于當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向的上風(fēng)方，四周均為國家基本農(nóng)田，地形地貌能反映本地大范圍的氣候特征，具有良好的代表性。新址與現(xiàn)址在同一氣候區(qū)內(nèi)，資料的代表性、準(zhǔn)確性和比較性將會比現(xiàn)址有很大的改善。

2 現(xiàn)址基本要素變化情況分析

織金站1961—2009年平均氣溫為14.2℃，呈上升趨勢。上升趨勢最為明顯的時段是從20世紀(jì)90年代初至今(圖1)。

圖1 織金站1961—2009年平均氣溫變化圖

織金站1961—2009年平均降水量為1 399.3 mm，略呈下降趨勢。從20世紀(jì)80年代末開始降水量的震蕩頻率變?nèi)?圖2)。

織金站1961—2009年平均風(fēng)速為2.0 m/s，呈明顯下降趨勢，在20世紀(jì)90年代初開始風(fēng)速明顯變小(圖3)。20世紀(jì)90年代開始，由于探測環(huán)境逐漸遭受破壞，風(fēng)速明顯減小。多年間盛行風(fēng)向為NE，頻率為18%。1990開始，觀測環(huán)境北面出現(xiàn)影響探測環(huán)境的建筑物，其盛行風(fēng)以靜風(fēng)居多，次為南風(fēng)，2006年后，觀測環(huán)境西北面又出現(xiàn)新建筑物，對探測環(huán)境的影響更大，此后，該站盛行風(fēng)向變?yōu)镋NE。

3 現(xiàn)址探測環(huán)境小環(huán)境分析

3.1 織金現(xiàn)址氣溫、風(fēng)速的突變分析

從上節(jié)的織金站現(xiàn)址基本要素年變化情況分析中得知，在20世紀(jì)90年代初氣象資料發(fā)生了變化，尤其是氣溫和風(fēng)速。

為了說明這一事實，采用Mann-Kendall非參數(shù)統(tǒng)計檢驗方法(簡記M-K檢驗)［1］，對織金站1961—2009年年平均氣溫進(jìn)行檢驗，以檢驗織金站的年平均氣溫是否發(fā)生突變。如圖4(a)，UF線與UB線在20世紀(jì)90年代末期到21世紀(jì)初相交于信度0.05的臨界值內(nèi);UF線在2004年突破臨界值，并明顯增大，表明氣溫上升趨勢明顯。與上節(jié)分析的氣溫年變化一致，即2004年前后年平均氣溫存在突變。

圖4(b)為織金站的降水量M-K檢驗結(jié)果，UF線和UB線在信度0.05的臨界值內(nèi)有交點，但是UF線沒有突破臨界值，表明降水量的變化不明顯。與上節(jié)分析降水量的年變化一致，變化趨勢不明顯。

圖4(c)為織金站的風(fēng)速M(fèi)-K檢驗結(jié)果，UF線和UB線在1998年相交于信度0.05的臨界值內(nèi);UF線在2001年突破臨界值，并明顯減小，表明風(fēng)速的減小趨勢明顯。與上節(jié)分析的風(fēng)速年變化一致，在21世紀(jì)初前后有突變發(fā)生。

織金站氣溫在突變后比突變前上升了0.6℃，降水量減少了38.3 mm，風(fēng)速減小了0.7m/s。即以上3個要素發(fā)生了較大的變化。初步認(rèn)為是探測環(huán)境被破壞影響了數(shù)據(jù)的代表性。

圖4 織金站1961—2009年年平均氣溫(a)、降水量(b)、風(fēng)速(c)M-K檢驗

3.2 對比站氣溫、風(fēng)速的突變分析(M-K檢驗)

上述變化也可能是因為氣候變化本身影響所致，為了剔除氣候變化影響，進(jìn)一步驗證上述事實，選用周邊臺站的資料進(jìn)行對比分析。對比站挑選的標(biāo)準(zhǔn)是：在現(xiàn)址工作時間較長;現(xiàn)址探測環(huán)境評分較高;與織金站距離較近，海拔高度相差在100 m以內(nèi)，同屬一個氣候區(qū)域內(nèi)。在此標(biāo)準(zhǔn)下挑選了六枝、普定、清鎮(zhèn)國家一般站。上述3個站與織金站水平距離較近，海拔高度相差不到100m，均在一個氣候區(qū)內(nèi)，3個站探測環(huán)境均較好，在現(xiàn)址具有較長的時間序列，對比站的情況如表1。

