潮州市新舊觀測(cè)站氣象要素變化對(duì)比分析

陸百翔，唐　凱，葉化軍

(廣東省潮州市氣象局，廣東　潮州　521000)

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潮州市新舊觀測(cè)站氣象要素變化對(duì)比分析

陸百翔，唐凱，葉化軍

(廣東省潮州市氣象局，廣東潮州521000)

2013年，由于陳橋觀測(cè)站觀測(cè)環(huán)境的破壞，觀測(cè)場(chǎng)搬到了遠(yuǎn)離市區(qū)的紅山森林公園。為了驗(yàn)證觀測(cè)資料在搬遷前后是否有明顯差異，通過T檢驗(yàn)對(duì)潮州新舊觀測(cè)站之間的各項(xiàng)氣象要素進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，再對(duì)潮州新舊站點(diǎn)之間的各項(xiàng)氣象要素進(jìn)行差值對(duì)比分析，結(jié)果表明：新站個(gè)別月份的月平均氣溫和月平均風(fēng)速與舊站存在顯著差異；新站除了個(gè)別月份之外，月平均氣溫、月平均最高氣溫、月平均最低氣溫、月極端最高氣溫、月極端最低氣溫與舊站相比，均比舊站低，相對(duì)濕度則是新站比舊站高；新站的月平均風(fēng)速基本比舊站小，盛行風(fēng)向有明顯的季節(jié)性變化，新站的風(fēng)向特征與本地歷史風(fēng)向特征有一定的差異；新舊站之間的降水量差異較小。

大氣探測(cè)；氣象要素；t檢驗(yàn)；潮州

1　引言

潮州國(guó)家一般氣象站陳橋觀測(cè)站(以下簡(jiǎn)稱舊站)現(xiàn)址位于潮州市城鄉(xiāng)結(jié)合部。自1997年來，由于城市的迅猛發(fā)展，觀測(cè)站周圍由原本空曠的水稻田變成了建設(shè)用地，相繼建成成排村民住宅樓及廠房，現(xiàn)址周邊逐漸形成村民生活區(qū)、企業(yè)生產(chǎn)區(qū)和教學(xué)區(qū)。觀測(cè)環(huán)境已遭到破壞，不符合觀測(cè)要求[1]。至2007年探測(cè)環(huán)境評(píng)估為49.3分，2011年評(píng)估為49.1分。因此，2013年觀測(cè)站進(jìn)行了搬遷，潮州站新址紅山觀測(cè)站(以下簡(jiǎn)稱新站)位于潮州市紅山森林公園職工宿舍后，地處潮州古城之東，與潮安縣磷溪鎮(zhèn)相鄰，位于現(xiàn)址偏東方向。站址地勢(shì)較高，除北面和東面有自然山體遮蔽外，四周視野開闊，新址探測(cè)環(huán)境評(píng)估98.9分。為了解潮州觀測(cè)站是否會(huì)由于站址遷移而使得觀測(cè)資料產(chǎn)生明顯差異，本文將簡(jiǎn)單運(yùn)用統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法中的T檢驗(yàn)，來檢驗(yàn)潮州觀測(cè)站搬遷前后的部分觀測(cè)資料是否具有連續(xù)性。

表1　新舊站差異對(duì)比

2　資料來源和分析方法

文中所用分析資料取自2013年1—12月新舊觀測(cè)站的氣溫、氣壓、相對(duì)濕度、風(fēng)速風(fēng)向等觀測(cè)資料，以及舊站1983—2012年共計(jì)30 a的氣溫、氣壓、相對(duì)濕度、風(fēng)速風(fēng)向等觀測(cè)資料。為了簡(jiǎn)述方便，文中所提新站代表紅山觀測(cè)站，舊站代表陳橋觀測(cè)站，差值為新舊站之差，在盛行風(fēng)向的對(duì)比分析中，分別用1、4、7、10月的風(fēng)向資料代表冬、春、夏、秋4個(gè)季節(jié)。

