我國(guó)西北干燥區(qū)地面氣象站觀測(cè)環(huán)境代表性思考

任國(guó)玉，任玉玉，張穎嫻，張?zhí)鳎瑥埶箭R，薛曉穎，葉殿秀，頡衛(wèi)華，，吳秀蘭，曹 華，農(nóng)麗娟

（1.國(guó)家氣候中心，氣候研究開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，北京 100081；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)環(huán)境學(xué)院大氣科學(xué)系，湖北 武漢 430074；3.新疆氣候中心，新疆 烏魯木齊 830002；4.酒泉市氣象局，甘肅 酒泉 736299）

全球和區(qū)域氣候變化監(jiān)測(cè)及研究要求高質(zhì)量的氣候觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)和歷史、實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)。但是，目前的中國(guó)和全球氣候觀測(cè)系統(tǒng)，以及建立在這些系統(tǒng)基礎(chǔ)上的歷史和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，還存在諸多問(wèn)題[1]。這些問(wèn)題主要包括觀測(cè)站網(wǎng)的空間覆蓋度不足，大部分地區(qū)早期觀測(cè)數(shù)據(jù)缺乏，多數(shù)現(xiàn)有站點(diǎn)對(duì)區(qū)域氣候和大尺度氣候變化的代表性欠缺，以及頻繁遷站和更換儀器等引起的歷史數(shù)據(jù)非均一性等[2]。上述問(wèn)題是造成地面氣候變化監(jiān)測(cè)與研究結(jié)論不確定性的主要原因。

就站點(diǎn)歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)大尺度氣候變化特征描述的代表性而言，目前人們十分關(guān)注地面氣溫序列中的城市化影響偏差。采用客觀方法確定參考站網(wǎng)的研究證實(shí)，在中國(guó)大陸各類國(guó)家級(jí)臺(tái)站過(guò)去幾十年的地面氣溫資料序列中，存在明顯的城市化影響正偏差，即包含著顯著的局地人為變暖偏差[3-6]。但是，在先前的研究中也發(fā)現(xiàn)，在我國(guó)西北干燥區(qū)城市化對(duì)國(guó)家站和城市站地面氣溫序列影響偏差存在明顯的特殊性，即：城市化過(guò)程不僅沒(méi)有造成城市臺(tái)站地面氣溫上升，反而引起年和暖季平均氣溫下降，與國(guó)內(nèi)其他地區(qū)絕大部分臺(tái)站截然不同[3，7]。這一現(xiàn)象在河西走廊和北疆地區(qū)尤為明顯。在上述文獻(xiàn)中，對(duì)這一特殊現(xiàn)象做過(guò)初步討論，但對(duì)其具體原因，還缺乏第一手資料和深入分析。

針對(duì)研究中發(fā)現(xiàn)的這一異?，F(xiàn)象，以及其他相關(guān)研究中揭示出的地面觀測(cè)站代表性及資料序列質(zhì)量和非均一性問(wèn)題，2021 年6 月26 日—7 月4 日，對(duì)河西走廊和北疆地區(qū)部分氣象站進(jìn)行了實(shí)地考察，包括在早期研究中發(fā)現(xiàn)地面氣溫序列中城市化影響出現(xiàn)負(fù)值的臺(tái)站，調(diào)查評(píng)價(jià)了臺(tái)站沿革、觀測(cè)場(chǎng)周圍環(huán)境變化以及自動(dòng)與人工觀測(cè)數(shù)據(jù)的一致性等問(wèn)題。此次考察調(diào)研共走訪9 個(gè)站，包括5 個(gè)國(guó)家基準(zhǔn)氣候站，3 個(gè)國(guó)家基本氣象站，1 個(gè)國(guó)家一般氣象站。

本次考察調(diào)研增進(jìn)了對(duì)我國(guó)西北干燥區(qū)部分基層觀測(cè)站局地環(huán)境、觀測(cè)環(huán)境時(shí)間演化過(guò)程以及自動(dòng)觀測(cè)與人工值守觀測(cè)差異的了解，初步解答了過(guò)去在氣候變化研究中遇到的若干疑惑，提出了對(duì)我國(guó)新一代地面觀測(cè)系統(tǒng)及氣候變化監(jiān)測(cè)、研究中存在問(wèn)題的進(jìn)一步思考。

