建立和審核氣象臺站歷史沿革的技術(shù)方法

吳興洋，潘徐燕，周成霞

(貴州省氣候中心，貴州 貴陽 550002)

建立和審核氣象臺站歷史沿革的技術(shù)方法

吳興洋，潘徐燕，周成霞

(貴州省氣候中心，貴州 貴陽 550002)

總結(jié)應(yīng)用氣象觀測記錄薄、地面氣象記錄月報表及信息化A文件，準(zhǔn)確、完整地建立和審核一個氣象臺站歷史沿革數(shù)據(jù)文件時的技術(shù)方法。提出了應(yīng)用分析氣象資料的連續(xù)性方法，考證臺站環(huán)境變化、海拔高度這些對氣象觀測數(shù)據(jù)的代表性、比較性、準(zhǔn)確性影響最大的臺站歷史沿革信息的正確性，并發(fā)現(xiàn)有些氣象臺站早期的海撥高度數(shù)據(jù)有誤。在建立貴州省解放前所建氣象臺站的歷史沿革數(shù)據(jù)文件的過程中，面對一些臺站該時期氣象記錄本的陳舊和腐損，提出須盡快完成解放前所建氣象臺站氣象觀測記錄的信息化和拯救工作，為氣候變化研究提供長序列氣象觀測數(shù)據(jù)。

建立;審核;氣象臺站;歷史沿革

1 引言

人們認(rèn)知?dú)夂蜃兓远ㄐ跃佣?，定量描述氣候變化，必須用長時間序列的氣象觀測數(shù)據(jù)。一個氣象觀測數(shù)據(jù)與觀測站地理位置、地理環(huán)境、觀測員、觀測儀器及其安裝、觀測方法、資料處理方法和觀測時間相關(guān)。觀測場地的特征會因其附近樹木生長、建筑物的修建等隨時間而變化，臺站地理位置時有變動，傳感器因技術(shù)革新而改進(jìn)，資料處理方法和算法、觀測儀器安裝高度不會一成不變。因此，理想意義上的長時間氣象觀測數(shù)據(jù)序列是不存在的。應(yīng)用氣象資料時，必須考查其取得的過程：即數(shù)據(jù)取得的觀測環(huán)境、觀測儀器、數(shù)據(jù)處理方法等。定量分析氣候變化必須對氣象資料非均一性序列進(jìn)行檢驗和訂正，訂正的依據(jù)與上述因子相關(guān)。氣象臺站歷史沿革文件作為臺站氣象觀測記錄的附件，完整記錄了這些內(nèi)容。可見，氣象資料與氣象臺站歷史沿革文件是緊密聯(lián)系的，氣象臺站歷史沿革文件自然成為氣象資料共享的必備文件，且氣象臺站歷史沿革文件必須保證這些內(nèi)容及改變的節(jié)點(diǎn)信息準(zhǔn)確無誤。世界氣象組織在“氣候資料管理系統(tǒng)”和“氣候資料通報系統(tǒng)”及“全球氣候觀測系統(tǒng)”方面，都要求相關(guān)的臺站提供沿革方面的內(nèi)容。因此，研究建立氣象臺站歷史沿革文件的相關(guān)技術(shù)，保證氣象臺站歷史沿革文件各項內(nèi)容的真實性具有重要的現(xiàn)實意義和歷史價值。本文闡述了通過查閱地面氣象觀測記錄薄(氣薄—1)、地面氣象記錄月報表(氣表—1)及信息化A文件(貴州省解放前氣象資料未信息化，有關(guān)信息須到檔案館查證)來校準(zhǔn)氣象要素元數(shù)據(jù)序列的起止時間，用分析氣象要素觀測數(shù)據(jù)序列的連續(xù)性來判定氣象觀測站遷移、環(huán)境變化的時間段等做好氣象臺站歷史沿革文件的技術(shù)方法。

