不同下墊面對氣溫觀測的影響分析

賈紅莉

摘 要 對不同下墊面環(huán)境中的6個(gè)觀測站氣溫觀測（同步觀測）獲得的數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，對數(shù)據(jù)的完整性、連續(xù)性等做了初步評估，以期為數(shù)據(jù)的合理應(yīng)用提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞 氣溫；觀測環(huán)境；下墊面

中圖分類號：P423 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：1673-890X（2016）09--02

城市化建設(shè)中采用了大量人工構(gòu)筑物如鋪裝地面、各種建筑墻面等，引起下墊面發(fā)生變化，改變了下墊面的熱屬性，再加上較多氣象觀測站的探測環(huán)境遭到破壞，導(dǎo)致觀測的氣象要素記錄有所偏差，嚴(yán)重影響了氣象探測數(shù)據(jù)的代表性、連續(xù)性。本文以世界氣象組織（WMO）發(fā)布的地面觀測站環(huán)境分級標(biāo)準(zhǔn)為切入點(diǎn)，創(chuàng)建臺站環(huán)境模擬試驗(yàn)場并開展不同場景觀測試驗(yàn)，獲取不同下墊面環(huán)境因素對要素影響的試驗(yàn)數(shù)據(jù)集，為分析試驗(yàn)資料獲得定量結(jié)論提供基礎(chǔ)資料。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)站點(diǎn)選址

綜合考慮場地環(huán)境科學(xué)合理性、試驗(yàn)安裝的便利性、移動無線傳輸?shù)姆€(wěn)定性以及水電和防雷條件等，經(jīng)過現(xiàn)場勘查評估，確定成都信息工程學(xué)院綜合氣象觀測場為試驗(yàn)站點(diǎn)布設(shè)并開展觀測試驗(yàn)。該觀測場位于北緯30°357.94”、東經(jīng)103°5922.96”，海拔488 m，觀測場內(nèi)部范圍為40 m×80 m，其東面約30 m是3層高辦公樓，北面約40 m是1層高觀測試驗(yàn)用房，西面是高約5 m的樹木和竹林。

1.2 試驗(yàn)站點(diǎn)布局

根據(jù)選址要求，定義下墊面因子為：人工建筑包括水泥路面、建筑物等，分別對100、30、10 m范圍選取不同下墊面因子的位置作為試驗(yàn)站點(diǎn)，每個(gè)站點(diǎn)分別繪制100、30、10 m的距離圈以表征各站點(diǎn)的觀測環(huán)境；根據(jù)“溫度觀測環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)”，站1、站2均為2級站點(diǎn)，100 m圓內(nèi)下墊面因子均超過10%，而30 m圓內(nèi)下墊面因子小于10%；站3、站6為3級站點(diǎn)，10 m圓內(nèi)下墊面因子小于10%，站4、站5均為四級站點(diǎn)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)備標(biāo)定及儀器誤差確定

利用標(biāo)準(zhǔn)化觀測試驗(yàn)前所進(jìn)行的一致性對比觀測得到各站溫度儀器誤差，以測站2為參考標(biāo)準(zhǔn)站，測站1、測站3、測站4、測站5、測站6與參考標(biāo)準(zhǔn)站氣溫的相關(guān)系數(shù)均為0.99，各站與參考站氣溫差的方差均為0，說明測站1到測站6的溫度數(shù)據(jù)具有很好的一致性。

2 資料分析

2.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)資料基本情況

2.1.1 資料完整性

此次試驗(yàn)時(shí)間為2014年3月13日-7月13日，共123 d，應(yīng)有樣本數(shù)為177 120個(gè)。

從試驗(yàn)期間數(shù)據(jù)記錄完整性統(tǒng)計(jì)來看，測站3（本站）記錄總?cè)睖y率達(dá)20.1%，其次為測站1，缺測率為14.7%，其余4各測站缺測率為7.7%～7.8%。其中3月除測站3缺測26.3%外，其余各站數(shù)據(jù)記錄完整；4月份測站3缺測31.5%，其余測站缺測率均為6.3%；5月測站3數(shù)據(jù)記錄完整，其余測站缺測率均為7.4%；6月測站3數(shù)據(jù)記錄完整，其余測站缺測率均為約15%；7月測站3、測站1缺測率分別為78.8%、72.5%，其余測站缺測率均為約6.3%。

一致性試驗(yàn)期間數(shù)據(jù)記錄中，試驗(yàn)前一致性觀測試驗(yàn)中數(shù)據(jù)記錄基本完整；試驗(yàn)后一致性觀測試驗(yàn)期間應(yīng)有資料樣本數(shù)11 104個(gè)，但實(shí)際資料數(shù)及其缺測率為：測站1：6 583個(gè)，40.7%；測站2：7 168個(gè)，35.4%；測站3（本站）：11 045個(gè)，0.5%；測站4：7 171個(gè)，35.4%；測站5：7 172個(gè)，35.4%；測站6：7 168個(gè)，35.4%。