1 臺(tái)站觀測(cè)環(huán)境及其變化

此次調(diào)研重點(diǎn)在于了解當(dāng)前和過(guò)去觀測(cè)場(chǎng)周圍環(huán)境情況，以及過(guò)去站址周邊環(huán)境隨時(shí)間演化情況，為理解不同級(jí)別國(guó)家站周圍多個(gè)空間尺度上環(huán)境演化及其對(duì)觀測(cè)記錄影響提供第一手資料。

1.1 國(guó)家基準(zhǔn)氣候站

1.1.1 酒泉站

1934 年建站，但早期觀測(cè)記錄缺失或不連續(xù)，需進(jìn)一步發(fā)掘和數(shù)字化。1957 年7 月1 日至今，觀測(cè)場(chǎng)坐落于酒泉市果園鄉(xiāng)小壩溝村（鄉(xiāng)村）。該站位于甘肅河西走廊酒泉市郊區(qū)，遠(yuǎn)離市中心，周邊多為農(nóng)田，臨近的道路交通流量不大，觀測(cè)環(huán)境總體較好（圖1）。觀測(cè)場(chǎng)北側(cè)約80 m 為辦公室，1982 年建成，為1 層建筑。辦公用房位于冬季盛行風(fēng)上風(fēng)向，且距觀測(cè)場(chǎng)較近，根據(jù)對(duì)其他地區(qū)觀測(cè)場(chǎng)附近微環(huán)境影響的對(duì)比分析[8]，判斷其對(duì)地面氣溫等要素觀測(cè)可能具有一定影響，需要今后進(jìn)一步評(píng)估。觀測(cè)場(chǎng)外周邊的裸地，已灌溉種植植物。

2003 年1 月1 日起自動(dòng)氣象站投入業(yè)務(wù)運(yùn)行。2003 年9 月沙塵暴觀測(cè)場(chǎng)建成投入使用。2014 年采用自動(dòng)儀器代替人工觀測(cè)能見(jiàn)度，記錄到2014 年至今沙塵暴次數(shù)明顯減少；基層觀測(cè)人員反映，記錄的沙塵暴頻次減少，可能同儀器自動(dòng)判別方法存在局限性有關(guān)。

1.1.2 敦煌站

1951 年建站于縣政府東花廳，1954 年1 月1 日遷至敦煌市東城門(mén)外山危鄉(xiāng)西河槽子鄉(xiāng)村。敦煌自1937 年4 月28 日有地面氣象觀測(cè)，但早期資料缺失，需發(fā)掘和數(shù)字化。該站1987 年前為國(guó)家基本站，后升級(jí)為國(guó)家基準(zhǔn)氣候站。

目前，敦煌站西北側(cè)100 m 左右為氣象辦公樓，2015 年建成；西北方向更遠(yuǎn)處可見(jiàn)7～8 層居民樓，在2010 年前后建成；南邊正在建設(shè)新的高層建筑。和酒泉站一樣，觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)保持與區(qū)域自然荒漠植被景觀一致，但觀測(cè)場(chǎng)周圍種植大面積喬木和草本植物，顯示出綠洲特征。2021 年觀測(cè)場(chǎng)外植被覆蓋面積仍有增加。

2001 年建成自動(dòng)氣象站，2003 年1 月1 日自動(dòng)站投入業(yè)務(wù)運(yùn)行，承擔(dān)二級(jí)輻射、酸雨和沙塵暴觀測(cè)任務(wù)。以前臺(tái)站所在地為戈壁灘，由于城市發(fā)展，目前觀測(cè)場(chǎng)周圍建有居民區(qū)，但100 m 內(nèi)仍較為空曠。2014 年采用自動(dòng)儀器代替人工觀測(cè)能見(jiàn)度，沙塵暴日數(shù)自2014 年明顯偏少，霧霾日數(shù)增多，可能也同儀器測(cè)量自動(dòng)判別標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)。

