合水站址遷移前后主要氣象要素對比分析

李仲龍，陳學(xué)君，李臘平，陸登榮

(1.甘肅省氣象信息與技術(shù)裝備保障中心,蘭州 730020；2.甘肅省氣象服務(wù)中心，蘭州 730020；3.大同市氣象局，山西大同 037010)

合水站址遷移前后主要氣象要素對比分析

李仲龍1，陳學(xué)君2，李臘平3，陸登榮1

(1.甘肅省氣象信息與技術(shù)裝備保障中心,蘭州 730020；2.甘肅省氣象服務(wù)中心，蘭州 730020；3.大同市氣象局，山西大同 037010)

對甘肅合水氣象站2013年站址遷移前后對比觀測資料中的氣溫、降水、風(fēng)、相對濕度等主要氣象要素利用差值、風(fēng)向相符率、顯著性檢驗等方法進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)合水新站的日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫低于舊站；新站4—6月降水量小于舊站，7—10月降水量大于舊站；新站平均風(fēng)速大于舊站，全年風(fēng)向相符率為30.5%，兩站風(fēng)向差異明顯；新站1、2、12月相對濕度小于舊站,其它各月大于舊站，而新站最小相對濕度小于舊站。新、舊站溫度、相對濕度在均值和方差方面均無顯著性差異，可用新站觀測數(shù)據(jù)替代舊站使用。

氣象觀測；數(shù)據(jù)差異；對比分析；合水站

氣象臺站的遷移可能直接影響觀測記錄的比較性和連續(xù)性，是導(dǎo)致氣候資料序列非均一性的重要因素之一[1-2],因此遷站前后資料的對比分析對于氣象資料的正確應(yīng)用具有重要意義。中國氣象局明確要求，遷站前后應(yīng)做對比觀測[3]。國內(nèi)已有許多文獻(xiàn)[4-13]對遷站前后資料進(jìn)行分析，指出恰當(dāng)、合適地使用遷站前后氣象資料是減少或避免資料由于城市化、非均一性等因素導(dǎo)致錯誤結(jié)論的必要條件之一。對合水縣氣象站氣溫、降水、風(fēng)、相對濕度等主要氣候要素進(jìn)行分析，并對新舊站址的氣溫、相對濕度分別進(jìn)行了兩總體的均值檢驗和方差檢驗，為資料使用者提供參考。

1 站址變動情況

合水站舊址位于合水縣西華南街065號(108°00′50″E，35°48′36″N，觀測場拔海高度1 298.7 m，簡稱舊站)，2012年6月1日遷至西華池鎮(zhèn)嚴(yán)溝圈村附近(107°58′49″E，35°46′39″N, 觀測場拔海高度1 274.3 m，簡稱新站)，新舊站間距離為5.1 km。

1.1 舊址觀測環(huán)境

合水站(53934)為國家基本氣象站，舊站四周被不斷增加的建筑物包圍，北面為多棟四層住宅樓(整體視寬角45.0°，最高仰角12.7°)；東面兩棟六層樓房與南頭花苑小區(qū)六層住宅樓連為一體(整體視寬角75°，最高仰角12.0°)；南面為原合水煙廠生產(chǎn)大樓、家屬樓和水塔(整體視寬角110°，最大仰角21.5°)；西面為西華池鎮(zhèn)家屬樓(整體視寬角69.6°，最大仰角7.7°)。由于舊站周邊環(huán)境不符合探測環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，觀測資料逐漸失去了代表性。

1.2 新址觀測環(huán)境

合水站新站位于基本農(nóng)田內(nèi)，占地6 733 m2，觀測場西面是基本農(nóng)田，東側(cè)100 m是公路，南側(cè)是鄉(xiāng)村道路，東北面是合水縣看守所，周圍無高大植物及建筑，凈空環(huán)境良好。

2 資料來源和分析方法

分析資料為2013年1—12月合水新、舊站地面對比觀測報表資料，該資料經(jīng)過質(zhì)量控制(氣候界限值檢查、區(qū)域極值檢查、時間一致性檢查、空間一致性檢查、內(nèi)部一致性檢查)。采用差值、差值平均值、差值標(biāo)準(zhǔn)差、風(fēng)向相符率、兩總體的均值檢驗(t檢驗)、兩總體的方差檢驗(F檢驗)[14]等統(tǒng)計方法對合水站遷站前后對比觀測資料進(jìn)行了分析。

