銅陵基本站新舊址對比觀測資料分析

林群星 郭丹 張寅

摘 要：為了解安徽銅陵國家基本氣象站新舊址氣象要素對比觀測數(shù)據(jù)差異，分別選取2011年7月、10月及2012年1月新站和舊站氣溫、相對濕度、風向風速等要素觀測數(shù)據(jù)進行對比分析，同時利用舊站近20a和新站1a相應觀測資料月、年平均值進行連續(xù)性檢驗。結果表明：新舊站氣溫差值范圍在-0.5～0.8℃之間；新站相對濕度較舊站高3～9個百分點；新站風速較舊站偏大，新舊站最多風向及頻率略有偏差，但主導風向未變；通過t檢驗發(fā)現(xiàn)：除8月份風速存在顯著性差異外，其余要素均無顯著差異。造成氣象觀測數(shù)據(jù)差異主要與新舊觀測站地理位置、周邊環(huán)境、海拔高度及下墊面性質(zhì)等因素有關。

關鍵詞：基本站；遷徙；氣象資料；對比分析；銅陵

中圖分類號 P412.1 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2016）10-0145-03

銅陵地面氣象觀測站屬于國家基本氣象站，其觀測資料參加全球交換。2007年以來，隨著城市化的發(fā)展，銅陵縣城關鎮(zhèn)北郊箬笠山站（舊站）氣象觀測環(huán)境遭到破壞，部分氣象觀測數(shù)據(jù)已不具有代表性、準確性、比較性。2011年7月新觀測站建成，并與舊站開始進行對比觀測。為了解新、舊觀測站因地理位置，周圍環(huán)境等不同而形成氣象觀測數(shù)據(jù)差異，選取2站同期氣溫、風向風速、相對濕度等氣象要素進行對比分析，并用舊站近20a和新站1a相應觀測資料月、年平均值進行資料序列連續(xù)性檢驗，了解氣象要素觀測數(shù)據(jù)變化情況，為氣象服務和科研工作者合理使用氣象資料提供參考。

1 新舊測站參數(shù)及周邊環(huán)境對比

銅陵新、舊氣象觀測站參數(shù)情況見表1。從表1可以看出新、舊站直線距離相距6 620.5m，觀測場海拔高度相差26.5m。

圖1為新舊測站的地坪圈遮蔽圖和人為障礙物仰角對比圖。由圖1（A）可見，舊站被高大的人為障礙物近距離包圍，特別是其西北方被人為障礙物遮擋，仰角達23.0°，探測環(huán)境已不符合氣象觀測規(guī)范要求。由圖1（B）可見，新測站在郊外，遠離城市，四周空曠，最大仰角5.5°，符合氣象探測環(huán)境標準要求。

A：舊測站，B：新測站

2 資料與方法

選取新、舊站2011年7月、10月及2012年1月同期氣溫、相對濕度、風向風速等觀測資料，運用差值統(tǒng)計方法，分析、查找2站氣象觀測數(shù)據(jù)的差異和原因，同時采用舊站近20a和新站1a相應觀測資料月、年平均值進行t檢驗，分析遷站前后氣象資料序列的連續(xù)性。

3 新舊站氣象要素對比觀測資料分析

3.1 氣溫

3.1.1 月平均氣溫 由表2可以看出，新舊站7月、1月平均氣溫新站比舊站分別偏高0.3℃、0.2℃，而10月平均氣溫2站持平。從圖2a日平均氣溫來看，7月2站差值在-0.7～1.1℃，新站比舊站偏高的有24d，占觀測天數(shù)的77%，偏低的有6d，占觀測天數(shù)的19%，相同的有1d；10月2站差值在-0.9～0.7℃，新站比舊站偏高的天數(shù)為15d，占觀測天數(shù)的48%，偏低的有12d，占觀測天數(shù)的39%，相同的有4d；1月2站差值在-0.8～0.5℃，新站比舊站偏高的有22d，占觀測天數(shù)的71%，偏低的有7d，占觀測天數(shù)的23%，相同的有2d。

3.1.2 月平均最高、最低氣溫 由表2可見，新站7月、1月平均最高、最低氣溫比舊站分別偏高0.1℃、0.2℃，而10月最高氣溫偏低0.1℃，最低氣溫2站持平。從圖2b日最高氣溫來看，7月、1月新站高于舊站的分別有19d、20d，分別占觀測天數(shù)的61%、65%，偏低的分別有10d、8d，分別占觀測天數(shù)的32%、23%，相同的分別有2d和3d，差值在-1.1～1.5℃和-0.8～0.5℃，而10月新站低于舊站有19d，占觀測天數(shù)的61%，偏高的有11d，占觀測天數(shù)的35%，相同的有1d，差值在-0.7～0.9℃；從圖2c日最低氣溫來看，7月、1月新站高于舊站分別有22d、21d，占觀測天數(shù)的71%和68%，偏低的分別有8d、10d，占觀測天數(shù)的23%和32%，7月相同的有1d，差值分別在-1.6～1.1℃和-2.4～0.7℃；而10月新站高于舊站有17d，占觀測天數(shù)的55%，偏低的有11d，占觀測天數(shù)的35%，相同的有3d，差值在-1.3～0.8℃。