1.1.3 烏蘭烏蘇站

烏蘭烏蘇站1953 年建成運(yùn)行，位于天山北麓干燥區(qū)農(nóng)業(yè)綠洲內(nèi)，承擔(dān)多項(xiàng)農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)，觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)保持自然荒漠景觀條件，周邊均為各類農(nóng)業(yè)試驗(yàn)田。觀測(cè)場(chǎng)周圍無(wú)高大建筑，對(duì)綠洲氣候觀測(cè)來(lái)說(shuō)環(huán)境總體良好。

1.1.4 烏蘇站

1953 年建站。1996 年至今位于烏蘇市友好路，屬于市中心地帶，周邊為軍隊(duì)駐地，北側(cè)100 m 建有多棟5 層和1 層（平房）建筑，多為20 世紀(jì)90 年代建成；東南側(cè)100 m 外有軍隊(duì)訓(xùn)練設(shè)施，東側(cè)100 m 外有部分1 層建筑；在觀測(cè)場(chǎng)附近的西北方向，2009 年前為戈壁荒漠自然景觀，如今已建為公園 ；2016 年烏蘇站對(duì)觀測(cè)場(chǎng)進(jìn)行改造，增加了綠植（圖2）。烏蘇市于2009 年設(shè)立開(kāi)發(fā)區(qū)，城市綠化提速，植被覆蓋面積增大。

圖2 烏蘇國(guó)家基準(zhǔn)氣候站周邊環(huán)境（N 為北向，NE 為東北向，E 為東向，SE 為東南向，S 為南向，SW 為西南向，W 為西向，NW 為西北向）

1.1.5 阿勒泰站

建站于1954 年，觀測(cè)場(chǎng)位于承化阿魏灘；1975年11 月1 日遷至阿勒泰市“阿魏灘、機(jī)場(chǎng)”（距原址600 m）。1990 年前后，在觀測(cè)場(chǎng)北側(cè)100 m 左右建成2 層辦公建筑。該站處于機(jī)場(chǎng)管制區(qū)，周邊開(kāi)發(fā)受限，始終保持相對(duì)良好的觀測(cè)環(huán)境（圖3）。2003 年9月開(kāi)始運(yùn)行自動(dòng)氣象站觀測(cè)。

圖3 阿勒泰國(guó)家基準(zhǔn)氣候站周邊環(huán)境（N 為北向，NE 為東北向，E 為東向，SE 為東南向，S 為南向，SW 為西南向，W 為西向，NW 為西北向）

阿勒泰氣象站遠(yuǎn)離市中心，觀測(cè)環(huán)境的代表性較好，建站以來(lái)其觀測(cè)環(huán)境沒(méi)有太大改變，遷站只有1 次，且遷站距離短（<1 km），根據(jù)其他臺(tái)站氣溫資料均一性研究經(jīng)驗(yàn)，初步判斷其對(duì)氣溫等敏感要素觀測(cè)記錄連續(xù)性影響不大。但是，數(shù)百米外生長(zhǎng)有小片自然（間歇性河流河床）喬木林，與本底環(huán)境條件下的半荒漠植被不同。

1.2 其他國(guó)家級(jí)氣象站

1.2.1 烏魯木齊站

國(guó)家基本氣象站。1960 年11 月1 日由烏魯木齊市老滿城地段遷至西郊小地窩堡民航機(jī)場(chǎng)；1976年1 月1 日由小地窩堡民航機(jī)場(chǎng)遷至烏魯木齊市幸福路27 號(hào) ；2000 年1 月1 日遷到建國(guó)路97 號(hào)。

該站目前位于烏魯木齊市區(qū)一低矮的臺(tái)地上，周邊建筑較多（圖4），計(jì)劃近期再次搬遷。觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)近自然半荒漠植被，但觀測(cè)場(chǎng)周圍綠化和建筑面積大。

圖4 烏魯木齊國(guó)家基本氣象站周邊環(huán)境（N 為北向，NE 為東北向，E 為東向，SE 為東南向，S 為南向，SW 為西南向，W 為西向，NW 為西北向）

2003 年1 月1 日自動(dòng)氣象站正式投入業(yè)務(wù)試運(yùn)行 ；2003 年1 月增加沙塵暴B 類站預(yù)警觀測(cè) ；2005 年7 月新增土壤濕度自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備。

