河北省廣宗縣國家基本氣象站新舊址地面氣象觀測數(shù)據(jù)對比分析

摘 要：【目的】對比遷站前后地面氣象觀測數(shù)據(jù)的差異。【方法】選取廣宗國家基本氣象站新舊站2021年對比觀測期間的地面氣象觀測數(shù)據(jù)，采用均方差根、M-K突變檢驗(yàn)等統(tǒng)計(jì)方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。【結(jié)果】遷站后的平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、平均風(fēng)速、降水量與遷站前的差異較小，平均空氣相對濕度差異較大；遷站前后數(shù)據(jù)的一致性較好?！窘Y(jié)論】研究結(jié)論可為氣象工作者提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：遷站；地面氣象觀測；均方差根；M-K突變檢驗(yàn)

中圖分類號：P412" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " "文章編號：1003-5168（2025）02-0105-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2025.02.021

Abstract：[Purposes] This paper aims to compare the difference between the Surface meteorological observation data after and before relocation.[Methods] The surface meteorological observation data of the old and new stations of Guangzong national basic Meteorological observing Station in 2021 were selected for comparative observation， and statistical methods such as Root Mean Square Error，M-K mutation test were used to compare and analyze the data.[Findings] The average temperature， maximum temperature， minimum temperature， average wind speed and precipitation after station relocation are less different from those before station relocation， while the average air relative humidity is quite different. The consistency of data before and after station relocation is good. [Conclusions] The results can provide reference for the workers who use the meteorological data of Guangzong Station.

Keywords：relocation;surface meteorological observation;Root Mean Square Error;Mann-Kendall mutation test

0 引言

河北省廣宗縣國家基本氣象站（以下簡稱“廣宗站”）始建于1972年1月1日。由于城市化建設(shè)進(jìn)程加快，廣宗站周圍建筑物增多，觀測場已逐漸被包圍。受城市熱島效應(yīng)、建筑物阻擋等影響，地面氣象觀測環(huán)境已不能滿足實(shí)際業(yè)務(wù)需求。為改善地面氣象觀測環(huán)境，廣宗站于2021年1月進(jìn)行了站址搬遷，新站遷移至原廣宗站西北方向3.4 km的位置。新站符合氣象觀測環(huán)境要求，但氣象站遷移前后地面氣象觀測數(shù)據(jù)是否有差異，地面氣象觀測數(shù)據(jù)的連續(xù)性、一致性是否受到影響尚未明確。因此，有必要開展遷站前后地面氣象觀測數(shù)據(jù)的對比研究。關(guān)于氣象臺站遷移對地面氣象觀測數(shù)據(jù)的影響有不少學(xué)者進(jìn)行了研究。覃豐阜等［1］采用差值分析法和t檢驗(yàn)，分析了氣溫、氣壓、相對濕度和風(fēng)向風(fēng)速在遷站前后的差異特征。韓海濤等［2］采用差值、差值標(biāo)準(zhǔn)差和SNHT檢驗(yàn)方法，研究臺站遷移對氣溫、風(fēng)速、相對濕度等氣象要素的影響。本研究對廣宗新舊站2021年逐日氣溫、降水量、空氣相對濕度、風(fēng)速等觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行均方差根檢驗(yàn)和M-K突變檢驗(yàn)，分析遷站前后氣象觀測數(shù)據(jù)的差異和一致性，以期為相關(guān)作者提供參考依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 廣宗站基本情況

廣宗站舊址位于東經(jīng)115°09′00″，北緯37°04′00″，廣宗縣城西南方向，觀測場海拔32.4 m；新址位于東經(jīng)115°07′53″，北緯37°03′38″，舊址西北方向，距舊址3.4 km，觀測場海拔31.4 m。新址四周地勢開闊平坦，無高大建筑物，探測環(huán)境優(yōu)良。

1.2 資料來源

對廣宗新舊站2021年的地面氣象觀測數(shù)據(jù)分別進(jìn)行觀測，包括日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫、日平均風(fēng)速、日平均空氣相對濕度等。

1.3 技術(shù)方法

1.3.1 均方差根。為比較廣宗站新舊站氣象觀測數(shù)據(jù)的差異，采用均方差根（RMSE）對兩者的吻合度進(jìn)行分析，RMSE值越接近0，說明兩者差異越小，數(shù)值小于2，說明兩者的吻合度較高。均方差根計(jì)算公式為式（1）。

將x序列逆序，重復(fù)以上過程，使UBk=-UFk，k=m，m-1，...，1，UB1=0。給定顯著性水平ɑ=0.05，那么臨界值U0.05=±1.96。若UF和UB出現(xiàn)交點(diǎn)且交點(diǎn)在臨界值內(nèi)，說明該時(shí)間出現(xiàn)突變。若UF或UB的值小于0，則表明序列呈下降趨勢，大于0則表明呈上升趨勢，當(dāng)它們在臨界值內(nèi)時(shí)，表明呈上升或下降的趨勢不顯著，否則趨勢顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 新舊站各氣象要素的均方差根比較