為了檢驗(yàn)新站在搬遷前后氣象要素是否有明顯差異，用統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)方法t檢驗(yàn)對(duì)新舊站的氣象要素進(jìn)行檢驗(yàn)。再對(duì)新舊站氣象要素差異情況進(jìn)行對(duì)比分析。

3　t檢驗(yàn)及結(jié)果

舊站在搬遷之前已累積了50多年的觀測(cè)資料，為了解觀測(cè)站在搬遷之后，是否會(huì)導(dǎo)致觀測(cè)資料的中斷。因此，為了檢驗(yàn)兩站搬遷前后的氣候資料之間是否存在明顯差異，而使得兩站觀測(cè)資料不連續(xù)。以下將用統(tǒng)計(jì)假設(shè)方法中的t檢驗(yàn)法[2-3]對(duì)相關(guān)資料進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)。結(jié)果列于表2。t公式為：

表2　各氣象要素t檢驗(yàn)結(jié)果

從表2可見， 7月的月平均氣溫、7月和9月的月平均風(fēng)速這幾個(gè)要素的檢驗(yàn)結(jié)果絕對(duì)值均大于2.045，其余氣象要素的檢驗(yàn)結(jié)果絕對(duì)值均小于2.045。這表明，7月的月平均氣溫、7月和9月的月平均風(fēng)速這幾個(gè)要素在遷站之后與舊站氣象資料存在明顯差異，而其余氣象要素在遷站之后沒有明顯差異。而全年平均氣象要素的檢驗(yàn)結(jié)果絕對(duì)值則均小于2.045，通過了連續(xù)性檢驗(yàn)。

4　新舊站各氣象要素差異對(duì)比[4-7]

4.1氣溫對(duì)比

4.1.1月平均氣溫(平均、最高、最低)由表3可以看出，新站的月平均氣溫、月平均最高氣溫、月平均最低氣溫這3項(xiàng)要素均比舊站低，其中，月平均最高氣溫差值最小，月平均最低氣溫差值最大。從差值大小的時(shí)間分布上可以看出，在上半年，三者的差值基本上比較小，較大的差值基本集中在下半年。

表3　新舊站月平均氣溫

分析兩站之間存在的氣溫差異原因：

兩個(gè)站點(diǎn)之間的海拔高度并不相同，兩者相差49.9 m(表1)，按照近地面層的氣溫隨海拔高度的平均遞減率0.6 ℃/100 m來估算，新站海拔比舊站高49.9 m，會(huì)導(dǎo)致氣溫下降0.3 ℃。但這與表3上的數(shù)值仍然相差較大。新舊站全年的平均氣溫差值為-1.3 ℃，即使考慮了因海拔高度不同而引起的氣溫差異，但仍存在將近1 ℃的氣溫偏差。這說明兩站點(diǎn)之間的氣溫差異不僅跟海拔高度有關(guān)系，還受到其他因素的影響。

對(duì)比兩個(gè)站點(diǎn)的周邊環(huán)境，舊站位于市區(qū)中心，觀測(cè)站周圍也已經(jīng)被高樓包圍，并且下墊面硬化率高，為水泥或者瀝青路面，這些材料的比熱容較小，升溫快。而新站位于郊區(qū)的紅山森林公園，周邊植被茂盛，綠化率高，植被與水泥路面相比，有著更大的比熱容和吸熱率[8-9]。

舊站位于市區(qū)中心，人類活動(dòng)頻繁，居民在生活、生產(chǎn)過程中均排放出較多的CO2等溫室氣體，溫室氣體吸收了地面長(zhǎng)波輻射，使得近地面層的溫度明顯升高。由此可以推斷，熱島效應(yīng)對(duì)兩站氣溫差異有一定的影響[5]。

4.1.2月極端氣溫(最高、最低)