3 新、舊站主要氣候要素差值比較

3.1 氣溫

氣溫的差異可以直觀地體現(xiàn)出局地環(huán)境的改變。新、舊站2013年氣溫變化趨勢和分布狀況基本一致，新站年平均氣溫為10.1 ℃，較舊站偏低0.66 ℃；年最高氣溫32.3 ℃，比舊站低0.1 ℃；年最低氣溫-17.3 ℃，比舊站低1.7 ℃。年極端最高氣溫均出現(xiàn)在7月6日，年極端最低氣溫均出現(xiàn)在12月27 日。

表1為新、舊站月平均氣溫、月極端最高氣溫、月極端最低氣溫對比分析結(jié)果。月平均氣溫新站比舊站偏低0.3～1.4 ℃，其中7月兩站相差最小，12月相差最大；新、舊站月極端最高氣溫相差0.2～0.9 ℃，新站平均偏低0.4 ℃；月極端最低氣溫新站比舊站平均低1.4 ℃左右，差別最明顯出現(xiàn)在5月，達(dá)2.3 ℃。新、舊站月極端最高氣溫出現(xiàn)日期有2個月出現(xiàn)了不同，月極端最低溫度出現(xiàn)日期有3個月不同。

表1 2013年合水新、舊觀測站各月氣溫統(tǒng)計值 ℃

兩站日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫的相關(guān)系數(shù)分別是0.997 8、 0.998 3、0.993 2,差值標(biāo)準(zhǔn)差分別為0.287 6、0.467 1、0.533 4，這表明新、舊站氣溫序列高度相關(guān)，日最高氣溫相關(guān)性略好于日最低氣溫的。

新站年均氣溫日較差為11.56 ℃，舊站為10.96 ℃，新站明顯大于舊站；新站氣溫日較差的變化范圍在1.6～24.3 ℃之間，舊站在1.3～22.1 ℃之間；新站序列的眾數(shù)和中值分別為10.8 ℃和11.7 ℃，舊站分別為10 ℃和11.1 ℃。從圖1可知，月平均氣溫日較差新站明顯大于舊站，且二者的變化趨勢一致。兩者最接近的月份為7月，差距最大的月份為12月。新、舊站在氣溫高的月份月均氣溫日較差的差別小，氣溫低的月份月均氣溫日較差的差值大。

圖1 2013年合水新、舊兩站月均氣溫日較差變化圖

新站氣溫總體低于舊站，極端最低氣溫表現(xiàn)最為明顯，排除觀測誤差方面的原因，引起這種差異的主要原因可能是：合水新、舊站址相距5.1 km，舊站位于城區(qū)，人口較為密集，居民生產(chǎn)生活、交通運輸?shù)扰欧艧崃?，下墊面多為瀝青、水泥，熱容量和導(dǎo)熱率很大，城市熱島效應(yīng)較強；新站位于郊區(qū)，觀測場四周開闊，周邊為農(nóng)田、植被覆蓋較好，熱容量和導(dǎo)熱率小，輻射冷卻更為強烈。因此，新站氣溫低于舊站、且氣溫日較差相差較大。

對合水新、舊站2013年1—12月日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫進(jìn)行顯著性檢驗,在置信度為5%時均值與方差均無統(tǒng)計意義上的顯著性差異。

3.2 降水

降水既受大氣環(huán)流影響，也受下墊面的影響，為此，研究新、舊站降水量的變化情況具有重要的指導(dǎo)意義。合水舊站在2013年1—3月、11—12月沒有觀測降水，因此，這5個月不參加降水量比較。合水新、舊站4—10月降水量比較見表2。

表2 合水新、舊站2013年4—10月降水量比較

合水新、舊站日降水資料序列相關(guān)系數(shù)為0.979,小于兩站溫度序列的相關(guān)系數(shù)，其原因主要是由降水日、降水量的不同引起，這也客觀體現(xiàn)了降水的局地性特征。從表2中可見，兩站降水日略有差異，2013年4—10月新站降水日為74 d，而舊站只有69 d。合水新、舊站4—10月降水量變化趨勢基本一致。4—6月新站降水量少于舊站，7—10月新站的降水量多于舊站，差別最大的月份為8月，月降水量差值為57 mm。新、舊站4—10月的合計降水量分別為650.0 mm和603.0 mm，新站降水量多于舊站。

3.3 相對濕度

合水新、舊站2013年全年月均相對濕度和月均最小相對濕度對比見圖2。新站相對濕度、最小相對濕度的年均值分別為59.23%、35.17%,舊站為 58.59%和37.13%,新站相對濕度年均值大于舊站，但最小相對濕度年均值小于舊站。新站1、2、12月的相對濕度均小于舊站,其它各月均大于舊站。引起這種現(xiàn)象的原因是：受降水、溫度和蒸發(fā)不同的影響。然而，盡管新站降水量略多于舊站，溫度低于舊站，但最小相對濕度均小于舊站。

