喀什國家基準(zhǔn)站遷站前后資料對(duì)比分析

秦榕，姚作新*，王秋香，井立紅，胡義成，楊霰，張靜，楊華

（1.新疆氣象信息中心，新疆烏魯木齊 830002；2.塔城地區(qū)氣象局，新疆塔城 834700；3.烏魯木齊市氣象局，新疆烏魯木齊 830002）

喀什國家基準(zhǔn)站遷站前后資料對(duì)比分析

秦榕1，姚作新1*，王秋香1，井立紅2，胡義成1，楊霰3，張靜1，楊華1

（1.新疆氣象信息中心，新疆烏魯木齊 830002；2.塔城地區(qū)氣象局，新疆塔城 834700；3.烏魯木齊市氣象局，新疆烏魯木齊 830002）

利用1963—2013年喀什站舊址各項(xiàng)資料與同期麥蓋提、岳普湖、伽師三個(gè)參考站資料進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果表明：氣溫、相對(duì)濕度、平均風(fēng)速資料舊址與參考站的區(qū)域一致性較差但均一性較好；利用喀什舊址資料與新址2013年資料進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果顯示：新址與舊址年平均氣溫、最高、最低氣溫、降水量數(shù)據(jù)可以連續(xù)使用，月平均氣溫、最高、最低氣溫、降水、平均相對(duì)濕度資料發(fā)生不連續(xù)的月份占50%、2 min平均風(fēng)速全年各月在顯著性水平0.05的條件下資料不連續(xù)；新舊址冬季氣溫差變化最為明顯，夏秋季變化相對(duì)偏小；平均相對(duì)濕度新址較舊址偏高，各季差值在冬季最大；平均風(fēng)速新址比舊址偏大1.1 m/s，冬季偏差稍?。伙L(fēng)向相符率僅34.61%，各月差異均很明顯。新址與舊址年平均風(fēng)速和相對(duì)濕度不能連續(xù)使用，降水和溫度可連續(xù)使用。

喀什國家基準(zhǔn)站；遷站；要素影響；資料對(duì)比分析

喀什國家基準(zhǔn)氣候站始建于解放前，因種種原因于1954年、1957年曾先后2次遷站。眾所周知，由于站址變遷、觀測場周圍環(huán)境變化，一些氣象要素將隨之發(fā)生變化。關(guān)于站址變遷前后資料的對(duì)比分析,國內(nèi)已做過一些研究[1-4]，但多限于對(duì)搬遷前后資料的對(duì)比分析,缺乏對(duì)搬遷站長時(shí)間序列資料的全面分析。1954年、1957年喀什站正處于資料開始期，因此站址的變遷對(duì)氣象要素影響不大；隨著城市化進(jìn)程的加快，探測環(huán)境受到嚴(yán)重破壞，2014年喀什站再次進(jìn)行了遷徙距離達(dá)18 km以上的搬遷。在此之前，喀什站已有57 a連續(xù)觀測資料，此次搬遷會(huì)對(duì)喀什站的資料產(chǎn)生什么樣的影響，哪些資料會(huì)因?yàn)檫w站而無法連續(xù)使用，哪些資料會(huì)產(chǎn)生不連續(xù)而需要訂正才能連續(xù)使用。本文利用喀什站舊址及參考站1963—2013年氣溫、濕度、風(fēng)向風(fēng)速等觀測資料進(jìn)行對(duì)比分析；同時(shí)又與喀什站新址2013年資料進(jìn)行對(duì)比分析，并對(duì)參考站與舊址、新址與舊址資料進(jìn)行T檢驗(yàn)，從中找出影響氣象要素變化的原因，為氣象服務(wù)及科研工作者合理使用喀什站的資料提供參考依據(jù)。

