國家氣象觀測站遷站氣象要素對比方法的探討

林磊+王國強+任義方+徐杰++陳明

摘 要：隨著社會的發(fā)展，工業(yè)化和城鎮(zhèn)化改變了原處郊區(qū)的氣象觀測站的氣象探測環(huán)境，需要將國家觀測站搬遷至遠(yuǎn)離新城的郊外，保證氣象要素的代表性。本文介紹了進(jìn)行新舊站址對比觀測的項目和時間，然后介紹了對比觀測的月數(shù)據(jù)格式和處理方法，詳細(xì)闡述了新舊站址數(shù)據(jù)的對比分析方法，探討了如何根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果提出結(jié)論性意見為相關(guān)天氣預(yù)報提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：國家氣象站；遷站；要素對比

中圖分類號：P457 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.201707320667

引言

綜合氣象觀測是氣象的基礎(chǔ)性工作。國家氣象觀測站對本區(qū)域內(nèi)一定范圍內(nèi)的氣象要素進(jìn)行連續(xù)系統(tǒng)地觀測，為氣象預(yù)報和氣候分析提供數(shù)據(jù)。氣象觀測站要符合代表性的要求，即反映周圍一定范圍內(nèi)的氣象要素的平均狀況。因此，國家氣象觀測站一般建在遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)中心的地區(qū)。隨著社會的發(fā)展，工業(yè)化和城鎮(zhèn)化很大程度上改變了原處郊區(qū)的氣象觀測站的氣象探測環(huán)境，尤其是城市熱島效應(yīng)改變了氣象站的大氣物理狀況，高樓的增加改變了近地面邊界層的摩擦系數(shù)，從而導(dǎo)致天氣預(yù)報初始場參數(shù)有了誤差，從而使氣象觀測場的代表性降低。城市建設(shè)規(guī)劃與氣象觀測場環(huán)境保護(hù)矛盾凸顯，為協(xié)調(diào)解決好新城建設(shè)和氣象觀測環(huán)境保護(hù)的矛盾，需要將國家觀測站搬遷至遠(yuǎn)離新城的郊外，保證氣象要素的代表性。遷移國家氣象觀測站后，新舊站址的氣象要素變化會有所不同。為了保證新舊站址氣象資料的延續(xù)性，新舊站址氣象儀器須同時運行，進(jìn)行為期1a以上（含1a）的對比觀測工作，分析新舊站址的氣象要素之間的關(guān)系，形成站址變動分析報告。

1 對比觀測的時間和項目

在動遷氣象觀測站之前，擬遷新址與現(xiàn)址須同時進(jìn)行觀測1a以上（含1a），觀測時間從上一年的12月31日20：00前開始直至這一年的12月31日20：00止。對比觀測項目包括：氣溫（平均氣溫、最低氣溫、最高氣溫）、降水量、相對濕度、2min平均風(fēng)速、2min平均風(fēng)向。對比觀測的這一年，臺站人員應(yīng)當(dāng)加強對新舊兩站址的氣象探測環(huán)境的保護(hù)，新舊站址的儀器的日常維護(hù)管理，減小人為原因?qū)庀笠刂档挠绊懀粘＿€需加強對數(shù)據(jù)質(zhì)量的控制。

2 對比觀測資料的格式

對比觀測資料須采用常規(guī)觀測業(yè)務(wù)中使用的地面氣象月報表文件A文件，由OSSMO 2004觀測軟件生成，并進(jìn)行格檢。擬遷新址的氣象資料的原始數(shù)據(jù)文件一般是Z文件的格式，每個月形成一個Z文件。需要OSSMO 2004 軟件利用數(shù)據(jù)維護(hù)的功能，將每個月的Z文件轉(zhuǎn)化為A文件。對比資料數(shù)據(jù)文件名規(guī)定如下：舊站址每月生成的A文件的文件名不變，為“AIiii-yyyymm.txt”，擬遷新站的每月A文件的文件名改為“AIiii-yyyymm-9.TXT”，即在原文件名上加上“-9”，用來標(biāo)識遷站對比觀測的月數(shù)據(jù)文件。

3 新址與舊址觀測數(shù)據(jù)的對比分析方法

分別統(tǒng)計計算新舊兩站址資料的日平均氣溫（4次平均）、日最低氣溫、日最高氣溫、日降水量、日平均相對濕度（4次平均）、日平均風(fēng)速的差值（4次平均），并算出月及年差值平均值及差值標(biāo)準(zhǔn)差，計算公式如下：

差值，設(shè)Ai為現(xiàn)址某要素第i次觀測值，Bi為相應(yīng)時間擬遷新址自動站儀器觀測值，則第i次的差值為： xi=Bi-Ai。

差值平均值，設(shè)對比觀測次數(shù)為n，則差值的平均值為：

差值標(biāo)準(zhǔn)差，差值的標(biāo)準(zhǔn)差σ為：

然后，對每月的降水量進(jìn)行累計相對差值的統(tǒng)計。降水量累計相對差值xR：

將定時觀測的2min風(fēng)向進(jìn)行相符率統(tǒng)計。只有當(dāng)平均風(fēng)速大于0.2m/s時（小于等于0.2m/s為靜風(fēng)c），才計算風(fēng)向相符率。擬遷新址與舊址的風(fēng)向角度差小于22.5°，即認(rèn)為新舊兩址的風(fēng)向相符。

最后，還須將平均氣溫、平均相對濕度、降水量、平均風(fēng)速進(jìn)行月平均值和年平均值的顯著性檢驗。利用舊址近20a的氣象要素資料的月或年平均值序列，對擬遷新址平行觀測期的月或年平均值進(jìn)行顯著性檢驗。

假設(shè)x0為平行觀測期的某要素月或年的平均值，假定樣本容量為n 月（年），這n 年觀測相應(yīng)氣象要素月或年平均值的序列為x0，x1，…，xi，…，xn，

， 其中，，

在顯著水平a為0.05，自由度為n時，當(dāng)|t|>ta，則表示平均值x0與其余年份平均值差異顯著。

4 根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果提出結(jié)論性意見

根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的結(jié)果，對舊址與擬遷新址觀測數(shù)據(jù)差異的綜合評估，主要根據(jù)觀測資料差值、差值平均值、差值標(biāo)準(zhǔn)差、降水量累計相對差值、風(fēng)向相符率及臺站舊址與擬遷新址觀測數(shù)據(jù)差異的顯著程度等進(jìn)行綜合分析。分析新舊站址數(shù)據(jù)差異的原因，考慮以下幾個方面，海拔高度，地理位置是否導(dǎo)致城市熱島效應(yīng)有所減弱，觀測場四周環(huán)境及障礙物遮蔽變化情況，周圍下墊面有無大型水體（如水庫、河流）。分析數(shù)據(jù)相異的原因后，最終要反饋天氣預(yù)報，根據(jù)評估的結(jié)論，改善要素預(yù)報，提供更好的氣象服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1]中國氣象局.地面氣象觀測規(guī)范[M].北京：氣象出版社，

2003：11.

[2]秦榕，何亞平，尚衛(wèi)紅，等.新疆氣象臺站遷移及其對氣候變化分析的影響[J].新疆氣象，2006，29（4）：16-18.

[3]周昊楠，陳曉燕，王秋香.昌吉站遷站對溫壓降水要素影響的分析[J].沙漠與綠洲氣象，2010，5（4）：40-43.

作者簡介：林磊（1985-），男，工程師，從事綜合氣象觀測工作。