嶧城國(guó)家氣象觀測(cè)站遷站觀測(cè)資料對(duì)比分析

崔云鵬，李 冰，劉 騰

(1.棗莊嶧城區(qū)氣象局，棗莊 277300；2.棗莊臺(tái)兒莊區(qū)氣象局，棗莊 277400)

0 引言

嶧城國(guó)家氣象觀測(cè)站屬于國(guó)家一般氣象站，始建于1977年，城市發(fā)展帶來的建筑物林立，使探測(cè)環(huán)境遭受破壞，周圍的環(huán)境已不符合觀測(cè)規(guī)范的基本要求，氣象臺(tái)站被迫遷移。自2019年1月起將氣象觀測(cè)站搬遷至嶧城區(qū)中華石榴博覽園內(nèi)，經(jīng)度117°28′31″E，緯度34°46′15″N，位于舊址正西方向。新址觀測(cè)場(chǎng)周圍探測(cè)環(huán)境良好且周邊不在城區(qū)建設(shè)發(fā)展規(guī)劃內(nèi)，能夠長(zhǎng)時(shí)間保持氣象探測(cè)環(huán)境穩(wěn)定。由于新舊站址所處的地理環(huán)境不同，可能導(dǎo)致新舊站址局地氣候存在差異。文章通過對(duì)2018年對(duì)比資料進(jìn)行分析，以掌握遷站對(duì)各氣象要素的影響，為新站氣象資料的連續(xù)使用提供參考依據(jù)[1-3]。

1 數(shù)據(jù)資料與分析方法

新舊站址直線距離約10，600 m，新址海拔高度比舊址偏高35.1 m，土地下墊面與舊址一致，新址為丘陵地形，周圍空曠，無高大建筑物，舊址為平原地形，位于城市中心。文章主要對(duì)2018年1-12月新舊站址平行觀測(cè)到的氣溫、氣壓、相對(duì)濕度、降水和風(fēng)向、風(fēng)速等資料通過差值分析法和顯著性檢驗(yàn)法等方法進(jìn)行分析[4-6]。

2 觀測(cè)資料方法分析

2.1 差值分析法

利用公式對(duì)平行觀測(cè)到的日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫、日平均氣壓、日相對(duì)濕度和日平均風(fēng)速資料進(jìn)行差值計(jì)算，得出各要素月差值平均值。

差值的標(biāo)準(zhǔn)差是計(jì)算1組數(shù)據(jù)平均值分散程度的一種度量，1個(gè)較大的差值標(biāo)準(zhǔn)差值代表這組數(shù)據(jù)和其平均值之間存在的差異較大，1個(gè)較小的差值標(biāo)準(zhǔn)差值代表這組數(shù)據(jù)和其平均值更為接近。新舊站址觀測(cè)數(shù)據(jù)的差值標(biāo)準(zhǔn)差σ為：

(1)

2.1.1 氣溫

根據(jù)新舊站址觀測(cè)數(shù)據(jù)的月差值平均值和月差值標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算結(jié)果可以看出嶧城國(guó)家氣象觀測(cè)站新址平均氣溫在2月、10月、11月、12月高于舊址，3月新舊兩址平均氣溫相同，其余月份新址平均氣溫低于舊址，平均氣溫差值在0～0.7 ℃，其中5-8月平均氣溫相差較大；新址最高氣溫均低于舊址(除4月)，最高氣溫差值在0.1～0.9 ℃，5-10月最高氣溫相差較大；4-9月新址最低氣溫低于舊址，其余月份最低氣溫均高于舊址，最低氣溫差值在0.1～0.6 ℃。平均氣溫的差值標(biāo)準(zhǔn)差比較集中，其中92%的差值標(biāo)準(zhǔn)差在0.1～0.3 ℃，最大的平均氣溫差值標(biāo)準(zhǔn)差出現(xiàn)在12月，為0.6 ℃；最高氣溫的差值標(biāo)準(zhǔn)差83%集中在0.1～0.8 ℃，10月、12月最高氣溫差值標(biāo)準(zhǔn)差為1 ℃；最低氣溫的差值標(biāo)準(zhǔn)差92%集中在0.2～0.4 ℃，12月最低氣溫差值標(biāo)準(zhǔn)差為0.6 ℃。

新站地處丘陵地形，周圍空曠無高大建筑物，四周種植農(nóng)作物，周邊植被覆蓋較好，地表輻射相對(duì)較少，較舊站空氣流通性大，所以夏季氣溫比舊站低，且夏季溫度越高時(shí)新舊站址溫度差越大，冬季氣溫越低時(shí)新舊站址溫度差越小。從氣溫的3要素?cái)?shù)據(jù)可以看出新舊兩站氣溫總體差值較小，兩站氣溫?cái)?shù)據(jù)變化具有良好的一致性。

2.1.2 氣壓

新舊兩址氣壓數(shù)據(jù)平均差值在4.2～4.7 hPa，其中冬季氣壓差值略大于夏季氣壓差值；氣壓的差值標(biāo)準(zhǔn)差主要集中在0～0.1 hPa，氣壓數(shù)據(jù)相對(duì)比較穩(wěn)定且夏季溫度越高氣壓差越小，冬季溫度越低氣壓差越大。新站海拔高度比舊站偏高35.1 m，由拉普拉斯簡(jiǎn)化氣壓公式計(jì)算兩站氣壓差Δp=-Δh/8，計(jì)算結(jié)果為4.4 hPa。可見新舊兩址氣壓差值出現(xiàn)的原因是由觀測(cè)站海拔高度的變化而引起的，其他因素對(duì)氣壓的影響較小。