1 測站基本情況及資料選取

1.1 測站基本情況

喀什國家基準(zhǔn)氣候站始建于解放前，1954年1月1日由疏勒縣城南郊軍航飛機(jī)場遷至疏附縣浩罕莊民航飛機(jī)場；1957年7月1日遷至喀什市西南郊克孜勒特完村，更名為國家基本氣象站（區(qū)站號(hào): 51709，文中簡稱“舊址”），1991年1月更名為國家基準(zhǔn)氣候站，承擔(dān)地面24次氣象觀測任務(wù)。1990年以來，隨著城市建設(shè)規(guī)模及氣象局院內(nèi)基建項(xiàng)目的不斷擴(kuò)大，探測環(huán)境遭受嚴(yán)重破壞，所獲取的風(fēng)、溫度、濕度、地溫、輻射等資料已失去氣象資料的“三性”要求，2014年1月1日喀什站進(jìn)行第三次遷站（文中簡稱“新址”），新址位于喀什市城區(qū)西北欄桿鄉(xiāng)平原地帶,距舊址直線距離18.4 km，拔海高度差為85.6 m，占地約94 535.5 m2，地處當(dāng)?shù)刈疃囡L(fēng)向的上風(fēng)方，站址四周空曠平坦，下墊面為農(nóng)田，土壤為戈壁土。

1.2 資料、方法及參考站選取

為了分析城市化對(duì)喀什站氣象資料的影響，首先選取參考站，按照參考站選擇的標(biāo)準(zhǔn)，第一,與喀什站距離較近即屬于同一氣候區(qū)；第二,參考站觀測資料序列與喀什站序列平行年代長，且未遷過站；第三,參考站多年來探測環(huán)境變化少。依此標(biāo)準(zhǔn)選取麥蓋提、岳普湖、伽師站為參考站。為保證資料的一致性，采用喀什站舊址、參考站近51 a（1963—2013年）、新址2013年氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)向風(fēng)速等觀測資料進(jìn)行對(duì)比分析。文中所用各項(xiàng)資料均由新疆氣象局氣象信息中心提供，進(jìn)行了嚴(yán)格的質(zhì)量控制，未對(duì)資料進(jìn)行任何差補(bǔ)延長處理。

為了分析城市化究竟對(duì)喀什站氣象資料產(chǎn)生了怎樣的影響，對(duì)參考站觀測資料時(shí)間序列求平均形成參考站序列，與喀什站資料形成差值,依此分析喀什站舊址觀測資料的一致性；計(jì)算喀什站舊站與參考站平均值、平均值差值和比值，并對(duì)各要素進(jìn)行T檢驗(yàn)[5]；利用一元線性回歸方法對(duì)舊址與參考站的區(qū)域一致性、變化趨勢(shì)、均一性進(jìn)行分析；為了掌握新址、舊址因地理位置、海拔高度及周圍環(huán)境不同而形成的兩站氣象要素差異，計(jì)算新舊址2013年的差值平均值及差值標(biāo)準(zhǔn)差[6]、降水量累計(jì)相對(duì)差值、風(fēng)向相符率（只有觀測風(fēng)速大于0.2 m/s時(shí)，才統(tǒng)計(jì)，且新址與舊址風(fēng)向角度差小于22.5°時(shí)，方認(rèn)為兩者相符），并采用T檢驗(yàn)分析新址和舊址資料差異的影響。降水量累計(jì)相對(duì)差值公式為：