1.2.2 福海站

國(guó)家基本氣象站。1957 年建站于福?？h城“東北郊外”；1978 年1 月1 日遷至縣城“東郊”；1994 年10 月1 日從“東郊”遷到人民東路325 號(hào) ；2016 年遷至縣城“西郊”。2016 年遷址后，人民東路老站改為三要素自動(dòng)站，并根據(jù)道路施工需要向北推進(jìn)了30 m，2020 年底該自動(dòng)站周邊開(kāi)始有加油站等基礎(chǔ)設(shè)施，西側(cè)在1990 年左右建成4～5 層建筑，2010 年后周邊開(kāi)始大規(guī)模建設(shè)，已建成體育場(chǎng)、市民活動(dòng)中心等設(shè)施?！拔鹘肌毙抡局分苓叚h(huán)境與阿勒泰站相近，觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)保持地帶性半荒漠狀態(tài)，但外側(cè)有較濃密植被。

福海站在2010 年前曾被選為參考?xì)鉁卣綶9]，用于評(píng)估附近其他臺(tái)站城市化對(duì)地面氣溫變化趨勢(shì)估算的影響。當(dāng)時(shí)周邊2 km 范圍內(nèi)建成區(qū)面積比例尚小，但后來(lái)觀測(cè)環(huán)境逐漸惡化，最后一次遷站前的觀測(cè)點(diǎn)附近，本身已受到較明顯城鎮(zhèn)化影響[10]。

1.2.3 富蘊(yùn)站

國(guó)家基本氣象站。1955 年建站于可可托海三道橋；1961 年1 月1 日遷至縣城二次河新城“西郊外”；1979 年1 月1 日遷至縣城“西郊”，遷站原因是舊站址靠近河道，受洪澇影響較大；1985 年再度遷至富蘊(yùn)縣西大街市區(qū)，2011 年起在觀測(cè)場(chǎng)周邊建成多棟7 層建筑（圖5a） ；2017 年1 月1 日遷至額爾齊斯鎮(zhèn)錦繡路22 號(hào)（圖5b）。可可托海三道橋和二次河新城西郊外2 個(gè)位置，目前已無(wú)觀測(cè)設(shè)施，縣城西大街市區(qū)目前保留自動(dòng)站觀測(cè)。

圖5 富蘊(yùn)縣氣象觀測(cè)場(chǎng)2017 年遷站前周邊環(huán)境（a，西大街市區(qū)，東北向）和富蘊(yùn)縣國(guó)家基本氣象站2017 年遷站后（當(dāng)前）周邊環(huán)境（b，額爾齊斯鎮(zhèn)錦繡路22 號(hào)）（N 為北向，NE 為東北向，E 為東向，SE 為東南向，S 為南向，SW 為西南向，W 為西向，NW 為西北向）

2003 年9 月開(kāi)始安裝自動(dòng)觀測(cè)儀器 ；2004 年1月1 日自動(dòng)站正式運(yùn)行。目前站址位于郊區(qū)，周邊環(huán)境較為空曠，無(wú)高大建筑群和耕地，受附近人為活動(dòng)影響弱。站址三面環(huán)山，視野開(kāi)闊，不論是觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)部，還是外部可視范圍內(nèi)，植被和地表覆蓋大體一致，較好地代表了半荒漠和荒漠山麓自然景觀。

1.2.4 石河子站

國(guó)家一般氣象站。始建于1952 年，1954 年遷至石河子農(nóng)業(yè)研究院院內(nèi)。目前觀測(cè)場(chǎng)周圍為農(nóng)業(yè)耕地和教學(xué)居民區(qū)。1990 年前后在石河子氣象站和烏蘭烏蘇氣象站之間建有發(fā)電廠，是否對(duì)地面觀測(cè)帶來(lái)一定影響，需要今后加以評(píng)估。

石河子站周邊為農(nóng)業(yè)試驗(yàn)田，但試驗(yàn)田為狹長(zhǎng)形狀，站址位于試驗(yàn)田偏北段落。觀測(cè)場(chǎng)三面均有建筑，西側(cè)大約60 m 處為氣象辦公樓，東側(cè)不足100 m為家屬樓和部分低矮建筑，在東北和西側(cè)各有一高大煙囪（圖6）。與烏魯木齊等站一樣，場(chǎng)內(nèi)保持自然半荒漠景觀，但場(chǎng)外植物覆蓋茂密，為另一個(gè)典型的綠洲內(nèi)城鎮(zhèn)測(cè)站。