表4　新舊站月極端氣溫

從表4可以看出，新站的極端最高氣溫基本比舊站低。新站在5—8月的月極端最高氣溫均大于35 ℃，而舊站在5—10月的月極端最高氣溫均大于35 ℃，這表明新站與舊站相比，高溫較難出現(xiàn)。從月極端最高氣溫的出現(xiàn)時(shí)間上來看，除了6月和7月的出現(xiàn)日期相差10 d以上之外，其余月份新舊站月極端最高氣溫出現(xiàn)時(shí)間基本一致。分析其原因，6月和7月處于華南地區(qū)的汛期期間，此時(shí)天氣不穩(wěn)定，午后局地雷陣雨多發(fā)，降水時(shí)空分布不均，這可能是造成新舊站極端最高氣溫出現(xiàn)時(shí)間不一致的原因之一。從差值的時(shí)間分布上來看，隨著季節(jié)由冷變暖，差值呈現(xiàn)出一個(gè)逐步增大的趨勢(shì)。此外，月極端最高氣溫出現(xiàn)的時(shí)間也比較一致。

新舊站的月極端最低氣溫差異情況與月極端最高氣溫的變化情況也十分相似，新站的月極端最低氣溫均比舊站低。新站的月極端最低氣溫在5 ℃左右或以下的月份有3個(gè)，而舊站全年的月極端最低氣溫均在5 ℃以上，這表明新站比舊站更容易出現(xiàn)低溫。其次，除了1月和8月的出現(xiàn)日期相差5 d以上之外，新舊站的月極端最低氣溫出現(xiàn)日期基本一致。在查閱相關(guān)月份的報(bào)表之后發(fā)現(xiàn)：2013年1月1日和18日，新站的最低氣溫分別為5.4 ℃和5.3 ℃，在相同時(shí)間內(nèi)，舊站的最低氣溫分別為7.4 ℃和7.7 ℃，同一時(shí)段內(nèi)新舊站的溫度差異并不明顯，由此可見新舊站的月極端最低氣溫的出現(xiàn)時(shí)間是一致的。從差值的分布情況上來看，在秋冬季節(jié)，月極端最低氣溫的差異更為明顯。

4.2相對(duì)濕度

由表5可見，除了5月偏低之外，新站的相對(duì)濕度基本上比舊站的高。差值范圍在-1%—4%之間，平均差值為2%，而這也與熱島效應(yīng)的相關(guān)研究結(jié)果相符，在城市中，地面硬度化、綠化面積小、溫度高蒸發(fā)快，使得相對(duì)濕度偏低[5]，而新站周圍植被茂盛，植物蒸騰作用明顯，故新站的相對(duì)濕度比舊站高。

表5　新舊站風(fēng)速、相對(duì)濕度、降水對(duì)比

4.3風(fēng)速、風(fēng)向

表6　新舊站盛行風(fēng)向差異情況

圖1　新站風(fēng)玫瑰圖Fig.1　The wind rose diagram of the old site

圖2　舊站風(fēng)玫瑰圖Fig.2　The wind rose diagram of the old site

首先分析新舊站的風(fēng)速差異情況：從表5可見，新站的月平均風(fēng)速基本上比舊站小。一般來說，在近地面層，海拔越高，風(fēng)速越大，雖然新站的海拔高度比舊站高，但是新站的風(fēng)力卻比舊站小，這與上述規(guī)律不相符，由此可以判斷，新站的風(fēng)速的大小可能受到了其他因素的影響。

接下來看新舊站全年的盛行風(fēng)向情況，從圖1可以看出，新站冬季的盛行風(fēng)向?yàn)槲鞅保L(fēng)向頻率為15%；春季的盛行風(fēng)向則有2個(gè)，為東南和東南偏南，風(fēng)向頻率均為10%；夏季的盛行風(fēng)向?yàn)闁|，風(fēng)向頻率為18%；秋季的盛行風(fēng)向?yàn)闁|北東，風(fēng)向頻率為12%。全年的盛行風(fēng)向也有2個(gè)，分別為東和東南，風(fēng)向頻率均為10%。其次是東南和西北，風(fēng)向頻率同為9%。綜上所述，新站春夏季節(jié)盛行東南到東風(fēng)，秋冬季節(jié)盛行偏北風(fēng)，盛行風(fēng)向有明顯的季節(jié)變化，這與潮州所屬季風(fēng)區(qū)的盛行風(fēng)向相符[10]。

