思南氣象站遷站對比觀測數(shù)據(jù)差異分析

周繼先,聶 云,安德生,屈 花,徐大紅

(1.貴州省思南縣氣象局,貴州 思南 565100;2.貴州省黔東南自治州氣象局,貴州 凱里 556000;3.貴州省銅仁市氣象局,貴州 銅仁 554300)

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思南氣象站遷站對比觀測數(shù)據(jù)差異分析

周繼先1,聶 云2,安德生1,屈 花1,徐大紅3

(1.貴州省思南縣氣象局,貴州 思南 565100;2.貴州省黔東南自治州氣象局,貴州 凱里 556000;3.貴州省銅仁市氣象局,貴州 銅仁 554300)

利用思南氣象站新址與現(xiàn)址2015年1、4、7、10月同期對比觀測資料進行分析，表明新址氣溫、氣壓低于現(xiàn)址，相對濕度、風(fēng)速大于現(xiàn)址，風(fēng)向的一致性較差；降水量總量差異不大，但當(dāng)降水強度增大時，兩址降水量差異相對增大。兩址探測環(huán)境不同、海拔高度差、下墊面差異以及城市熱島效應(yīng)等因素是造成氣象要素觀測值差異的重要原因。

遷站；對比觀測；差異分析；思南

1 引言

思南氣象站1948年2月2日建站，1954年1月1日遷至現(xiàn)址。隨著城鎮(zhèn)建設(shè)的發(fā)展，觀測場四周逐步被各種高低樓群包圍，下墊面幾乎全是水泥地面，探測環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞，2007年氣象探測環(huán)境現(xiàn)狀綜合評分為61.3分，累計遮擋方位達207°。為了確保氣象資料代表性和準(zhǔn)確性的要求,經(jīng)貴州省氣象局報中國氣象局審批同意遷至現(xiàn)址西南方直線距離2.2 km、海拔高度差+159.8 m處，新址四周開闊平坦，下墊面沒有遭到人為破壞，探測環(huán)境良好。按照《地面氣象觀測規(guī)范》[1]規(guī)定，思南氣象站現(xiàn)址和新址之間水平距離超過了2 km、海拔高度差在100 m以上、地形環(huán)境有較明顯差異，故思南氣象站遷站時需在新舊站址同時進行對比觀測。

由于氣象觀測資料是天氣分析、氣候研究及氣象服務(wù)等工作的奠基石，觀測資料的真實性受到廣大氣象科技工作者的關(guān)注，而有研究表明站址的遷移會對氣象數(shù)據(jù)的均一性造成影響[2-6]，嚴(yán)重時甚至?xí)斐蓺v史氣象資料序列斷裂。思南氣象站為國家基本氣象站，有近70 a歷史氣象資料序列，是思南縣天氣預(yù)測、氣候分析等的重要參考依據(jù)；為確保思南氣象觀測資料的代表性、準(zhǔn)確性和連續(xù)性，很有必要對新舊站址對比觀測資料的差異性進行分析，為今后思南氣象服務(wù)工作的有效開展提供數(shù)據(jù)支撐。

本文利用思南氣象站新址和現(xiàn)址2015年1、4、7、10月同期對比觀測資料，重點對溫度、氣壓、風(fēng)速、相對濕度、雨量5個氣象要素進行差異分析，探討差異形成原因。為思南氣象資料序列的連續(xù)性、資料訂正、氣候分析及現(xiàn)代氣象服務(wù)工作的有效開展提供科學(xué)理論依據(jù)。

2 資料和方法

選取思南氣象站新址與現(xiàn)址2015年1、4、7、10月同期氣溫、氣壓、相對濕度、雨量和風(fēng)5個氣象要素對比觀測資料，資料來源于思南縣氣象局。文中所使用的氣象資料在計算前進行了嚴(yán)格的質(zhì)量控制、完整性和均一性檢驗，同時對缺測資料進行了插補訂正，觀測資料具有較好的代表性。