圖6 石河子國(guó)家一般氣象站周邊環(huán)境（N 為北向，NE 為東北向，E 為東向，SE 為東南向，S 為南向，SW 為西南向，W 為西向，NW 為西北向）

2 問(wèn)題與思考

2.1 觀測(cè)環(huán)境變化總體特征

針對(duì)各站的調(diào)研結(jié)果，受所在地區(qū)城市化和綠洲發(fā)展的影響，大部分氣象站點(diǎn)周圍中尺度到區(qū)域尺度觀測(cè)環(huán)境發(fā)生了很大變化，部分氣象觀測(cè)場(chǎng)周圍微觀（微、小尺度）環(huán)境改變也已明顯影響到地面觀測(cè)的代表性（圖7）。這是西北干燥區(qū)國(guó)家級(jí)氣象臺(tái)站觀測(cè)環(huán)境面臨的共性問(wèn)題。為減少周邊城市建筑物的影響，一些站點(diǎn)由城區(qū)遷至當(dāng)時(shí)的“郊區(qū)”，盡管一般仍在綠洲區(qū)域，但遷站還是可以造成氣溫等觀測(cè)資料序列中的非均一性。2003 年前后人工站改自動(dòng)站，也帶來(lái)了多個(gè)氣候要素和天氣現(xiàn)象觀測(cè)序列的非均一性。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，幾乎所有臺(tái)站均缺少對(duì)微、小、中尺度觀測(cè)環(huán)境變化的記錄，例如，觀測(cè)場(chǎng)周邊大范圍植樹(shù)種草、綠洲和灌溉面積擴(kuò)大、城鎮(zhèn)發(fā)展等改變局地到區(qū)域尺度下墊面性質(zhì)的人類活動(dòng)過(guò)程，站史沿革基本沒(méi)有記錄，但是這些土地利用和土地覆蓋變化可能會(huì)深刻影響局地氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速、甚至降水等要素漸變過(guò)程。

圖7 北疆區(qū)土地利用現(xiàn)狀及2021 年7 月調(diào)研氣象站分布

本次調(diào)研的9 個(gè)站，以及北疆沒(méi)有調(diào)研的其他臺(tái)站，幾乎都位于山麓或山前綠洲內(nèi)，大部分位于綠洲中的城市里或附近。在準(zhǔn)噶爾盆地內(nèi)部，南疆的塔里木盆地內(nèi)部，以及新疆中部的天山山區(qū)，觀測(cè)站極為稀少，對(duì)大范圍地帶性的荒漠、半荒漠和非地帶性的山地區(qū)域氣候觀測(cè)的代表性，顯然不足。

2.2 臺(tái)站觀測(cè)環(huán)境變化的可能影響

在先前的工作中，發(fā)現(xiàn)城市化對(duì)區(qū)域性地面氣溫變化趨勢(shì)的影響，一般是造成明顯的正偏差，即城市化致使臺(tái)站觀測(cè)的地面氣溫逐漸上升，導(dǎo)致區(qū)域平均地面氣溫變化趨勢(shì)估算出現(xiàn)了正的偏差；全國(guó)平均來(lái)看，20 世紀(jì)50 年代以來(lái)，在國(guó)家基準(zhǔn)氣候站和基本氣象站網(wǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)中，此正偏差高于28%[3，11]。但是，研究也發(fā)現(xiàn)，河西走廊和北疆等西北地區(qū)若干臺(tái)站，出現(xiàn)了相反的計(jì)算結(jié)果，即城市化致使部分國(guó)家站地面氣溫出現(xiàn)下降趨勢(shì)，夏季負(fù)偏差更為明顯[3，6-7]。對(duì)于西北干燥區(qū)這種負(fù)的城市化影響偏差，推測(cè)可能與臺(tái)站附近城市化伴隨著綠洲化的影響有關(guān)。