2 氣象臺站歷史沿革信息的基本內(nèi)容

我國氣象臺站歷史沿革行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了我國氣象臺站歷史沿革內(nèi)容，主要包括臺站標(biāo)識、站址、地理環(huán)境、觀測任務(wù)、方法、時間、儀器及各類氣象數(shù)據(jù)記錄載體等內(nèi)容的變動情況記錄。主要內(nèi)容有：①臺站名稱、編號(區(qū)站號、檔案號)、級別、隸屬管理部門及其變動。②臺站站址經(jīng)緯度、海拔高度、地名、地理環(huán)境及其變動。③臺站觀測要素及其變動。④臺站使用觀測儀器、儀器安裝及其變動。⑤臺站觀測時制、觀測時間、觀測次數(shù)、守班情況及其變動。⑥臺站觀測資料記錄載體及其變動。⑦臺站使用觀測規(guī)范及其變動。⑧其他有關(guān)信息：記錄中斷觀測的原因，與臺站工作和觀測記錄結(jié)果的有關(guān)事項說明。

由氣象臺站歷史沿革內(nèi)容看出，它必然成為氣象資料交換和共享的元數(shù)據(jù)，其客觀特征要求每項數(shù)據(jù)具有準(zhǔn)確性、連續(xù)性。做好一個氣象臺站的歷史沿革文件，關(guān)鍵是全面完整、準(zhǔn)確有序地建立上述各項元數(shù)據(jù)序列，對每個元數(shù)據(jù)序列變化跳變、中斷的節(jié)點(diǎn)要準(zhǔn)確描述。

氣象觀測記錄薄、基本地面氣象記錄月報表(氣表—1)及信息化的A文件記錄記載有除觀測規(guī)范、觀測方法之外的氣象要素記錄及觀測儀器等臺站信息，它就成為校準(zhǔn)所建臺站歷史沿革文件的資料庫之一。因此，在對一個氣象臺站的歷史沿革文件進(jìn)行建撤站時間、要素增減時間、內(nèi)部各項目(如要素記錄與儀器起用須同步)的一致性審核時，用氣象觀測記錄薄、基本地面氣象記錄月報表(氣表—1)及信息化A文件進(jìn)行核準(zhǔn)是方便準(zhǔn)確的。核對各類自記觀測項目，以氣象檔案館清理保存的各氣象要素自記紙為依據(jù)。對于臺站遷移時間不明確的，可從氣象要素序列觀測記錄如氣壓序列的跳變時間來判定，一些比較大的障礙物在觀測站附近出現(xiàn)的時間可從風(fēng)或是日照時數(shù)的變化來大致判定。我們以具體審核臺站歷史沿革數(shù)據(jù)文件為例來說明上述技術(shù)。

3 建立和審核氣象臺站歷史沿革文件的技術(shù)方法

氣象臺站歷史沿革的內(nèi)容項目多。下面分別闡述建立和審核臺站歷史沿革文件各項內(nèi)容的方法。

3.1 臺站標(biāo)識部分要注意臺站的建站時間、區(qū)站號的互換及業(yè)務(wù)改變

在審查臺站歷史沿革文件時，發(fā)現(xiàn)解放后所建部分氣象臺站的建站時間與地面氣象觀測記錄薄(氣薄—1)不符，究其原因是一些臺站以地方志和氣象史志記錄為依據(jù)，而不是以相對連續(xù)的氣象觀測記錄為依據(jù)，我們認(rèn)為應(yīng)以地面氣象觀測記錄薄(氣薄—1)記錄的起始時間作為臺站的建站時間。

由于不同級別的氣象觀測站其業(yè)務(wù)、觀測時次、觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量有差別，一定要注意兩個氣象觀測站區(qū)站號互換及業(yè)務(wù)改變的準(zhǔn)確時間。如貴州省的57713(遵義)站和57712(遵義匯川)站，因57713站觀測環(huán)境發(fā)生改變，2007年1月1日起，57713、57712站觀測業(yè)務(wù)互換，但兩站建站時間分別是1941年(遵義)和2005年(遵義匯川)，短期和前期氣候研究，必然用57713站的氣象資料，中長期氣候變化預(yù)測，則會用到兩站資料，其資料序列要進(jìn)行非均一性訂正。