2.1.3 相對(duì)濕度

4-8月新站相對(duì)濕度比舊站偏高0%～2%，其余月份新站相對(duì)濕度比舊站偏低略為明顯，數(shù)據(jù)偏低1%～6%。相對(duì)濕度差值標(biāo)準(zhǔn)差92%集中在1.0%～2.6%，12月相對(duì)濕度差值標(biāo)準(zhǔn)差為3.6%，看出新舊站址相對(duì)濕度差值偏離平均情況并不明顯。嶧城區(qū)夏季多雨，溫度高，蒸發(fā)快，新站周邊植被覆蓋率高，植物的呼吸、蒸騰作用使空氣中相對(duì)濕度增加，所以新址夏季相對(duì)濕度比舊址偏高且相對(duì)濕度的差值小于冬季，新舊兩址相對(duì)濕度觀測(cè)值整體變化趨勢(shì)基本一致，資料具有可連續(xù)性。

2.1.4 降水

運(yùn)用降水量累計(jì)相對(duì)差值法對(duì)嶧城國(guó)家氣象觀測(cè)站新舊站址降水進(jìn)行分析，計(jì)算公式為：

(2)

式中，xi=Ui-Ai，Ui為新站第i次觀測(cè)到的降水量的值，Ai為相應(yīng)時(shí)間內(nèi)舊站觀測(cè)到的降水量的值，計(jì)算得出數(shù)據(jù)如表1所示。

如表1所示，1月、3月、4月、9月新址降水量累計(jì)值多于舊址，其余月份新址降水量累計(jì)值少于舊址，夏季新舊兩址降水量的值相差較多，最多月份為7月，新址降水比舊址少54.2 mm，相對(duì)差值為-31.4 %。降水量累計(jì)相對(duì)差值最大的月份為10月，新址降水比舊址少4.2 mm。2018年嶧城國(guó)家氣象觀測(cè)站新址年降水量為784.8 mm，比舊址偏少77.8 mm，年降水量累計(jì)相對(duì)差值為10%。

表1 新舊站址月降水量差值和累計(jì)相對(duì)差

降水存在差異的主要原因?yàn)樾抡局返靥幥鹆甑匦?，北部為山地，舊站址地處平原地帶且新舊站址直線距離約10，600 mm。嶧城區(qū)夏半年多對(duì)流性副高邊緣降水，局地性較強(qiáng)，造成新舊兩址不同地區(qū)降水差距較大，春冬季節(jié)受西風(fēng)帶天氣系統(tǒng)影響產(chǎn)生大范圍的降水，所以新站北部山地對(duì)降水產(chǎn)生一定影響。

2.1.5 風(fēng)向、風(fēng)速

通過統(tǒng)計(jì)2018年新舊站址全年風(fēng)向、風(fēng)速資料及各個(gè)風(fēng)向出現(xiàn)的頻率作出兩站的風(fēng)向玫瑰圖進(jìn)行對(duì)比分析，嶧城國(guó)家氣象觀測(cè)站新址平均風(fēng)速普遍比舊址偏高0.4～1.0 m/s，其中83%的月份風(fēng)速偏高在0.7～1.0 m/s；風(fēng)速的月差值標(biāo)準(zhǔn)差有83%集中在0.1～0.2 m/s，平均風(fēng)速最大的月差值標(biāo)準(zhǔn)差為0.5 m/s，出現(xiàn)在8月。如圖1所示，新舊站址主導(dǎo)風(fēng)向均為E，新站相比舊站N—NNE方向風(fēng)向頻率有所下降，SW—NW方向風(fēng)向頻率相對(duì)增加，但整體方向一致，新舊兩址風(fēng)向、風(fēng)速具有一致性。

圖1 風(fēng)向玫瑰圖

造成新舊站址風(fēng)要素出現(xiàn)差異的原因是新舊站址所處的海拔高度和地形不同，新址地處丘陵地區(qū)，北部為山地，四周空曠，所以風(fēng)向偏大，新站北部風(fēng)向偏小，舊址位于城市中心，周圍的建筑物造成了風(fēng)速減弱。

2.2 顯著性檢驗(yàn)法

利用顯著性檢驗(yàn)法查看新站址各要素觀測(cè)數(shù)據(jù)，并對(duì)照嶧城國(guó)家氣象觀測(cè)站2018年觀測(cè)要素的月平均資料檢驗(yàn)數(shù)據(jù)是否存在顯著性差異。顯著性檢驗(yàn)公式為：

(3)

3 結(jié)束語

文章對(duì)嶧城國(guó)家氣象觀測(cè)站搬遷前后兩站氣象資料進(jìn)行了對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)雖然臺(tái)站搬遷受儀器變更、海拔高度、探測(cè)環(huán)境變化影響，但兩站址氣溫、氣壓、相對(duì)濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、降水等要素具有良好的一致性。新站址風(fēng)速較老站址偏大，是由于探測(cè)環(huán)境變好造成的，觀測(cè)站周邊是否存在遮擋物是影響風(fēng)向、風(fēng)速大小的主要原因，受局地小氣候影響降水量存在一定差異但差異性不大。新站址觀測(cè)資料可用性符合氣象業(yè)務(wù)規(guī)定，能滿足氣象業(yè)務(wù)工作需求。