廣宗新舊站2021年不同月份不同氣象觀測要素的均方差根見表1。由表1可知，日平均氣溫的月、年均方差根在0.33～0.97，數(shù)值均小于2，說明新舊站之間日平均氣溫的整體吻合度較高，其中吻合度最高的在7月，均方差根值為0.33；吻合度最低的在1月，均方差根值為0.97。日最高氣溫的月、年均方差根在0.27～0.51，數(shù)值均小于2，說明新舊站之間日最高氣溫的整體吻合度較高，其中吻合度最高的在4月，均方差根值為0.27；吻合度最低的在6月，均方差根值為0.51。日最低氣溫的月、年均方差根在0.73～2.01，除1月外，數(shù)值均小于2，說明新舊站之間日最低氣溫的整體吻合度較高，其中吻合度最高的在7月，均方差根值為0.73；吻合度最低的在1月，均方差根值為2.01。日平均風(fēng)速的月、年均方差根在0.58～1.44，數(shù)值均小于2，說明新舊站之間日平均風(fēng)速的整體吻合度較高，其中吻合度最高的在8月，均方差根值為0.58；吻合度最低的在2月，均方差根值為1.44。日平均空氣相對濕度的月、年均方差根在2.66～5.51，數(shù)值均大于2，說明新舊站之間日平均空氣相對濕度的整體吻合度較低，其中吻合度最高的在6月，均方差根值為2.66；吻合度最低的在12月，均方差根值為5.51。日降水量的月、年均方差根差異較大，在0.0～16.57，1月均方差根為0.0，為最小，差異最大的在7月，均方差根為16.57，除6—8月和年值差異較大之外，其他差異均小于2，說明新舊站之間日降水量的數(shù)據(jù)吻合度除了6—8月差異較大外，其他月份的吻合度均較高。

2.2 新舊站各氣象要素的M-K突變檢驗(yàn)

為更好地檢驗(yàn)遷站前后氣象觀測數(shù)據(jù)的一致性，采用M-K突變檢驗(yàn)對廣宗新舊站2021年的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)，定義顯著性水平α=0.05，臨界值±1.96，繪制UF、UB統(tǒng)計(jì)量序列曲線如圖1至圖4所示。

由圖1可知，廣宗新站日平均氣溫的UF曲線在1月15日之前呈波狀變化，1月15日之后UF值恒大于0，曲線呈波狀先上升后下降趨勢。在1月17日，UF和UB曲線在置信區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)1次交點(diǎn)，即在1月17日新站日平均氣溫出現(xiàn)1次顯著突變；舊站日平均氣溫的UF曲線在1月14日之前呈波狀變化，1月14日之后UF值恒大于0，曲線呈波狀先上升后下降趨勢，在1月15日，UF和UB曲線在置信區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)1次交點(diǎn)，即在1月15日舊站日平均氣溫出現(xiàn)1次顯著突變。說明遷站后的日平均氣溫與遷站前的一致性較好。

由圖2可知，廣宗新址日平均風(fēng)速的UF和UB曲線在6月13日在置信區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)1次交點(diǎn)，即在6月13日出現(xiàn)1次顯著突變，UF曲線在7月4日之前呈波狀變化，7月4日之后UF值恒小于0，曲線呈波狀下降趨勢；舊站日平均風(fēng)速的UF和UB曲線在7月15日在置信區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)1次交點(diǎn)，即在7月15日出現(xiàn)1次顯著突變，UF曲線在7月18日之前呈波狀變化，7月18日之后UF值恒小于0，曲線呈波狀下降趨勢。新站出現(xiàn)突變時(shí)間較舊站出現(xiàn)時(shí)間晚，但兩者趨勢較一致，說明遷站后的日平均風(fēng)速與遷站前的一致性較好。

由圖3可知，廣宗新站日平均空氣相對濕度的UF曲線在2月27日之前呈波狀變化，2月27日之后UF值恒大于0，在5月16日UF和UB曲線在置信區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)1次交點(diǎn)，即在5月16日出現(xiàn)1次顯著突變；舊站日平均空氣相對濕度的UF曲線在2月12日之前呈波狀變化，2月12日之后UF值恒大于0，在5月15日，UF和UB曲線在置信區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)1次交點(diǎn)，即在5月15日出現(xiàn)1次顯著突變?？芍w站后的日平均空氣相對濕度的變化趨勢和突變情況與遷站前的較為一致，說明遷站后的日平均空氣相對濕度與遷站前的一致性較好。

由圖4可知，廣宗新站和舊站日降水量的UF曲線均呈波狀下降趨勢，UF值恒小于0且未出現(xiàn)顯著突變。遷站前后日降水量的變化趨勢和突變情況一致，說明遷站后的日降水量與遷站前的一致性較好。

3 結(jié)論

新舊站均方差根對比分析結(jié)果表明，日平均氣溫、日最高氣溫、日平均風(fēng)速的月、年均方差根均小于2；日最低氣溫的均方差根除1月外，其他月均小于2；日降水量的月均方差根除6—8月和年值外，其他月均小于2；日平均空氣相對濕度的月、年均方差根均大于2。說明遷站對日氣溫、日平均風(fēng)速和日降水量的影響較小，對日空氣相對濕度的影響較大。M-K突變檢驗(yàn)表明，除新站日平均風(fēng)速出現(xiàn)突變的時(shí)間較舊站的晚，突變的時(shí)間有差異外，其他要素的趨勢變化和突變情況基本一致，說明遷站后的觀測數(shù)據(jù)與遷站前的一致性較好，與楊波等［4］的研究結(jié)論一致。

參考文獻(xiàn)：

［1］覃豐阜，吳桂明，林益才，等. 封開縣新舊站氣象觀測資料對比分析［J］.廣東氣象，2019，41（2）：73-76.

［2］韓海濤，李仲龍，張鴻，等. 甘肅省新舊氣象站址觀測資料對比及均一性分析［J］.高原氣象，2023，42（2）：506-514.

［3］張盛霖，鄧高燕，黃勇奇，等. Mann-Kendall檢驗(yàn)法在Excel中的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用［J］.中國科技論文在線，2014.

［4］楊波，張昆，尹玉利. 寧河國家氣象觀測站遷站數(shù)據(jù)對比分析及評估［J］.氣象水文海洋儀器，2020（1）：24-27.