再看舊站(圖2)，冬季的盛行風(fēng)向?yàn)楸?，風(fēng)向頻率為22%；春季的盛行風(fēng)向?yàn)闁|南，風(fēng)向頻率為13%；夏季的盛行風(fēng)向?yàn)闁|南東，風(fēng)向頻率為13%；秋季的盛行風(fēng)向?yàn)楸?，風(fēng)向頻率為13%。全年盛行風(fēng)向?yàn)楸?，風(fēng)向頻率為13%。其次為西北北，風(fēng)向頻率為11%。舊站秋冬季節(jié)盛行偏北風(fēng)，春夏季節(jié)盛行東南風(fēng)。通過查閱舊站1981—2010年共計(jì)30 a的統(tǒng)計(jì)資料，得知舊站的年平均盛行風(fēng)向?yàn)闁|南，其次為北，舊站2013年的盛行風(fēng)向與其歷史統(tǒng)計(jì)資料基本相符，這表明舊站的風(fēng)向沒有受到周邊環(huán)境的影響，仍具有代表性。

圖3　新站地平圈障礙物遮蔽圖Fig.3　The surrounding covered of the new site on the horizon

對(duì)比新舊站的風(fēng)向玫瑰圖，可以看出新舊站的盛行風(fēng)向有明顯的差異，將新舊站相同時(shí)間內(nèi)的盛行風(fēng)向列于表5，發(fā)現(xiàn)新舊站各個(gè)季節(jié)的盛行風(fēng)向雖然十分相似，但新站的盛行風(fēng)向與舊站相比，均有不同程度的偏差。例如，舊站秋冬季節(jié)均盛行北風(fēng)，新站卻分別盛行東北偏東風(fēng)和西北風(fēng)。而在前文也已經(jīng)論證，舊站的風(fēng)向數(shù)據(jù)沒有受到周邊環(huán)境的影響，舊站的風(fēng)向數(shù)據(jù)仍能代表本地的風(fēng)向特征，也就是說，新站的風(fēng)向數(shù)據(jù)與本地風(fēng)向特征有所偏差。至于為什么會(huì)出現(xiàn)此種偏差，從圖3上我們可以直觀地發(fā)現(xiàn)原因。在新站的北面到東面，有自然山體的遮擋。其余方位上則沒有遮蔽物。在秋冬季節(jié)，吹向新站的北風(fēng)受到山體的阻擋，偏轉(zhuǎn)為西北風(fēng)或東北偏東風(fēng)，而在新站的東到東南方向上，沒有高大的障礙物阻隔，較為開闊，因此新站的偏東風(fēng)比舊站更明顯。另外，由于北風(fēng)受到山體的阻擋，風(fēng)速也應(yīng)有一定程度的減小，這也部分解釋了新站的月平均風(fēng)速為什么比舊站小。

綜上所述，新站的月平均風(fēng)速基本比舊站小，部分原因?yàn)槭艿街車匦蔚挠绊?，使得風(fēng)速減弱，風(fēng)向特征則由于受到北部山體的阻擋影響，與本地的盛行風(fēng)向有一定程度的偏差。而舊站測(cè)得的風(fēng)向數(shù)據(jù)則沒有受到周邊環(huán)境的影響，仍具有較好的代表性。今后研究本地風(fēng)向風(fēng)速特征時(shí)，使用舊站的觀測(cè)數(shù)據(jù)可能更具有代表性，這也說明本次遷站新址的選址值得商榷，今后一定要考慮當(dāng)?shù)氐氖⑿酗L(fēng)向。