大部分西北干燥區(qū)的城市臺(tái)站，都經(jīng)歷著逐漸的城市化過(guò)程。這種趨勢(shì)和全球陸地干燥、半干燥區(qū)所經(jīng)歷的快速城市化過(guò)程是一致的[12]。在城市發(fā)展中，城區(qū)及其觀測(cè)場(chǎng)周圍植被覆蓋呈增加趨勢(shì)。這種情況在河西走廊和北疆各站觀測(cè)場(chǎng)周邊表現(xiàn)明顯。部分觀測(cè)場(chǎng)外圍人為轉(zhuǎn)化為綠地、農(nóng)田或公園，夏季需要灌溉，有的甚至采用噴灌方式澆水。人工植被和灌溉打破了觀測(cè)場(chǎng)周圍的本底植被和環(huán)境特征，形成局地綠洲環(huán)境。植被和土壤水含量變化改變了地表反照率和輻射平衡，同時(shí)由于植被蒸騰和土壤蒸發(fā)作用加強(qiáng)，又改變了地表的感熱、潛熱交換及其能量平衡，造成觀測(cè)場(chǎng)附近生長(zhǎng)季平均地面氣溫（相對(duì)濕度）相對(duì)城市和綠洲外的戈壁荒漠區(qū)域明顯偏低（偏高）。

衛(wèi)星遙感反演獲得的土地利用和土地覆蓋資料表明，包括新疆在內(nèi)的西北綠洲面積呈現(xiàn)逐漸增加趨勢(shì)[13]，北疆綠洲面積擴(kuò)張和城市發(fā)展尤為明顯；甘肅河西走廊地區(qū)綠洲面積植被指數(shù)同樣呈現(xiàn)出增加趨勢(shì)[14]。假設(shè)觀測(cè)站址位置相對(duì)穩(wěn)定，或者雖經(jīng)歷搬遷，但仍處于城市內(nèi)或城市附近綠洲內(nèi)[15-16]，干燥區(qū)的城市化就意味著城區(qū)和郊區(qū)的綠洲化，臺(tái)站周圍中小尺度區(qū)域地表反照率下降、地面凈輻射增加、潛熱通量增加、感熱通量下降，以及由此引起的生長(zhǎng)季（春、夏、秋）觀測(cè)場(chǎng)附近地面氣溫下降和相對(duì)濕度上升，是不可避免的。

在這種情況下，盡管觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)部極小范圍地面保持當(dāng)?shù)乇镜字脖画h(huán)境條件，但其對(duì)地面氣溫等敏感要素的影響，相對(duì)來(lái)說(shuō)是微弱的，觀測(cè)場(chǎng)外部中小尺度甚至區(qū)域尺度環(huán)境變化的影響當(dāng)更大。這些問(wèn)題，需要今后開(kāi)展專門(mén)定量觀測(cè)研究。

城市和綠洲的擴(kuò)張，不僅影響觀測(cè)站及其附近的地面氣溫及其長(zhǎng)期變化趨勢(shì)，還通過(guò)改變近地面能量、水分和物質(zhì)通量影響蒸發(fā)、大氣水汽和降水等陸面水文氣候過(guò)程，引起局地到區(qū)域尺度近地面氣候的深刻變化[17]。盛夏季節(jié)，克拉瑪依等城市綠洲內(nèi)，清晨和傍晚經(jīng)?？梢杂^察到積云，但沿塔克拉瑪干沙漠或準(zhǔn)噶爾盆地戈壁荒漠公路，極少觀察到積云。干燥區(qū)城市和綠洲內(nèi)云量增多，應(yīng)該與本地蒸散發(fā)加強(qiáng)、大氣水汽含量增多以及凝結(jié)高度下降等因素有關(guān)。大量基于觀測(cè)數(shù)據(jù)的研究表明，西北干燥區(qū)過(guò)去幾十年降水量出現(xiàn)明顯增加，并與同期地面氣溫上升趨勢(shì)一起，構(gòu)成西北干燥區(qū)氣候“暖濕化”現(xiàn)象[18-19]。由于絕大多數(shù)氣象觀測(cè)站位于城鎮(zhèn)和綠洲，這一“暖濕化”現(xiàn)象是否為觀測(cè)站網(wǎng)布設(shè)局限性所造成的區(qū)域尺度氣候變化特征的人為誤判（假象），也是值得進(jìn)一步探討的重要問(wèn)題[20]。