表1 對比分析臺站基本信息

3.2.1 對比站年平均氣溫的突變對比分析 如圖5，六枝、普定、清鎮(zhèn)站1961—2009年年平均氣溫的M-K檢驗都表明在20世紀(jì)90年代末出現(xiàn)突變，并明顯增大，均在21世紀(jì)初突破0.05檢驗的臨界值。

圖5 六枝站(a)、普定站(b)、清鎮(zhèn)站(c)1961—2009年年平均氣溫M-K檢驗

織金、六枝、普定和清鎮(zhèn)站在1961—2009年期間，氣溫在21世紀(jì)前后，對比增加了0.4～0.7℃。用3個對比站來擬合織金1961—2009年年平均氣溫，得擬合方程 y=0．73+0．31x1+0．11x2+0．51 x3，x1代表六枝，x2代表普定，x3代表清鎮(zhèn)，y代表織金。把2001—2009年六枝、普定和清鎮(zhèn)的年平均氣溫帶入方程，得織金2001—2009年年平均氣溫y=14.6℃，與實際值14.7℃相差0.1℃。

3.2.2 年平均風(fēng)速的突變對比分析 六枝、普定、清鎮(zhèn)站1961—2009年年平均風(fēng)速的M-K檢驗都表明在21世紀(jì)初及以后織金風(fēng)速發(fā)生明顯變小的時期，3個站年平均風(fēng)速均無明顯變化，見圖6。

圖6 六枝站(a)、普定站(b)、清鎮(zhèn)站(c)1961—2009年年平均風(fēng)速M(fèi)-K檢驗

織金、六枝、普定和清鎮(zhèn)站在1961—2009年期間，織金、六枝和清鎮(zhèn)站年平均風(fēng)速在21世紀(jì)后比21世紀(jì)前減小了0.4～0.7m/s;普定站年平均風(fēng)速在21世紀(jì)后比21世紀(jì)前增加了0.3m/s。用3個對比站來擬合織金1961-2009年年平均風(fēng)速，得擬合方程 y=0．14-0．09x1+0．12x2+0．76x3，x1代表六枝，x2代表普定，x3代表清鎮(zhèn)，y代表織金。把2001—2009年六枝、普定和清鎮(zhèn)的年平均風(fēng)速帶入方程，得織金2001—2009年年平均風(fēng)速y=1.7m/s，與實際值2.1 m/s相差0.4 m/s。

通過以上對比分析，織金站與六枝、普定和清鎮(zhèn)站的年平均氣溫、年平均風(fēng)速在21世紀(jì)初出現(xiàn)突變，降水量變化不大。

4站年平均氣溫在21世紀(jì)初呈明顯增暖趨勢，與北半球近10 a氣溫增暖一致，并且用六枝、普定和清鎮(zhèn)3個站氣溫擬合織金氣溫的數(shù)值結(jié)果與觀測值相差較小;表明年平均氣溫應(yīng)受氣候本身變化的影響比臺站現(xiàn)址觀測環(huán)境受到破壞的影響大。

4站年平均風(fēng)速在21世紀(jì)初變化不盡相同，織金站出現(xiàn)明顯的減小趨勢，六枝、普定和清鎮(zhèn)的變化趨勢不明顯;并且用六枝、普定和清鎮(zhèn)3站風(fēng)速擬合織金風(fēng)速的數(shù)值與觀測值相差較大;表明該站現(xiàn)址平均風(fēng)速受觀測環(huán)境被破壞的影響比受氣候本身變化的影響大。

4 新址參考序列

利用3個參考站資料，采用反距離加權(quán)空間插值法，對織金新址的氣溫、降水、風(fēng)速進(jìn)行插值。

根據(jù)所選3個參考臺站與織金新址空間位置關(guān)系得到新址各要素的插值公式為：

將1961—2009年3個參考站逐年氣溫、降水量、風(fēng)速資料代入上式，得到新址插值后的年平均氣溫、年降水總量和年平均風(fēng)速資料。以下對新址資料與現(xiàn)址資料的這3個要素進(jìn)行分析。