2 城市化對(duì)喀什站資料的影響分析

2.1 觀測資料序列區(qū)域一致性分析

圖1a是喀什站舊址與參考站年平均氣溫序列差值變化圖，由圖可以看出，舊址與參考站年平均氣溫差值序列1963—1997年呈波動(dòng)變化，變化范圍在±0.3℃以內(nèi)；1997年后出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，平均氣溫差值開始逐年升高，至1999年氣溫差值表現(xiàn)為不斷升高趨勢(shì)，這充分表明舊址與參考站的年平均氣溫序列自1999年開始出現(xiàn)明顯的不一致性變化。將舊址自建站以來的觀測數(shù)據(jù)以1999年為節(jié)點(diǎn)分為兩段，即1963—1998年、1999—2013年，計(jì)算與各參考站的差值平均值，結(jié)果表明，1999年以后城市化所帶來的誤差使氣溫平均升高0.6℃左右。原因是第二次遷站至1982年測站四周基本為村莊、農(nóng)田，未出現(xiàn)對(duì)探測環(huán)境造成影響的建筑物，1999年以后，在氣象局院內(nèi)距觀測場0.5 km處建成了12 m高的住宅樓、辦公樓及5棟高層建筑（圖1d）。測站四周幾乎全部被高大建筑物或樹木包圍。因舊址最多風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)，西北側(cè)的建筑物、樹林及東南側(cè)、西南側(cè)的高層建筑嚴(yán)重阻擋了氣流的暢通，對(duì)所觀測的氣象數(shù)據(jù)尤其是氣溫產(chǎn)生了非常明顯的影響。

對(duì)喀什站舊址與參考站降水量進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明城市化帶來的影響不明顯。

圖1b是喀什站舊址與參考站年平均相對(duì)濕度差值序列變化圖，由圖可看出，舊址與參考站的年平均相對(duì)濕度差值隨時(shí)間呈波動(dòng)變化，20世紀(jì)80年代初期至90年代前為上升趨勢(shì)，從1992年開始減小趨勢(shì)十分明顯，這表明舊址與參考站年平均相對(duì)濕度序列自1992年開始發(fā)生了明顯的不一致性變化。原因在于同期平均氣溫顯著升高以及城市化迅猛發(fā)展，導(dǎo)致舊址相對(duì)濕度迅速減小，故而與周邊參考站資料的趨勢(shì)發(fā)生了明顯的不一致。

圖1c是喀什站舊址與參考站年平均風(fēng)速差值序列變化圖，由圖可以看出，舊址與參考站的年平均風(fēng)速差值序列在上世紀(jì)90年代之前變化趨勢(shì)比較一致，都呈逐漸減小的趨勢(shì)；但在90年代后二者差值明顯增大，尤其2005年以后呈現(xiàn)出明顯的不一致，即舊址與參考站平均風(fēng)速差值的一致性較差。分析表明舊址2分鐘風(fēng)速的記錄自1992年起由人工觀測改為自動(dòng)記錄（EN1型測風(fēng)處理儀），不同的觀測方式是造成二者風(fēng)速不一致性變化的根本原因；此外,舊址2005年安裝了自動(dòng)站，其測風(fēng)儀采用低慣性輕金屬的風(fēng)傳感器，具有慣性小、啟動(dòng)快、感應(yīng)靈敏的特點(diǎn)，其材質(zhì)、采集原理和EN型測風(fēng)處理儀完全不同[9]。從變化趨勢(shì)看風(fēng)速在減小，結(jié)合（圖1d）分析發(fā)現(xiàn)，疏透結(jié)構(gòu)的建筑物和透風(fēng)結(jié)構(gòu)的林帶增大了近地面的摩擦力，背風(fēng)面因氣流下沉輻散，風(fēng)速則減弱[10]。由此可見2005年后風(fēng)速的減小與站址周圍環(huán)境變化有著直接關(guān)系。