因此，就觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)西北干燥區(qū)地面氣候及氣候變化監(jiān)測(cè)、研究的影響來(lái)說(shuō)，至少可以考慮以下幾個(gè)尺度：觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)的點(diǎn)位，觀測(cè)場(chǎng)周邊幾百米范圍的微尺度，氣象站周圍幾百米到幾公里范圍的小尺度，氣象站周圍幾公里到幾十公里范圍的中尺度，以及氣象站周邊幾十到幾百公里范圍的區(qū)域尺度。當(dāng)前的國(guó)家級(jí)氣象觀測(cè)站，大部分位于城市和綠洲區(qū)域。這些臺(tái)站能夠綜合反映從觀測(cè)場(chǎng)點(diǎn)位到中尺度范圍的地面氣候及其氣候變化狀況，即對(duì)于中尺度及其以下尺度氣候和氣候變化具有代表性，或者對(duì)于綠洲內(nèi)城鎮(zhèn)區(qū)域的氣候、氣候變化監(jiān)測(cè)具有較好能力。綠洲邊緣的城鎮(zhèn)臺(tái)站，也能夠部分反映荒漠或半荒漠的氣候特點(diǎn)和氣候變化趨勢(shì)。但是，由于受到更小空間尺度人類活動(dòng)驅(qū)動(dòng)因素即城市化和綠洲化的影響，當(dāng)前西北干燥區(qū)的國(guó)家級(jí)站網(wǎng)，除少數(shù)觀測(cè)站外，對(duì)于捕捉區(qū)域及其以上尺度的地帶性、背景氣候和氣候變化信號(hào)，其能力顯然是捉襟見(jiàn)肘的。

3 結(jié)論與建議

我國(guó)西北干燥區(qū)地面觀測(cè)，對(duì)于城市和綠洲區(qū)域氣候及其變化，具有較高的代表性，但對(duì)地帶性荒漠和半荒漠氣候及氣候變化，代表性顯然不夠。早先研究中發(fā)現(xiàn)的城鎮(zhèn)站地面氣溫序列異常即負(fù)向城市化影響，與觀測(cè)場(chǎng)周圍局地到區(qū)域尺度綠洲擴(kuò)大有密切關(guān)系，既和東部季風(fēng)區(qū)廣泛存在的城市化增暖偏差不同，又不能反映城市和綠洲以外大尺度地帶性氣溫變化特點(diǎn)。

因此，西北干燥區(qū)目前還缺少能夠真正代表荒漠、半荒漠氣候景觀的國(guó)家級(jí)觀測(cè)站網(wǎng)。這個(gè)問(wèn)題，值得氣象系統(tǒng)有關(guān)部門(mén)關(guān)注。造成這種局面的主要原因，是過(guò)去人工值守觀測(cè)需要一定的條件，例如交通、電力和觀測(cè)員家庭生活等?，F(xiàn)在，隨著自動(dòng)觀測(cè)站的推廣、普及，過(guò)去面臨的這些困難，已經(jīng)不難解決。

今后，在西北干燥區(qū)設(shè)置氣象觀測(cè)站，特別是在新建和改建國(guó)家氣候基準(zhǔn)站和國(guó)家氣候觀象臺(tái)之前，站點(diǎn)的布局和觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)外地表覆蓋規(guī)劃，要充分考慮歷史遺留問(wèn)題，十分重視多種典型下墊面特征的代表性。