利用差值分析法統(tǒng)計分析2015年1、4、7、10月思南氣象站新址和現(xiàn)址同期對比觀測資料，文中氣象要素差值為新址觀測值減去現(xiàn)址觀測值。定時風(fēng)風(fēng)向相符率統(tǒng)計規(guī)定為當(dāng)觀測風(fēng)速大于0.2 m/s，且新址與現(xiàn)址風(fēng)向角度差的絕對值小于22.5時，才認(rèn)為兩址風(fēng)向相符。以下為風(fēng)向相符率和降水量累計相對差值的具體計算公式：

(1)

(2)

3 現(xiàn)址和新址氣象要素差異分析

3.1 氣溫差異分析

分析表1可知：2015年1、4、7、10月新址月平均氣溫、月平均最高最低氣溫比現(xiàn)址偏低1.1～1.7 ℃；月極端氣溫新址均比現(xiàn)址偏低，其中1月最明顯，極端最高最低氣溫分別偏低1.2 ℃、1.7 ℃。綜上分析表明:①新址與現(xiàn)址之間存在明顯的負(fù)溫差，且差值較穩(wěn)定，沒有明顯波動和振蕩現(xiàn)象；②總體而言，氣溫差值季節(jié)變化規(guī)律較明顯，氣溫越低，新址與現(xiàn)址的差值越大；③極值出現(xiàn)的日期相同或相近，體現(xiàn)了較好的時間一致性。

分析新址和現(xiàn)址氣溫差異的原因，主要有3個方面：一是觀測站址間存在海拔高度差，氣溫隨海拔高度的增高而降低，新址觀測場海拔比現(xiàn)址高159.8 m，按照平均氣溫垂直遞減率0.65 ℃/100 m估算，海拔高度差因素將導(dǎo)致新址氣溫下降1.0 ℃左右，這與表1統(tǒng)計的實際差值有一定差異，說明海拔高度差不是導(dǎo)致兩站氣溫差異的唯一因子；二是城市熱島效應(yīng)，新址位于郊區(qū)山地，下墊面未受到人為因素破壞，現(xiàn)址位于思南縣城區(qū)，人口稠密，建筑物密度大，居民生產(chǎn)生活、汽車尾氣等排放的CO2明顯多于郊區(qū)，因此熱島效應(yīng)使得新址較現(xiàn)址氣溫偏低；三是兩站下墊面性質(zhì)不同，現(xiàn)址下墊面多為水泥硬化路面，而新址位于郊區(qū)，綠色植被覆蓋率大，四周開闊，下墊面輻射能力的差異對新址與現(xiàn)址氣溫差值形成有一定的貢獻。

表1 2015年思南氣象站新址與現(xiàn)址氣溫對比(單位：℃)

為了使現(xiàn)址的平均氣溫資料在思南縣天氣氣候分析中能夠連續(xù)使用，由圖1新址與現(xiàn)址平均氣溫相關(guān)系數(shù)值可知兩址平均氣溫相關(guān)性明顯，故設(shè)現(xiàn)址日平均氣溫為x，新址日平均氣溫為y，利用最小二乘法最佳線性擬合，分別求得1、4、7、10 月平均氣溫訂正方程。利用回歸方程對新址氣溫資料進行訂正后，便可合并使用新址與現(xiàn)址資料。

圖1 新址與現(xiàn)址1、4、7、10月日平均氣溫序列變化曲線圖、回歸方程及相關(guān)系數(shù)(單位：氣溫℃)Fig.1 The average daily temperature sequence change curve,the regression equation and correlation coefficient of the new and currently Sinan weather station in January,April,July,October of 2015