2.2 趨勢(shì)比較

圖2a是喀什站舊址與參考站年平均氣溫線性變化趨勢(shì)，可以看出，舊址與參考站氣溫隨時(shí)間變化均為上升趨勢(shì)，增溫速率分別為0.3℃/10 a、0.1℃/ 10 a，1999年之前舊址與參考站的逐年變化曲線偏差不大,對(duì)區(qū)域一致性影響不大；1999年開始舊址與參考站的趨勢(shì)線偏差逐漸增大，逐年變化曲線也發(fā)生明顯偏離，即區(qū)域一致性差；分析了喀什站舊址與參考站年降水序列線性變化趨勢(shì)，結(jié)果表明二者均表現(xiàn)為平穩(wěn)略增趨勢(shì)，可認(rèn)為變化基本一致。對(duì)（圖2b）的分析表明，舊址與參考站相對(duì)濕度線性變化趨勢(shì)不一致，舊址以0.5%/10 a的速率減??；參考站以0.3%/10 a的速率增大，且線性趨勢(shì)差異隨時(shí)間推移逐漸增大，即喀什站舊址與參考站區(qū)域一致性越來越差。分析舊址與參考站平均風(fēng)速線性變化趨勢(shì)（圖2c），結(jié)果發(fā)現(xiàn)，二者均表現(xiàn)為減小趨勢(shì)，其減小速率分別為0.06（m·s-1）/10 a、0.3（m·s-1）/10 a（參考站減小明顯），究其原因應(yīng)該是20世紀(jì)80年代的防風(fēng)治沙工程使得3個(gè)參考站四周種植的樹木初具規(guī)模，對(duì)風(fēng)速的減弱產(chǎn)生了直接影響，上述分析表明舊址與參考站區(qū)域一致性較差。

2.3 資料序列均一性分析

在對(duì)氣象資料均一性研究中，發(fā)現(xiàn)許多氣象資料非均一性是由于測站位置的遷移，周圍環(huán)境的改變，觀測儀器和安裝方法的更新等造成的。特別是隨著城市化的加速，新觀測設(shè)備的采用，這一情況更為突出[9]。對(duì)喀什站自建站以來的平均氣溫、降水量、平均相對(duì)濕度和2 min平均風(fēng)速進(jìn)行均一性分析，因氣溫和濕度資料符合正態(tài)分布故采用差值序列進(jìn)行檢驗(yàn)（圖3），降水和風(fēng)速資料一般不符合正態(tài)分布故采用比值序列進(jìn)行檢驗(yàn)；應(yīng)用t檢驗(yàn)方法（顯著性水平0.05）對(duì)舊址平均氣溫、降水量、相對(duì)濕度、2 min平均風(fēng)速的年值序列值進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，1999年以來觀測場四周相繼建成多處商業(yè)樓和高層住宅樓、舊址周邊逐漸形成居民生活區(qū)以及教學(xué)區(qū)等這些環(huán)境變化，使得舊址年平均氣溫、年平均相對(duì)濕度、和年平均風(fēng)速產(chǎn)生了斷點(diǎn)；2 min平均風(fēng)速于1992年由人工記錄改為自動(dòng)記錄，使其產(chǎn)生了斷點(diǎn)、1999年受探測環(huán)境的影響風(fēng)速又產(chǎn)生了斷點(diǎn)、到2005年受探測環(huán)境影響及安裝啟用全要素自動(dòng)站儀器風(fēng)速第三次產(chǎn)生了斷點(diǎn)。

4 喀什站新址與舊址觀測資料對(duì)比分析

4.1 差值及標(biāo)準(zhǔn)差統(tǒng)計(jì)分析

采用2013年新址與舊址資料進(jìn)行為期1 a的對(duì)比，采用差值及差值標(biāo)準(zhǔn)差對(duì)新舊址的日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫、日降水量、日平均相對(duì)濕度、日平均風(fēng)速等資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明（表1），新址年、月平均氣溫及最高、最低氣溫均低于舊址；月差值在-0.2～-1.4℃之間變化；月平均氣溫差值在冬季偏大較多（1.0℃以上），且明顯低于舊址；大部分月份平均氣溫和最高氣溫差值標(biāo)準(zhǔn)差接近，說明平均氣溫、最高氣溫?cái)?shù)據(jù)相對(duì)穩(wěn)定；最低氣溫標(biāo)準(zhǔn)差相對(duì)較大，在0.48～1.77℃之間，說明數(shù)據(jù)相對(duì)不穩(wěn)定。

降水量差值平均值正負(fù)各占50%，表明新址與舊址差異不大；月降水量差值在0.0～±0.3 mm之間，年降水量無差異；降水差值標(biāo)準(zhǔn)差5—9月相對(duì)較大，其余月份相差不大，數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定。