3.1.3 月極端最高、最低氣溫 由表2可知，7月、10月、1月極端最高氣溫新站比舊站平均偏低0.3℃，差值分別為

-0.4℃、-0.5℃、0.0℃；極端最低氣溫新站比舊站平均偏高0.3℃，差值分別為0.8℃、0.3℃、-0.2℃。由此可見，在7、10、1月新站月極端最高氣溫平均比舊站偏低0.3℃的情況下，新站月極端最低氣溫比舊站平均高0.3℃，這說明新站氣溫日較差比舊站小。

差值對比

3.2 風向風速

3.2.1 風速 新、舊站7月、10月、1月同期日逐時次月平均風速變化情況如圖3。由圖3可知，新站7、10、1月一日內(nèi)逐時次月平均風速均大于舊站，差值范圍分別在0.2～0.8m/s、0.0～1.0m/s、0.1～1.1m/s，從1d內(nèi)24h月平均風速來看，7月、10月、1月新站比舊站分別平均偏大0.93m/s、0.49m/s、0.57m/s。此外，7月、10月、1月日逐時次月平均風速最大差值均出現(xiàn)在16：00，而最小差值分別出現(xiàn)在凌晨2：00、19：00、凌晨5：00；兩站夜間風速差值偏小，白天差值偏大，而且風速越大差值越大。

圖3 2011年7、10月和2012年1月測站新舊址一日內(nèi)逐時次月平均風速變化曲線

3.2.2 風向 新、舊站7月、10月、1月風向頻率相符情況如圖4。由圖4可知，7月新、舊站最多風向均為WSW，出現(xiàn)頻率分別為11%、21%，而次多風向新站為N和NNE，出現(xiàn)頻率均為10%，舊站為ENE，出現(xiàn)頻率為18%。10月新、舊站最多風向均為ENE，出現(xiàn)頻率分別為22%、40%，而次多風向新站為NE，出現(xiàn)頻率均為16%；舊站為E，出現(xiàn)頻率均為13%；1月新站最多風向為NE，出現(xiàn)頻率為23%，次多風向為NNE，出現(xiàn)頻率均為21%，第三多的是ENE，頻率為18%；舊站最多風向為ENE，出現(xiàn)頻率為49%，次多風向為NE，出現(xiàn)頻率為14%。而當觀測風速大于0.2m/s時，根據(jù)新址與舊址風向角度差小于22.5°時可以認為2地風向相符[10]的規(guī)定，1月新、舊站風向基本一致。

圖4 2011年7、10月和2012年1月新舊站月風向玫瑰圖比較

3.3 相對濕度 新、舊站7月、10月、1月同期日逐時次月平均相對濕度變化情況如圖5。由圖5可見，7、10、1月2站同期日逐時次月平均相對濕度差值范圍分別在1%～4%、2%～7%、7%～11%，差值平均分別為3%、4%、9%；新、舊站相對濕度夜間差值偏大，白天差值偏小；冬季差值最大，夏季差值最小。

3.4 氣象要素對比觀測數(shù)據(jù)差異原因

3.4.1 海拔高度、城市熱島效應對氣溫的影響 新站氣溫比舊站偏高，主要由海拔高度造成。2站拔海高度差26.5m，按照近地面層的平均遞減率0.65℃/100m計算，減去0.16℃后，表2中7月、10月、1月總體氣溫新站比舊站平均偏低0.1℃左右。這是由于舊站位于縣城，人口密集，生產(chǎn)、生活及交通運輸排放的熱量比郊區(qū)大，城市熱島效應影響大于郊外，且在春（秋）季較為明顯，冬季次之。

3.4.2 周圍環(huán)境對風速的影響 新站7月、10月、1月風速大于舊站，主要是舊站受城市化發(fā)展影響，周圍高大建筑物增多，特別是位于其西北方新建的銅陵縣醫(yī)院大樓，仰角達23.0°（圖1A），地面摩擦增大，不僅阻擋了氣流，而且在其背風面形成的湍流也削弱風速；而新站地處郊區(qū)，四周空曠（圖1B），氣流暢通，風速更貼近自然氣候的風速。

3.4.3 下墊面性質(zhì)對相對濕度的影響 相對濕度新站大于舊站。2站相距約6.6km，舊站在城區(qū)，新站在郊外，2地植被面不同，且距新站觀測場100m外的東、西、北邊皆為人工湖（西湖），植被的蒸騰、湖水蒸發(fā)作用使新站的相對濕度增大，而舊站位于城區(qū)，受城市熱島效應影響，氣溫略有升高，濕度也會降低。

4 新站與舊站前20a資料檢驗

假設[x0]為某要素月（年）平均值，假定樣本容量為[n]月（年），這[n]年相應要素月（年）平均值的樣本序列為x1，x2，…，xi，…，xn，統(tǒng)計量

5 小結

（1）銅陵國家基本站遷站對比觀測資料分析表明，新舊站氣溫差值范圍在-0.5～0.8℃、新站較舊站風速偏大、相對濕度偏高；2站主導風向均未發(fā)生改變，表現(xiàn)為夏季盛行WSW，冬春季盛行ENE。

（2）海拔高度差及“城市熱島效應”是造成2站氣溫差異的主要因素；風速差異主要影響因素是周圍環(huán)境改變；相對濕度的差異與2站的下墊面性質(zhì)等因素有關。

（3）t檢驗結果表明，除8月風速存在差異顯著外，其余月、年平均氣溫、降水量、平均相對濕度、平均風速等均未通過顯著性檢驗。對整個資料序列的影響究竟如何評估，尚需新址更長一段時間資料進一步綜合分析研究。

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（責編：吳祚云）