山西省河曲縣氣象局遷站觀測資料對比分析與訂正

張占良++李翠琴++潘森++賈素貞++田利國

摘 要：選用山西省河曲縣氣象局觀測站現(xiàn)址和原址兩地2014年的氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)速和風(fēng)向等資料，運(yùn)用差值法、回歸分析法、玫瑰圖等方法進(jìn)行了分析和比較。結(jié)果顯示，兩地主要?dú)庀笠刭Y料有明顯的差異，氣溫年均值相近，但是，各月平均差比較大，現(xiàn)址的日差比較小；現(xiàn)址的氣壓低于原址，差值比較穩(wěn)定；現(xiàn)址的濕度小于原址；現(xiàn)址的風(fēng)速年、月平均值大于原址；現(xiàn)址的主導(dǎo)風(fēng)向為SSE，原址為NW。另外，從探測環(huán)境和氣象學(xué)兩方面入手，分析了兩地氣象要素差異成因。為了解決差異影響，運(yùn)用回歸分析法給出了兩地各要素每月的訂正方程，并以此作為資料訂正使用的參考。

關(guān)鍵詞：氣象資料；差異原因；資料訂正；訂正方程

中圖分類號：P412.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.06.033

山西省河曲縣氣象局觀測站建于1954-08，1974-01由河曲縣巡鎮(zhèn)狗兒洼村遷至文筆鎮(zhèn)坪泉村，它已保存了60年的氣象資料。隨著城市的快速發(fā)展，在觀測場南400 m的范圍內(nèi)陸續(xù)建設(shè)了長城大街、居民樓和工廠等，探測環(huán)境被嚴(yán)重破壞，觀測資料的準(zhǔn)確性受到了較大的影響，所測數(shù)據(jù)的代表性也變差。經(jīng)過嚴(yán)格的論證選址，有關(guān)部門決定將觀測站遷至河曲縣文筆鎮(zhèn)鄔家沙梁村，并從2014-01開始進(jìn)行了為期1年的對比觀測。由觀測到的資料可知，兩地數(shù)據(jù)有明顯的差異，觀測資料的應(yīng)用也受到了影響。因此，筆者系統(tǒng)地分析和比較了兩地2014年的探測環(huán)境和主要?dú)庀筚Y料，將現(xiàn)址與原址資料銜接的一元回歸訂正計算公式作為訂正參考。

1 觀測站原址與現(xiàn)址環(huán)境狀況比較

1.1 原址探測環(huán)境狀況

觀測站原址位于河曲縣城的東北方，它在新建的長城大街以北約400 m內(nèi)，東經(jīng)111° 09′，北緯39° 23′。觀測場海拔861.5 m，氣壓拔海高度為862.1 m，風(fēng)向、風(fēng)速感應(yīng)器距離地面11.7 m。在此，對探測環(huán)境影響最嚴(yán)重的障礙物位于觀測場南300 m的

范圍內(nèi)，其中有高層建筑物和樹林等，東、西、北300 m的范圍內(nèi)是村莊和農(nóng)田，累計遮擋寬度角在70°以上。圖1a顯示了臺站周圍障礙物遮擋仰角的情況。2014-04，探測環(huán)境評分是71.9分。

1.2 現(xiàn)址探測環(huán)境狀況

觀測站現(xiàn)址位于河曲縣文筆鎮(zhèn)鄔家沙梁村西北的農(nóng)田中，距離縣城主城區(qū)約5 km，方位東南，東經(jīng)111° 13′，北緯39° 22′，與原址直線距離5.6 km。觀測場海拔1 036.0 m，氣壓拔海高度為1 037.0 m，風(fēng)向、風(fēng)速感應(yīng)器距離地面11.3 m，三者與原址的高度差值分別為174.5 m、174.9 m、-0.4 m。觀測站周圍是農(nóng)田和荒地，農(nóng)田中有多座通信鐵塔，東南方200 m處是村莊，

西北方遠(yuǎn)處視區(qū)內(nèi)有少量的建筑物。圖1b顯示了臺站周圍障礙物遮擋仰角的情況，探測環(huán)境評分是98.8分，符合氣象探測環(huán)境的要求。

2 氣溫

2.1 現(xiàn)址與原址的氣溫比較

如表1所示，2014-01—12，現(xiàn)址和原址的平均氣溫變化范圍分別為-8.0～21.9 ℃、-9.0～22.8 ℃，平均氣溫差值變化范圍是-1.1～2.2 ℃。2014-04—09，現(xiàn)址的氣溫低于原址，其他月份則是現(xiàn)址氣溫高于原址，1月差值2.2 ℃，8月差值-1.1 ℃?，F(xiàn)址和原址的年平均氣溫分別是9.1 ℃、9.0 ℃，兩地相近。由兩地資料可知，2014-01—12，各月最高氣溫和最低氣溫出現(xiàn)的日期基本一致，除了1月外，現(xiàn)址的最高氣溫低于原址，除了8月外，現(xiàn)址的最低氣溫接近或高于原址，平均最高氣溫差值變化范圍是-2.0～-1.2 ℃，現(xiàn)址均低于原址；平均最低氣溫差值變化范圍是-0.8～3.3 ℃，除了8月和9月外，其他月份現(xiàn)址的氣溫都高于原址；現(xiàn)址的年平均最高氣溫低于原址，而年平均最低氣溫則相反。另外，現(xiàn)址氣溫日較差變化范圍是10.8～15.3 ℃，原址氣溫日較差變化范圍是12.2～19.0 ℃，現(xiàn)址各月日較差都比原址小。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，現(xiàn)址夏季高溫天比原址出現(xiàn)得少，天氣比較涼爽，冬季低溫天氣也很少出現(xiàn)，相對暖和一些，而且現(xiàn)址的晝夜溫差比較小，原址的晝夜溫差比較大。這些氣候差異與兩地探測環(huán)境的不同有很大的關(guān)系。