相對(duì)濕度差值平均值除9月、10月新址小于舊址外，其它月新址明顯大于舊址，年平均相對(duì)濕度相差1.5%；6個(gè)要素中相對(duì)濕度差值標(biāo)準(zhǔn)差最大，年值達(dá)4.61%。

風(fēng)速差值平均值均為正值，表明新址風(fēng)速大于舊址，年平均風(fēng)速差值平均值偏大1.1 m/s，春夏秋季偏大明顯，冬季差值較小，這也說明春夏秋季節(jié)在大氣層結(jié)不穩(wěn)定的條件下，那怕相距僅幾十米的兩點(diǎn)上，風(fēng)速的瞬時(shí)值都能相差10 m/s；在空間的同一點(diǎn)上，在幾秒鐘的時(shí)間內(nèi)，瞬時(shí)風(fēng)速的變化都能達(dá)到同樣的量級(jí)[9]。風(fēng)速差值標(biāo)準(zhǔn)差4—6月相對(duì)較大，1—2月標(biāo)準(zhǔn)差相對(duì)于其它月也偏大，說明冬春季風(fēng)速數(shù)據(jù)穩(wěn)定性略差，而夏秋季風(fēng)速數(shù)據(jù)較穩(wěn)定。另外，新址與舊址海拔高度相差85.6 m，風(fēng)隨高度增加呈冪指數(shù)變化；新址四周空曠平坦，幾乎不存在疏透結(jié)構(gòu)的建筑物和透風(fēng)結(jié)構(gòu)的林帶，地表摩擦力小，都是造成風(fēng)速新址大于舊址的根本原因。

4.2 降水量累計(jì)相對(duì)差值及風(fēng)向相符率分析

新址與舊址的降水量累計(jì)相對(duì)差值（表2）表明，年降水相對(duì)差值為3%，2月、5月、9月新址降水量多于舊址，其它月份少于舊址。

新址與舊址年風(fēng)向相符率僅34.61%（表2），兩站風(fēng)向一致性較差，也表明風(fēng)是受地理環(huán)境影響最為明顯的要素，尤其平均風(fēng)速受遷站的影響非常大，地形差異、海拔高差都會(huì)對(duì)其產(chǎn)生明顯的影響。

4.3 顯著性檢驗(yàn)

采用t檢驗(yàn)方法對(duì)舊址近20 a觀測資料的平均值和新址1 a觀測資料的平均值進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，以顯著性水平達(dá)到0.05作為通過檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)，檢驗(yàn)要素包括：平均氣溫、最高、最低氣溫、降水量、平均相對(duì)濕度、平均風(fēng)速的月值和年值。由表3可知，除平均風(fēng)速、相對(duì)濕度未通過檢驗(yàn)外，其余均通過了顯著性水平檢驗(yàn)；但各要素的月值與年值均差異顯著，各占50%通過了顯著性檢驗(yàn)，冬季（12月—翌年2月）因大氣層結(jié)較穩(wěn)定，故而溫度、濕度均通過了顯著性檢驗(yàn)；新址與舊址5個(gè)要素資料均有不能連續(xù)使用的月份，年值平均風(fēng)速和相對(duì)濕度不能連續(xù)使用，降水和溫度可連續(xù)使用。

5 結(jié)論

（1）差值比較和趨勢(shì)比較均表明，在分析的4個(gè)要素中，受氣象探測環(huán)境變化和觀測方式變更的影響，喀什站舊址氣溫、相對(duì)濕度、2 min平均風(fēng)速區(qū)域一致性較差、降水基本一致。t檢驗(yàn)結(jié)果顯示，喀什站舊址平均溫度、風(fēng)速、相對(duì)濕度均存在不連續(xù)點(diǎn)，其原因主要是人工觀測改為自動(dòng)觀測和臺(tái)站觀測環(huán)境變化所致。

