薊州國家氣象觀測站遷站數(shù)據(jù)對比分析及評估

黃金穎 張 虹 趙 然 孫小林

（1天津市薊州區(qū)氣象局，天津 301900；2天津市薊州區(qū)預(yù)警信息發(fā)布中心，天津 301900）

地面氣象觀測是指對地球表面一定范圍內(nèi)的氣象狀況及其變化過程進(jìn)行系統(tǒng)、連續(xù)的觀察和測定，可為深入做好本地區(qū)天氣預(yù)報、氣候分析和研究以及積極開展本地區(qū)氣象決策服務(wù)工作提供重要基礎(chǔ)[1-2]。地面觀測資料具有代表性、準(zhǔn)確性、比較性，而周邊探測環(huán)境的變化直接或間接影響觀測資料的代表性、準(zhǔn)確性和比較性。隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市化加快以及周邊建設(shè)規(guī)劃的推進(jìn)，薊州國家氣象觀測站四周探測環(huán)境有了很大變化，對氣象探測資料的代表性和準(zhǔn)確性產(chǎn)生了一定影響。為了解薊州國家氣象觀測站站址遷移前后觀測資料的差異，正確利用遷站前后觀測資料，根據(jù)相關(guān)文件規(guī)定和關(guān)于站址遷移及其對比觀測的有關(guān)規(guī)定，新址、舊址需要同時進(jìn)行平行對比觀測。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 新、舊觀測場探測環(huán)境概況

薊州國家氣象觀測站舊址的地理位置為東經(jīng)117°24'、北緯 40°02'，觀測場海拔高度 15.7 m。 由于城市建設(shè)的快速發(fā)展，氣象站周邊也規(guī)劃為城市重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域，周圍建筑物不斷增加，人口也逐漸密集，對氣象探測環(huán)境影響較明顯，已經(jīng)不符合探測環(huán)境的要求。為了保證氣象觀測資料的代表性、準(zhǔn)確性、比較性，新建觀測場位于舊址東方約3.6 km處的漁陽鎮(zhèn)七里峰村南（地理位置為東經(jīng)117°26'57″、北緯 40°02'52″，觀測場海拔高度 32.0 m），二者均屬山前平原地帶，地勢平坦，東側(cè)、南側(cè)、西側(cè)均為農(nóng)田，四周開闊。在開展對比觀測之前對新站的探測環(huán)境進(jìn)行綜合評估，綜合得分92.2分，符合氣象觀測場探測環(huán)境的要求。新址開展對比觀測時間為2014年12 月 31 日 20：00（世界時）。

1.2 資料來源與方法

本文通過選取2015年1—12月新、舊觀測站的逐日氣象觀測資料，選取觀測要素有氣溫（最高、最低）、降水量、相對濕度、風(fēng)向、風(fēng)速，采用差值、差值標(biāo)準(zhǔn)差、降水量累計(jì)相對差值、風(fēng)向相符率及顯著性檢驗(yàn)等方法對新、舊站址平行觀測時期的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析及評估[3-7]。

2 結(jié)果與分析

2.1 各要素資料差值及標(biāo)準(zhǔn)差

2.1.1 氣溫。通過對薊州國家氣象觀測站新址與舊址氣溫（表1）對比發(fā)現(xiàn)，新址各月氣溫（平均氣溫、最低氣溫、最高氣溫）均低于舊址，其中最低氣溫幅度相差最大，最低氣溫在1月、10月相差較為明顯；其次為平均氣溫，年相差幅度為-1.4℃，以8—10月相差較大；最高氣溫年相差幅度相對最小，為-0.9℃。分析新址氣溫低于舊址的原因：一是氣溫隨海拔高度升高而降低，而新址海拔高度較舊址高16.4 m，但溫度降低幅度較小；二是觀測站周邊探測環(huán)境的影響，舊址位于城區(qū)中心的商業(yè)街，為人口稠密區(qū)，其周邊城市建筑密集，商業(yè)活動較多、交通運(yùn)輸發(fā)達(dá)，而新址位于城郊，遠(yuǎn)離居民生活區(qū)，再加上觀測場地勢較高、四周開闊，因而新址的氣溫普遍比舊址低。城市熱島效應(yīng)可能是新址氣溫相對低于舊址的主要原因。

表1 薊州國家氣象觀測站新、舊址氣溫差值及差值標(biāo)準(zhǔn)差 單位：℃

通過計(jì)算差值標(biāo)準(zhǔn)差發(fā)現(xiàn)，新、舊址氣溫（平均氣溫、最低氣溫、最高氣溫）年差值偏離平均狀況的幅度并不大，其中最高氣溫的年差值最小，僅為0.4℃；平均氣溫月差值標(biāo)準(zhǔn)差為0.3～1.0℃；最低氣溫月差值標(biāo)準(zhǔn)差波動較大，為0.8～1.8℃。綜合分析，新址氣溫觀測值與舊址具有一致性。