3.2 氣壓差異分析

氣壓是指單位面積上空氣柱的重量，是氣象學(xué)中一個非常重要的物理量，它的分布和變化與大氣運動及天氣狀況有密切聯(lián)系。

分析表2：2015年1、4、7、10月新址月平均氣壓比現(xiàn)址偏低16.8～18.1 hPa，其中以1月偏低最大為18.1 hPa，10月、4月居中分別偏低17.4 hPa、17.3 hPa，7月最小為16.8 hPa；月極端最高最低氣壓差值的變化規(guī)律均與月平均氣壓差值的變化規(guī)律較為一致。綜上分析可知：①氣壓差值總體變化1月最大，10月、4月居中，7月最小，且各月差值較穩(wěn)定、波動幅度?。虎谠職鈮簶O值出現(xiàn)日期除1月極端最高、4月極端最低有一定偏差外，其余均表現(xiàn)為明顯的時間一致性(注：1月新址次極端最高氣壓與現(xiàn)址極端最高氣壓出現(xiàn)在同一天；4月新址次極端最低氣壓與現(xiàn)址極端最低氣壓出現(xiàn)在同一天)。

表2 2015年思南氣象站新址和現(xiàn)址氣壓對比(單位：hPa)

3.3 相對濕度差異分析

相對濕度是表征大氣干濕程度的濕度參數(shù)，與大氣中水汽含量的大小直接相關(guān)，同時也受溫度、氣壓和風(fēng)速等氣象要素的影響。

分析表3：2015年1、4、7、10月新址平均相對濕度比現(xiàn)址平均偏高4.8%，其中1月偏高6%，10月偏高5%，4、7月均偏高4%；1、4、7、10月新址月最小相對濕度比現(xiàn)址平均偏高2.8%，其中1月偏高5%，10月偏高3%，4月偏高2%，7月偏高1%；總體來看，兩站相對濕度1月、10月相差較大，4月、7月相差較小,存在一定的季節(jié)性差異。月最小相對濕度出現(xiàn)時間也較為一致，表現(xiàn)為較明顯的時間一致性。

分析新址比現(xiàn)址相對濕度偏大的主要原因：①新址位于城郊，周圍及下墊面綠色植被覆蓋率大、蒸騰作用強，利于水分從植物體表面擴散到大氣中,增加近地面層的空氣濕度，使得新址水汽含量大于現(xiàn)址；②城市熱島效應(yīng)：現(xiàn)址處于城區(qū)，地面多水泥硬化路面、植被面積少、近地面溫度高，蒸發(fā)作用較快，導(dǎo)致現(xiàn)址濕度較新址偏?。虎坌轮冯x烏江流域的距離較現(xiàn)址相對較近，烏江流域的大量水分蒸發(fā)變成水汽進入大氣使得新址的相對濕度較現(xiàn)址偏高。

表3 2015年思南氣象站新址和現(xiàn)址相對濕度對比(單位:%)

3.4 降水差異分析

降水量是表征一個地方降水多少的物理量，其形成機制非常復(fù)雜[8]。分析表4：2015年1月月降水量新址比現(xiàn)址偏多，4、7、10月偏少；2015年1、4、7、10月降水量總量累計相對平均差值為-0.09，其中7月差異最小為-0.03，1月最大為0.26，表明新址與現(xiàn)址降水量總量差異不大，氣候態(tài)穩(wěn)定；月最大日降水量新址較現(xiàn)址1、7月偏多，4、10月偏少；最大日降水量越大，兩址降水差值就越大；最大降水量出現(xiàn)在同一天，表現(xiàn)出明顯的時間一致性。綜合分析，新址和現(xiàn)址降水量總量差異不大，當(dāng)降水強度增大時，兩址降水量差異相對增大。由于降水具有局地性、不均勻性等特點，而且兩址降水的差異還與地形、天氣系統(tǒng)對兩址的影響程度及降水的周期性振蕩等因素有關(guān)，需要更長時段資料才能得到較為客觀的分析結(jié)論，有待今后作進一步分析。

表4 2015年思南氣象站新址和現(xiàn)址降水量對比(單位:mm)