（2）新舊址對(duì)比分析結(jié)果顯示，喀什站新址與舊址年平均氣溫、最高、最低氣溫的差值均為負(fù)值。新址與舊址降水量的差值平均值相差不大，年降水量無差異；相對(duì)濕度差值平均值除9月、10月小于舊址外，其它月份明顯大于舊址；風(fēng)速差值平均值均為正值，表明新址風(fēng)速大于舊址，年平均風(fēng)速差值平均值偏大1.1 m/s。新址與舊址降水差值標(biāo)準(zhǔn)差5—9月相對(duì)較大，其余月份比較穩(wěn)定；相對(duì)濕度差值標(biāo)準(zhǔn)差最大，年值為4.61%；風(fēng)速差值標(biāo)準(zhǔn)差4—6月相對(duì)較大，1—2月標(biāo)準(zhǔn)差相對(duì)偏大，說明冬春季風(fēng)速數(shù)據(jù)穩(wěn)定性略差，而夏秋季風(fēng)速數(shù)據(jù)較穩(wěn)定。新址與舊址年風(fēng)向相符率僅34.61%，表明兩站風(fēng)向一致性較差。除平均風(fēng)速、相對(duì)濕度未通過0.05的顯著性水平檢驗(yàn)外，其他要素均通過了顯著性水平檢驗(yàn)，但各要素的月值與年值均差異顯著。

（3）新址與舊址年值平均風(fēng)速和相對(duì)濕度不能連續(xù)使用，降水、溫度可連續(xù)使用。

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Data Comparison and Analysis of Kashgar National Reference Climatological Station Before and After Moving

QIN Rong1，YAO Zuoxin1，WANG Qiuxiang1，JING Lihong2，HU Yicheng1，YANG Xian3，ZHANG Jing1，YANG Hua1

（1.Xinjiang Meteorological Information Center，Urumqi 830002，Xinjiang；2.Tacheng Meteorological Bureau，Tacheng 834700，Xinjiang；3.Urumqi Meteorological Bureau，Urumqi 830002，Xinjiang）

The data collected at the old site of Kashgar Station from 1963 to 2013 was used（the data collected at Maigaiti,Yuepuhu and Jiashi stations during the same period was used for references）to compare with the data collected at the new site of Kashgar Station in 2013,then T test was made with the data collected from the reference stations and the old and new stations.The results show poor difference and regional consistency but good uniformity in air temperature,RH and average wind speed between the old site and the reference stations;the annual average temperature,maximum and minimum temperatures,and precipitation data collected at the new and old sites can be used continuously;the months with discontinuity in monthly average temperature, the maximum and minimum temperatures,precipitation,and average RH accounted for 50%,the data of average wind speed at significance level of 0.05 was discontinuous from Jan.to Dec.;the temperature difference between the old and new sites changed most obviously in winter while relatively little in summer and fall;average RH at the new site was on the high side comparing with the old site,and the biggest difference occurred in winter;average wind speed at the new site was 1.1 m/s higher than the old site,and the deviation was smaller in winter;the wind direction consistent rate was only 34.61%,and the differences was obvious between the months.

Kashgar national Reference station；station moving；impact of elements；comparison and analysis of data

P468

B

1002-0799（2015）04-0055-07

秦榕，，姚作新，王秋香，等.喀什國家基準(zhǔn)站遷站前后資料對(duì)比分析[J].沙漠與綠洲氣象，2015，9（4）：55-61.

10.3969/j.issn.1002-0799.2015.04.009

2014-08-04；

2015-05-20

2012年度公益性行業(yè)（氣象）科研專項(xiàng)“中國近60年地面關(guān)鍵氣候要素均一性檢驗(yàn)與訂正技術(shù)及站址變動(dòng)影響研究”（GYHY201206013）資助。

秦榕（1961-），女，高級(jí)工程師，主要從事地面、輻射數(shù)據(jù)分析和質(zhì)量控制。E-mail：qinrong1961@sina..cn

姚作新（1968-），男，高級(jí)工程師，主要從事業(yè)務(wù)管理和氣候分析工作。E-mail：1634387599@qq.com