從氣溫序列上看(圖7)，1961—2000年新址插值曲線與現(xiàn)址實測值基本吻合，2001年以后，現(xiàn)址溫度明顯升高，與北半球近10 a氣溫增暖一致。而擬遷新址位于遠(yuǎn)郊，遠(yuǎn)離城區(qū)，受城市熱島效應(yīng)影響小，氣溫將比現(xiàn)址偏低。對比 1961—2000與2001—2009年二者的差值，將插值結(jié)果進(jìn)行訂正，得到新址對現(xiàn)址訂正幅度為-0.1℃(表2)。

新址與現(xiàn)址年降水量變化較為一致，新址啟用后對年降水量影響不大(圖略)。

從現(xiàn)址與新址年平均風(fēng)速變化對比圖來看，新址由于對風(fēng)的遮擋小，新址風(fēng)速將有所增大(圖8)。新址年均風(fēng)速較舊址將增大0.5m/s。

從表2看兩者二個要素相關(guān)系數(shù)通過了0.01的信度檢驗。

5 結(jié)論

①1961—2009年織金站現(xiàn)址的氣溫、降水和風(fēng)速作趨勢突變分析得到，在20世紀(jì)90年代初年平均風(fēng)速發(fā)生顯著突變，并減小;在21世紀(jì)初年平均氣溫發(fā)生顯著突變，并增暖;降水突變趨勢不明顯。選取六枝、普定和清鎮(zhèn)站為對比站對織金突變后的氣溫和風(fēng)速進(jìn)行擬合，得到織金現(xiàn)址氣溫的突變受氣候本身變化的影響較大;織金現(xiàn)址的風(fēng)速突變受探測環(huán)境改變的影響較大。

表2 織金站現(xiàn)址和新址對比分析

②通過與六枝、普定、清鎮(zhèn)3個參考站的對比，從2001后織金站氣溫升幅偏高，在資料使用上建議年平均氣溫訂正值為-0.1℃;從2001年開始，風(fēng)速偏小，建議在資料使用上，年平均風(fēng)速訂正值為+0.5m/s;對雨量影響不大，不進(jìn)行訂正。

③擬遷新址位于貴州省織金縣金北社區(qū)下寨諶家大坡，位于現(xiàn)址東北偏北方812 m處，該地遠(yuǎn)離城區(qū)，地勢平坦且相對較高，視野開闊，處于該市主導(dǎo)風(fēng)向的上風(fēng)方，四周均為國家基本農(nóng)田，土壤性質(zhì)為沙壤土，地形地貌能反映本地大范圍的氣候特征。新址周邊沒有對氣象探測有影響的源體，與現(xiàn)址在同一氣候區(qū)內(nèi)，資料的代表性、準(zhǔn)確性和比較性將比原址有很大的改善。

④擬遷新址與最近基本站—黔西站間距為現(xiàn)址與黔西站間距的98.9%，滿足國家局要求與周邊國家基本氣象站的最小間距大于現(xiàn)址的85%的原則。故新址對現(xiàn)址環(huán)境被破壞前的資料具有很好的延續(xù)性。能夠滿足國家、區(qū)域以及本省氣候評估業(yè)務(wù)、氣候預(yù)測業(yè)務(wù)、天氣預(yù)報(包括數(shù)值天氣預(yù)報)、災(zāi)害性天氣監(jiān)測預(yù)警和決策服務(wù)的需要。

［1］ 魏鳳英.現(xiàn)代氣候統(tǒng)計診斷與預(yù)測技術(shù)［M］.北京：氣象出版社，2007.

［2］ 黃嘉佑.氣象統(tǒng)計分析與預(yù)報方法［M］.北京：氣象出版社，2004.

P411

B

1003-6598(2011)02-0033-04

2011-01-17

潘徐燕(1965-)，女(侗族)，工程師，主要從事氣候應(yīng)用工作。