3.5 風(fēng)速風(fēng)向差異分析

分析表5可知：新址2015 年1、4、7、10月2 min月平均風(fēng)速和月最大風(fēng)速均比現(xiàn)址偏大,數(shù)值為0.6～5.8 m/s；各月月最大風(fēng)速出現(xiàn)日期差異也較大，僅7月份月最大風(fēng)速出現(xiàn)在同一天；各月月最多風(fēng)向方位差異大，其中10月月最多風(fēng)向方位相差最大(112.5°)，4月、1月居中分別為67.5°、45°，7月最小(22.5°)；新址與現(xiàn)址2015 年1、4、7、10月定時風(fēng)風(fēng)向相符率平均值僅為24.9%，其中最小相符率為10月(20.9%)，最大相符率為1月(27.4%)，可見新址和現(xiàn)址風(fēng)向一致性較差。

分析這種差異出現(xiàn)的原因：主要為現(xiàn)址四周建筑物的遮擋作用，密集的建筑群使得氣流受到阻擋，減小風(fēng)速，改變風(fēng)向，導(dǎo)致現(xiàn)址受局地環(huán)境影響較大；而新址所在地較開闊空曠，無人為障礙物、下墊面較平滑。因此，新址的風(fēng)向風(fēng)速更能代表思南本區(qū)域風(fēng)的特征。

表5 2015年思南氣象站新址和現(xiàn)址風(fēng)速風(fēng)向?qū)Ρ?單位：風(fēng)速m/s，風(fēng)向：°,風(fēng)向相符率:%)

4 結(jié)論與討論

①)新址與現(xiàn)址的氣象要素差異表現(xiàn)為新址氣溫、氣壓低于現(xiàn)址，相對濕度大于現(xiàn)址，且差值穩(wěn)定；降水量總量差異不大，當(dāng)降水強度增大時，兩址降水量差異相對增大。其中，氣溫、氣壓極值、月最小相對濕度、月最大降水量出現(xiàn)日期較為一致。

②新址風(fēng)速比現(xiàn)址偏大，各月月最大風(fēng)速出現(xiàn)日期及月最多風(fēng)向方位差異大；定時風(fēng)風(fēng)向相符率較小，風(fēng)向一致性較差。新址所在地較開闊空曠，無人為障礙物、下墊面較平滑，說明新址觀測的風(fēng)向風(fēng)速更能代表思南本區(qū)域風(fēng)的特征。

③分析新址和現(xiàn)址氣象要素差異的原因，除受海拔高度差影響外，兩址探測環(huán)境的不同、下墊面差異以及城市熱島效應(yīng)等也是造成氣象要素差異的重要原因。

④由于本文分析所用的對比觀測資料時間序列較短，分析結(jié)果有一定局限性，所得結(jié)論僅供資料分析者參考和共同探討，隨著新址觀測資料的積累將作進一步訂正。

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The comparison analysis of observation data on transferring Sinan weather station

ZHOU Jixian1,NIE Yun2,AN Desheng1,QU Hua1,XU Dahong3

(1.Sinan Meteorological Administration Bureau of Guizhou Province, Sinan 565100,China;2.Qiandongnan Meteorological Administration Bureau of Guizhou Province, Kaili 556000,China;3.Tongren Meteorological Administration Bureau of Guizhou Province,Tongren 554300,China)

Based on the observation data from the new station and current weather station of Sinan in January, April, July, October of 2015, the statistical results show that the air temperature, air pressure at the new station is lower than the current station; the relative humidity of the new station is larger than the current station, the wind speed at the new station is greater, the consistency of the direction of the wind is poorer, the precipitation amount is of little difference and when the precipitation intensity increases, the two stations' rainfall difference relatively increase. Different observation environment, altitude, underlying surface and urban heat island effect, etc. contribute to the difference of meteorological elements between two stations.

transferring station; comparative observation; comparison analysis; Sinan

1003-6598(2016)05-0073-05

2016-05-09

周繼先(1990—)，女，助工，主要從事地面氣象觀測業(yè)務(wù)工作，E-mail:wahahaad1234@163.com。

仁市氣象局氣象基金銅氣科合[2015]09號。

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