3.2 考查氣象要素連續(xù)性，核實臺站地理位置的變動及環(huán)境變化

臺站地理位置的真實變動是指站址發(fā)生了遷移，導(dǎo)致臺站海拔高度改變和臺站觀測環(huán)境改變，而非測量方法不同引起臺站的經(jīng)緯度、拔海高度數(shù)據(jù)改變了，實際上臺站位置沒有發(fā)生變動。前者將引起氣象觀測要素數(shù)據(jù)跳變，后者則不會，這些跳變點(diǎn)可以通過A文件或地面氣象觀測記錄薄準(zhǔn)確查證。因測量方法不同引起臺站的經(jīng)緯度、拔海高度數(shù)據(jù)改變了，實際上臺站位置沒有發(fā)生變動的情況在貴州省比較多，原因是在1965年4月1日，貴州省氣象局對全省氣象觀測站的經(jīng)緯度用地圖標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了統(tǒng)一。如三穗國家基準(zhǔn)氣象站(57832)在1964-06-01—1999-12-31期間，站址未變動，地址是三穗縣府政街高田砍。1965年4月1日前其經(jīng)緯度、拔海高度分別為2658N、10841E、610.5 m，1965-04-01—1999-12-31其經(jīng)緯度、拔海高度變成了2658N、10840E、610.5 m，查閱其臺站位置變動05項，內(nèi)容如下：

表明在應(yīng)用這類站點(diǎn)的氣象要素資料，對其進(jìn)行均一性訂正時，需要考慮的應(yīng)是臺站周圍環(huán)境變化、儀器安裝、觀測時間及處理方法等因素。

臺站觀測環(huán)境周圍障礙物的出現(xiàn)與消失，當(dāng)沒有詳細(xì)真實的記錄時，要把握其準(zhǔn)確的時間很難，只有通過一些敏感氣象要素如風(fēng)、溫度、日照時數(shù)的月均值、年均值序列的連續(xù)性分析來大致定位其時間段。以關(guān)嶺國家一般氣象站(57903)風(fēng)速年均值序列和岑鞏國家一般氣象站(57735)氣壓年均值序列的連續(xù)性分析來闡述這種技術(shù)。

圖1是關(guān)嶺國家一般氣象站1971—2008年為期38 a的風(fēng)速年均值序列變化圖，從圖中可看出，2003年起，該站風(fēng)速年均值發(fā)生了轉(zhuǎn)折，出現(xiàn)了不連續(xù)現(xiàn)象，與前期相比，有所減小，可判定該站觀測場周圍環(huán)境從此出現(xiàn)了較大的障礙物。事實是2003年10月起，該站觀測場西面新修了辦公樓，成為對該站氣象要素影響較大的障礙物。2009年中國氣象局綜合觀測司已批準(zhǔn)該站因觀測環(huán)境變化導(dǎo)致其氣象要素資料不具備代表性搬遷，該站已于2009年12月31日20時在新址正式開展氣象觀測業(yè)務(wù)工作。

圖2是貴州省岑鞏國家一般氣象站(57735)1964—2008年的氣壓年均值序列變化圖，從圖中可看出，2002—2003年、2005—2006年出現(xiàn)了不連續(xù)，可推斷其間站址變動，或是氣壓儀器安裝高度有變化，對比該站歷史沿革的05項，氣壓改變與臺站遷移的時間是一致的，但該站氣壓值與高度值在2003年前后有矛盾之處。1964—2003年，岑鞏站的氣壓平均值為965.6 hPa，氣壓表安裝高度為380.9 m，2003—2005年，岑鞏站的氣壓平均值為968.6 hPa，氣壓表安裝高度為396.5 m，2006—2008年，岑鞏站的氣壓平均值為967.1 hPa，氣壓表安裝高度為405.3 m，可判斷該站自建站至2002年，岑鞏站的海拔高度數(shù)據(jù)有誤，推算其高度值在415 m左右，這再次說明氣象要素序列的連續(xù)性分析是審核臺站歷史沿革文件的一種重要技術(shù)。