4.4降水量

由表5可知，2013年新舊站點(diǎn)的全年降水時(shí)間主要集中在4—9月，這與華南地區(qū)汛期降水規(guī)律相符合。其中，兩站點(diǎn)的降水量極大值均在7月份，極小值均在1月份，兩站全年的降水量變化趨勢(shì)十分相似。但是，新舊兩站的降水仍有差異，從全年平均相差上來看，新站比舊站偏少140 mm左右。從降水的時(shí)間分布上來看，基本上是新站的降水比舊站少，另外，隨著降水量的增大，新舊兩站的差異就越大。降水的時(shí)空分布不均可能是新舊兩站的降水量差異的原因之一。

5　小結(jié)

①?gòu)腡檢驗(yàn)結(jié)果來看，新站個(gè)別月份的月平均氣溫和月平均風(fēng)速在遷站前后有顯著差異，資料序列是非連續(xù)的，使用該數(shù)據(jù)時(shí)需處理；月平均最高氣溫、月平均最低氣溫、月極端最高氣溫、月極端最低氣溫、月平均風(fēng)速、月平均相對(duì)濕度等氣象要素，在遷站前后沒有顯著差異，資料序列為連續(xù)的。各項(xiàng)年平均氣象要素則均為連續(xù)。

②新站的月平均氣溫、月平均最高氣溫、月平均最低氣溫、月極端最高氣溫、月極端最低氣溫、月平均風(fēng)速等氣象要素比舊站小,而相對(duì)濕度則是新站比舊站略大。

③新站的盛行風(fēng)向均有明顯的季節(jié)性變化，與本地氣候類型相符，但是新站受北側(cè)山體阻擋的影響，北風(fēng)風(fēng)力會(huì)被減弱并且風(fēng)向偏轉(zhuǎn)，由于北風(fēng)風(fēng)向頻率的減少，使得新站的偏東風(fēng)風(fēng)向頻率明顯升高，因此，新站的風(fēng)向特征與本地的風(fēng)向特征有一定的偏差，而舊站的風(fēng)向特征沒有受到周圍環(huán)境的影響，仍具有較好的代表性。所以，在研究本地風(fēng)向特征時(shí)，使用舊站的風(fēng)向數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確。今后遷站，新址的選址一定要考慮當(dāng)?shù)氐氖⑿酗L(fēng)向，新址一定不能在當(dāng)?shù)厥⑿酗L(fēng)向方有較大的障礙物如山體等。

④新舊站的降水分布的變化趨勢(shì)十分相似，但是降水量則存在差異，新站大多數(shù)月份的降水比舊站少，全年降水則比舊站少140 mm左右，可能為降水的時(shí)空分布不均所造成的。

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Comparative Analysis on the Changes of Meteorological Elements of the Old and New Observation Stations in Chaozhou City

LU Baixiang，TANG Kai，YE Huajun

(Chaozhou Meteorological Bureau，Chaozhou 521000，China)

Due to the destruction of the observation environment, Chenqiao Observation Station was moved to Hongshan Forest Park in 2013.In order to test and verify whether there are great differences between the new site and old one, we made tests of significance and the Student's t test on all meteorological elements and we draw conclusions as below: 1.great difference exists between new site and the old one for particular months in views of monthly mean temperature and monthly mean wind speed; 2.Except particular month, the monthly mean temperature, monthly mean maximum temperature, monthly mean minimum temperature, monthly extreme maximum temperature,and monthly extreme minimum temperature are lower at the new site than at the old one, while the relative humidity is higher in the new site; 3.certain difference exists in the prevailing wind direction and monthly average wind speed between new site and the old 4.there is slight difference in precipitation.

atmospheric sounding；meteorological element；Student's t test；Chaozhou

1003-6598(2016)01-0064-06

2015-07-31

陸百翔(1990-)，男，助工，主要從事短期預(yù)報(bào)服務(wù)工作，E-mail:694145720@qq.com。

潮州市科技計(jì)劃項(xiàng)目“潮州市低溫災(zāi)害的氣候特征分析以及預(yù)報(bào)工具的建立和應(yīng)用”(2015GY03)。

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