2.1.2 資料連續(xù)性

經(jīng)資料誤差訂正，分析試驗(yàn)期間2014年3月13日-7月13日各站逐分鐘、逐10 min抽樣觀測資料連續(xù)性結(jié)果為：除測站3及測站4外，其余各站曲線位像基本重合，但均呈明顯階梯式變化，階梯距離從5～60 min，以1小時(shí)左右居多；測站3及測站4曲線相對較為連續(xù)，但位像卻相差45 min左右，而測站4位像更接近其余各站。由此初步推斷，測站1、測站2、測站5、測站6資料連續(xù)性相對較差；測站3及測站4資料連續(xù)性相對較好，但測站3資料相對其余各站有明顯的滯后，這很可能是由于測站3資料的時(shí)間與其他測站不同步導(dǎo)致。

2.2 一致性觀測試驗(yàn)分析

對比試驗(yàn)前與試驗(yàn)后一致性觀測試驗(yàn)及結(jié)果，對數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差訂正及延時(shí)處理，計(jì)算得到測站1、測站3、測站4、測站5、測站6與參考標(biāo)準(zhǔn)站氣溫的相關(guān)系數(shù)均為0.99，各站與參考站氣溫差的方差均為0，說明測站1至測站6的溫度數(shù)據(jù)依然具有很好的一致性。

2.3 數(shù)據(jù)相關(guān)性分析

以測站2為標(biāo)準(zhǔn)站，對所有測站試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸計(jì)算，結(jié)果表明：測站3與標(biāo)準(zhǔn)站的相關(guān)系數(shù)較其他各測站明顯偏低，對測站3的數(shù)據(jù)進(jìn)行了平移處理，發(fā)現(xiàn)測站2和測站3之間的相關(guān)系數(shù)上升，線性回歸的截距變小。

3 不同下墊面對氣溫觀測的影響

3.1 日變化

利用誤差訂正后的分鐘觀測數(shù)據(jù)，對每日氣溫變化進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，直觀地反映出了各測站數(shù)據(jù)的平均水平和變異程度，除了測站3外，其余5個(gè)站，最小值、最大值、下四分位數(shù)、上四分位數(shù)及中位數(shù)均沒有明顯偏差，只是各測站資料變異程度在白天大于夜間；4月存在兩個(gè)異常值（也稱離群值，是大于1.5倍四分位數(shù)間距的數(shù)值）。測站3的仍表現(xiàn)出明顯的滯后性，尤其是在日出后氣溫上升較為迅速的時(shí)段更為顯著。

3.2 氣溫差頻率分布

各站與參考站2氣溫差所占頻率分布為：參考站與測站1氣溫差在0 ℃時(shí)所占頻率最大，其次為正負(fù)0.1 ℃時(shí)頻率較大，并多在正負(fù)0.2 ℃之間；參考站與測站4氣溫差在0.1 ℃時(shí)所占頻率最大，其次為0.2 ℃時(shí)的頻率較大，并多在正負(fù)0.3 ℃之間分布較為平均；參考站與測站5氣溫差在-0.1 ℃時(shí)所占頻率最大，其次為0.1 ℃時(shí)的頻率較大，其余在正負(fù)0.3 ℃之間分布較為平均；參考站與測站6氣溫差在-0.2 ℃時(shí)所占頻率最大，其次為-0.3 ℃、-0.1 ℃時(shí)的頻率較大，其余為0.0 ℃；參考站與測站3氣溫差在0.1 ℃和-0.3 ℃時(shí)所占頻率較大。由此可見，參考站與測站3氣溫差頻率分布較為異常；參考站與測站1氣溫差頻率分布較為平均；而參考站與測站4氣溫差正值較多；參考站與測站5氣溫差負(fù)值居多；參考站與測站6氣溫差基本都為負(fù)值。

4 小結(jié)

試驗(yàn)測站3資料缺測率偏高，且與其余試驗(yàn)測站間可能有時(shí)差。除測站3、測站4外，其余各測站資料連續(xù)性較差。除測站3外，其余各測站數(shù)據(jù)的平均水平基本一致，無明顯偏差，各測站資料變異程度在白天大于夜間。

參考文獻(xiàn)

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[2]李邵云，田萍，梁杰，等.城市發(fā)展對氣象要素探測環(huán)境的影響分析[J].環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)，2008（11）：40-43.

（責(zé)任編輯：劉昀）