3.3 觀測要素和儀器、時制、規(guī)范要參考全省和全國同期建站記錄

解放后全國建立的地面氣象觀測站，無論是觀測要素還是觀測儀器，甚至觀測規(guī)范在各地的起用時間都有變化，但總體上同期建站的上述內(nèi)容還是比較統(tǒng)一的。比如建國以來的60年間，我國地面氣象觀測規(guī)范大的版本有5 次，即 1951、1954、1961、1979、2003年版，1961年前還有一些小變動，且1961年前的版次各站執(zhí)行時間不一。氣溫表的安裝高度1953年以前為1.5m，1954—1960年改為2.0 m ，1961年以后又改為1.5 m。貴州省使用過的觀測時制有3種，經(jīng)歷過4次變動。建國后主要有2次變動，分別是1954年1月1日—1960年7月31日，使用臺站經(jīng)度的地方平均太陽時;1960-08-01日至今，恢復(fù)使用北京時;建國前的1939年1月1日至1953年12月31日，使用105°E的隴蜀時。觀測要素除一些特種觀測項目在少數(shù)站開展外，基本的地面觀測項目區(qū)別不大，但地溫、自記風(fēng)、電線結(jié)冰、雪壓、實測云高、地面狀態(tài)、草面溫度、蒸發(fā)量觀測的起、撤時間變化很大，須用地面氣象觀測記錄薄(氣薄—1)核準(zhǔn)。觀測儀器項的變化較多，更兼文革時期的混亂，只能多方面查找對比。溫、壓、濕、降水量的自記觀測，要查證檔案館保存的各要素自記紙，做到準(zhǔn)確無誤。但觀測儀器變動對觀測記錄均一性有影響，主要反映在因儀器換型造成觀測記錄的不連續(xù)性。因此，對不同廠家、不同規(guī)格、不同感應(yīng)元件的觀測儀器的變動，要力求準(zhǔn)確。

在查閱貴州省建國前保存的氣象觀測記錄本時，發(fā)現(xiàn)那時因物資匱乏，一些站如國家基本站—思南(57731)的記錄本是用棉紙手工縫制的，鉛筆印記已模糊不清，應(yīng)盡快拯救和信息化。

4 小結(jié)

本文主要提出了用分析氣象要素均值序列的連續(xù)性，審核氣象臺站歷史沿革文件中對各氣象要素資料均一性影響較大的項目：包括臺站遷移、觀測環(huán)境、海拔高度的變化等內(nèi)容的一種判定方法;討論了通過查閱地面氣象觀測記錄薄(氣薄—1)、基本地面氣象記錄月報表(氣表—1)及信息化A文件來建立氣象臺站歷史沿革文件的基本方法;對貴州省地面氣象觀測站觀測要素、儀器、觀測規(guī)范的起用和終止時間，參閱了全國同期氣象觀測規(guī)范的頒發(fā)和起用時間及儀器生產(chǎn)廠家的歷史，盡量保正各臺站歷史沿革文件的真實性和可靠性。在建立氣象臺站歷史沿革數(shù)據(jù)文件的過程中，發(fā)現(xiàn)解放前的有些氣象記錄本近乎達(dá)到了極限拯救期，提出為氣候變化研究提供長序列氣象觀測數(shù)據(jù)，應(yīng)盡快做好這些資料的信息化和保護(hù)工作。

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P413

B

1003-6598(2011)02-0050-03

2010-10-12

吳興洋(1966-)，男，高工，主要從事資料審核、資料評估工作。