那么，西北干燥區(qū)的基準(zhǔn)氣候觀測(cè)站址和場(chǎng)地，到底應(yīng)該如何選擇和規(guī)劃設(shè)計(jì)？

一個(gè)值得考慮的辦法是，區(qū)分開(kāi)不同的氣候環(huán)境類型，分別選擇代表性觀測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)外種植代表本類型氣候環(huán)境的植被。目前，荒漠、半荒漠占據(jù)大部分西北干燥區(qū)面積，但觀測(cè)站點(diǎn)極為稀少，應(yīng)該布設(shè)更多觀測(cè)站；這類臺(tái)站，周圍是荒漠和半荒漠，觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)外也要保持荒漠、半荒漠植被景觀。在不斷擴(kuò)展的綠洲和城市區(qū)域，目前已經(jīng)設(shè)立了一定數(shù)量臺(tái)站，為了監(jiān)測(cè)和研究與人類活動(dòng)關(guān)系更密切的這部分區(qū)域氣候、氣候變化，未來(lái)應(yīng)進(jìn)一步增加觀測(cè)站網(wǎng)密度；這些臺(tái)站觀測(cè)場(chǎng)附近及其場(chǎng)內(nèi)植被，要和區(qū)域平均地表覆蓋保持一致，場(chǎng)內(nèi)不應(yīng)再?gòu)?qiáng)調(diào)繼續(xù)維持荒漠或半荒漠植被景觀。

干燥區(qū)的綠洲和城市，是強(qiáng)烈人類活動(dòng)影響區(qū)域，要充分考慮城市和綠洲的發(fā)展演化問(wèn)題。城鎮(zhèn)站，在觀測(cè)環(huán)境發(fā)生重大變化后，不得不遷址時(shí)，要考慮在原站址保留三、四要素自動(dòng)站，既為關(guān)鍵氣候要素（特別是氣溫、降水、風(fēng)和相對(duì)濕度）資料均一化提供平行觀測(cè)序列，也可延續(xù)對(duì)城市或綠洲氣候環(huán)境的長(zhǎng)期、連續(xù)監(jiān)測(cè)。

區(qū)域背景站，要能夠代表中尺度到區(qū)域尺度氣候、地表景觀特征及其變化特點(diǎn)，需要在城市和綠洲以外更為廣袤的荒漠、半荒漠和山地區(qū)域布設(shè)足夠觀測(cè)站。目前，這些地區(qū)站點(diǎn)十分稀少，需要成倍增加基本氣候變量和特殊天氣現(xiàn)象觀測(cè)設(shè)施，站點(diǎn)密度達(dá)到與目前綠洲和城市區(qū)域大體相當(dāng)水平，才能真正代表西北干燥區(qū)地帶性、非地帶性區(qū)域自然氣候條件和氣候變化特點(diǎn)。天山等山地區(qū)域氣候垂向變化大，應(yīng)按照垂直氣候與植被分布狀況，布設(shè)一定數(shù)量觀測(cè)站。

國(guó)家氣候觀象臺(tái)建設(shè)正在部分地區(qū)實(shí)施。西北干燥區(qū)面積廣大，氣候類型復(fù)雜，不同空間尺度氣候變化明顯，國(guó)家氣候觀象臺(tái)選址和建設(shè)亦應(yīng)提上議事日程。

西北干燥區(qū)國(guó)家氣候觀象臺(tái)選址，也要代表各類主要?dú)夂蝾愋?，包括地帶性氣候類型和山地垂直氣候類型，以及自然氣候環(huán)境和人為氣候環(huán)境。典型的自然地帶性荒漠和半荒漠氣候主要分布在塔里木盆地、準(zhǔn)噶爾盆地、河西走廊和阿拉善地區(qū)，應(yīng)該設(shè)立兩個(gè)以上氣候觀象臺(tái)，監(jiān)測(cè)地帶性氣候區(qū)自然背景氣候狀態(tài)和氣候變化過(guò)程。典型的自然非地帶性或垂直氣候類型主要分布在天山、阿爾泰山、昆侖山和祁連山等山脈地區(qū)，應(yīng)至少設(shè)立1 個(gè)國(guó)家氣候觀象臺(tái)，重點(diǎn)觀測(cè)復(fù)雜山地環(huán)境氣候非地帶分異和氣候變化規(guī)律。西北干燥區(qū)的綠洲主要分布在上述各大山脈的山麓地帶，尤以天山南北麓、昆侖山北麓和河西走廊為集中分布區(qū)域。綠洲可分為兩類，一是農(nóng)業(yè)綠洲區(qū)，二是城鎮(zhèn)綠洲區(qū)，可分別選定代表性地點(diǎn)建設(shè)國(guó)家氣候觀象臺(tái)，服務(wù)于荒漠、半荒漠環(huán)境下人類活動(dòng)對(duì)局地和區(qū)域尺度氣候強(qiáng)烈影響等科學(xué)問(wèn)題研究。