表1 2014年氣溫統(tǒng)計表（單位：℃）

2.2 現(xiàn)址與原址氣溫差異原因分析

由氣象學(xué)相關(guān)知識可知，氣溫是隨海拔的升高而降低的。由海拔變化造成的溫度差異可以按照平均溫度垂直遞減率0.6℃/100 m估算，現(xiàn)址比原址海拔高174.5 m，所以，現(xiàn)址氣溫應(yīng)比原址低1.0 ℃左右。但實(shí)際情況是，現(xiàn)址的年平均氣溫要比原址高0.1 ℃。綜合分析各月結(jié)果可知，2014-04—09，現(xiàn)址的平均氣溫比原址低。2014-06—08，氣溫的變化情況比較符合氣溫隨高度變化的規(guī)律，而1月、2月、3月、10月、11月和12月的反差比較大。綜合分析各種因素可知，氣溫受探測環(huán)境的影響最大。觀測站原址位于城區(qū)內(nèi)，地勢較低，冬季冷空氣容易堆積。最主要的是，觀測場的東到東南方向有電廠的2個大型晾水塔和大煙囪晝夜不停地冒氣冒煙，形成了大量的人造云，從太陽升起到11：00前，它會阻擋太陽輻射，導(dǎo)致觀測場的升溫速度變慢。同時，在近處東南方位有樹林，它同樣會阻擋太陽輻射，秋季和冬季這種影響尤其明顯。因此，2014-01，原址的平均氣溫要比現(xiàn)址低得多，差值是2.2 ℃。一年中最低氣溫多出現(xiàn)在5：00～8：00，而秋季、冬季和春季早上的太陽偏南，受地形和遮擋物的影響，原址的最低氣溫較低。一般情況下，最高氣溫出現(xiàn)在午后，此時，由于太陽高度角大，周圍環(huán)境對氣溫的影響大大減弱。但是，現(xiàn)址會產(chǎn)生一定的熱島效應(yīng)，日最高氣溫受探測環(huán)境的影響不大，所以，原址的氣溫日較差會更大。

2.3 運(yùn)用回歸法訂正平均氣溫

平均氣溫、平均氣壓、平均濕度、平均風(fēng)速的相關(guān)系數(shù)和訂正方程如表2所示。

表2 平均氣溫、平均氣壓、平均濕度、平均風(fēng)速相關(guān)系數(shù)和訂正方程

由于現(xiàn)址和原址的氣溫資料有明顯的差異，所以，為了保證相關(guān)資料能夠繼續(xù)使用，消除原址探測環(huán)境對其的影響，必須在允許范圍內(nèi)合理訂正原址資料，而最常見的使用方法就是回歸法。統(tǒng)計、分析現(xiàn)址和原址的日平均氣溫資料可知，各月對應(yīng)資料的相關(guān)性較好。在此，采用一元線性回歸方程進(jìn)行訂正，應(yīng)用最小二乘法計算出方程系數(shù)，具體公式6 小結(jié)

對比2014年現(xiàn)址和原址的資料可知，由于臺站海拔、位置、地形和探測環(huán)境不同，兩地獲取的氣象資料也有明顯的差別。氣溫的年平均值相近，現(xiàn)址4—9月的平均氣溫低，原址高，其余月份則相反，現(xiàn)址的氣溫日較差小于原址。另外，觀測站現(xiàn)址各月的氣壓值小于原址，各月差值比較接近，平均差值是19.1 hPa；現(xiàn)址的月、年平均濕度小于原址，年均差值是5；現(xiàn)址月、年平均風(fēng)速值大于原址，大風(fēng)出現(xiàn)的概率增加；現(xiàn)址的年主導(dǎo)風(fēng)向與原址相比有明顯的不同，現(xiàn)址出現(xiàn)最多的風(fēng)向是SSE，原址出現(xiàn)最多的風(fēng)向是NW。

由相關(guān)分析可知，氣象臺站搬遷后，主要的氣象要素都發(fā)生了變化。在使用遷址前后的資料時，要充分考慮各方面因素對其的影響。要想讓資料在時間序列上保持均一，保證其應(yīng)用的準(zhǔn)確性，就必須合理訂正遷址前的資料。在計算兩地同要素的單相關(guān)系數(shù)時，相關(guān)性最好的要素依次是氣壓、氣溫、濕度和風(fēng)速。這時，嘗試用一元線性回歸方程來訂正資料是一種簡便、易行的辦法。本文通過SPSS統(tǒng)計求得了各月回歸方程，在具體應(yīng)用時，可根據(jù)資料的不同使用需求酌情運(yùn)用訂正公式。

參考文獻(xiàn)

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