圖2 合水新、舊站2013年相對濕度比較

對合水新舊站2013年1—12月月均相對濕度、月均最小相對濕度進(jìn)行顯著性檢驗，在置信度為5%時，均無統(tǒng)計意義上的顯著性差異。

3.4 風(fēng)

合水新、舊站日平均風(fēng)速差值gt;0、=0和lt;0的日數(shù)分別為308 d、20 d和37 d，差值的平均值為0.458 m/s，新站平均風(fēng)速均大于舊站平均風(fēng)速。圖3a為合水站2013年日最大風(fēng)速的風(fēng)向玫瑰圖。可以看到，合水新、舊站風(fēng)向差異明顯，新站日最大風(fēng)速的風(fēng)向最多出現(xiàn)在NNW，NNW、SSE和E三個風(fēng)向占全年的47.96%以上，舊站日最大風(fēng)速的風(fēng)向最多出現(xiàn)在NW、WNW 和 S。新站全年少于10 d的風(fēng)向分別為SSW(3 d)、ENE (5 d)、 WS (5 d)、W (6 d)、WNW (8 d)，而舊站為 N (0 d)、SSE (4 d)、S (6 d)。合水新、舊站日極大風(fēng)速的風(fēng)向統(tǒng)計結(jié)果(圖3b)也表現(xiàn)出了基本相似的分布規(guī)律。

圖3 2013年合水新、舊站日最大風(fēng)速、日極大風(fēng)速風(fēng)向頻率玫瑰圖

圖4a、4b分別是合水新、舊站2013年逐日四時次定時觀測風(fēng)速、風(fēng)向玫瑰圖。可以看出，新站最多風(fēng)向出現(xiàn)在NNW、SSE、E三個方位，舊站最多風(fēng)向出現(xiàn)在NW、SE、SSE三個方位。新、舊站2013年逐日四時次定時觀測風(fēng)速的均值分別為2.02 m/s，1.56 m/s，新站風(fēng)速略大于舊站。新、舊站02時最大風(fēng)向相符率出現(xiàn)在3月，為48%；08、14、20時最大風(fēng)向相符率均出現(xiàn)在6月，分別為47%、37%、50%。全年02時風(fēng)向相符率為33%，08時為26%，14時為23%，20時為40%。合水新、舊站風(fēng)向相符率較低，這也反映風(fēng)向的局地性特征。造成風(fēng)速差異的原因有風(fēng)速感應(yīng)器距地高度的差異、周圍障礙物的遮擋以及風(fēng)速本身的局地性特征。舊站風(fēng)速感應(yīng)器距地高度與新站相同，因此周圍障礙物的遮擋是造成舊站風(fēng)速偏小的主要原因。

4 結(jié)論與討論

(1)新站平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫均低于舊站；新站的平均氣溫日較差大于舊站，且二者在變化趨勢上相吻合。對新、舊站氣溫進(jìn)行均值檢驗和方差檢驗均未發(fā)現(xiàn)顯著性差異。

(2)新、舊站2013年4—10月降水量變化趨勢基本一致。4—6月新站降水量小于舊站，7—10月新站降水量大于舊站。4—10月累積降水量新站大于舊站。4—10月新站降雨日略多于舊站。

圖4 2013年合水新、舊站四時次定時風(fēng)向頻率/%、風(fēng)速(單位：m/s)玫瑰圖

(3)新站相對濕度年平均值大于舊站，但新站最小相對濕度年平均值小于舊站。新站1、2、12月相對濕度小于舊站,其它各月大于舊站。新、舊站在均值、方差方面均無顯著性差異。

(4)新站平均風(fēng)速大于舊站;全年風(fēng)向相符率為30.5%，兩站風(fēng)向差異明顯。

(5)新、舊站氣溫、相對濕度在統(tǒng)計學(xué)意義上無顯著性差異。故合水站遷址后主要氣象要素能夠代表區(qū)域的天氣氣候特征，觀測數(shù)據(jù)可以與舊站合并使用。新、舊站在風(fēng)和降水觀測上的差異由局地性特征造成。

(6)新站2013年觀測數(shù)據(jù)可以替代舊站使用，其觀測數(shù)據(jù)差異可以為資料使用者提供參考。

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1006-4354(2014)06-0035-05

2014-09-02

李仲龍(1976—)，男，漢族,甘肅崇信人，碩士，工程師，主要從事氣象數(shù)據(jù)分析與處理。

國家公益性行業(yè)(氣象)科研專項項目(GYHY201206013)

P416.2

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