2.1.2 降水量。分析新址與舊址月降水量數(shù)據(jù)（表2）可知，新址夏季（6—8月）降水量多于舊址，差值平均值為0.1～1.6 mm；4月、12月與舊址降水量持平，其余月份新址降水量均少于舊址；差值平均值整體相差不明顯，差值年均值為-0.2 mm；9月差值平均值最明顯，為-2.6 mm。從表2的差值標(biāo)準(zhǔn)差來看，除7月、9月標(biāo)準(zhǔn)差較大外，其余月份差值標(biāo)準(zhǔn)差均較小，降水量年差值標(biāo)準(zhǔn)差僅為2.9 mm。綜合分析，新、舊址降水量觀測值具有一致性。降水差異原因可能為下墊面不同，且夏季降水局地性比較明顯。

表2 薊州國家氣象觀測站新、舊址各氣象要素對比

2.1.3 相對濕度。分析發(fā)現(xiàn)，薊州國家氣象觀測站新址相對濕度大于舊址，其中9月差值表現(xiàn)為最大，而其年均值僅為5.1%。分析差值標(biāo)準(zhǔn)差（表2）發(fā)現(xiàn)，新、舊址的差異偏離平均狀況不明顯。總體來看，新、舊址相對濕度觀測值具有一致性。相對濕度有差異的原因主要有新址周邊綠化覆蓋率較高，且新址的氣溫普遍比舊址低，絕對濕度相同時，溫度低則相對濕度大。

2.1.4 2 min平均風(fēng)速。通過對薊州國家氣象觀測站新、舊站址2 min平均風(fēng)速進(jìn)行差值及差值標(biāo)準(zhǔn)差分析發(fā)現(xiàn)，2 min平均風(fēng)速月均值差異幅度并不大，除1—4月外，其他月份僅為0.1～0.4 m/s，年均值僅為0.4 m/s。分析其差值標(biāo)準(zhǔn)差也發(fā)現(xiàn)，新、舊址風(fēng)速觀測數(shù)值差異不大，月差值標(biāo)準(zhǔn)差最大為0.4 m/s，年差值標(biāo)準(zhǔn)差為0.3 m/s。因此，新、舊址2 min平均風(fēng)速觀測值具有一致性。新址平均風(fēng)速較舊址稍大的原因主要為新址四周環(huán)境較開闊，周圍建筑物遮擋少。

2.2 降水量累計(jì)相對差值

通過計(jì)算薊州國家氣象觀測站新、舊址降水量累計(jì)相對差值發(fā)現(xiàn)，除了4月、6—8月以外，新址降水量均小于舊址，二者差異偏離舊址的年平均幅度達(dá)到-26.9%（圖1）。從逐月來看，累計(jì)相對差值較大的為1月、3月。這2個月舊址降水量分別為1.6、2.2 mm，降水量不大，且降水量受局地性影響比較大。新址沒有出現(xiàn)有效降水，因而1月、3月降水量累計(jì)相對差值較大。另外，9月和11月的降水量累計(jì)相對差值也較大，為-55.9%～-55.8%。

2.3 風(fēng)向相符率

對新、舊站址的逐日風(fēng)向相符率進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，觀測期間有159 d定時風(fēng)向角度差＜22.5°、相符率達(dá)到50%以上，占統(tǒng)計(jì)日數(shù)的43.6%。對新、舊址定時風(fēng)向的對比發(fā)現(xiàn)，當(dāng)同一時次風(fēng)向出現(xiàn)不一致情況時，兩者的大背景風(fēng)向表現(xiàn)為一致。因此，新址與舊址的定時風(fēng)向一致性較高。

2.4 顯著性檢驗(yàn)

利用舊址1997—2016年的平均氣溫、相對濕度、平均風(fēng)速、降水量等月（年）值序列，與新址2015年各要素對應(yīng)的月（年）值進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)（表3）。各要素年值檢驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，平均氣溫、平均相對濕度、平均降水量年值未通過差異顯著性檢驗(yàn)，而年平均風(fēng)速通過差異顯著性檢驗(yàn)。這表明新、舊址年平均氣溫、年平均降水量和平均相對濕度差異較小，連續(xù)性較好，平均風(fēng)速連續(xù)性相對較差。各要素月值檢驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，2月的平均風(fēng)速和9月、11月、12月的平均相對濕度t檢驗(yàn)結(jié)果大于Tα=0.05=2.086，除11月平均相對濕度大于Tα=0.01=2.845有極顯著差異外，其他月份數(shù)據(jù)差異較小。這表明新址觀測資料連續(xù)性相對較好，可以與舊址觀測資料合并使用。

表3 薊州國家氣象觀測站新、舊址各氣象要素顯著性檢驗(yàn)

3 結(jié)論與討論

對比薊州國家氣象觀測站新址和舊址的觀測資料得出：新址和舊址的氣溫、降水量、相對濕度、風(fēng)向、風(fēng)速差異不大，一致性較高。對降水量累計(jì)相對偏差及各要素差異顯著性檢驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，受探測環(huán)境影響，新、舊址個別月份相對濕度、風(fēng)速觀測數(shù)據(jù)差異明顯。綜合分析，新址遠(yuǎn)離城區(qū)，周邊無高層建筑等障礙物遮擋，人員和活動相對較少，探測環(huán)境相對舊址更具優(yōu)勢；且新址與舊址處于同一氣候區(qū)，觀測資料具有可用性，新址能夠更好地代表該區(qū)域的氣候特征，站址遷移基本不會對開展的各項(xiàng)業(yè)務(wù)造成較大影響。