探測(cè)環(huán)境變化對(duì)臨沭站氣象要素的影響

宋瑩華　于旭平　顏秉芝

摘要 通過(guò)對(duì)臨沭縣國(guó)家一般氣象站1962—2014年的氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速、降水、日照、蒸發(fā)等氣象資料進(jìn)行分析，探討探測(cè)環(huán)境變化對(duì)氣象要素的影響。結(jié)果表明：隨著觀測(cè)場(chǎng)周?chē)ㄖ系K物的增多，臨沭站年平均氣溫增加，年平均風(fēng)速減小，年日照時(shí)數(shù)和年蒸發(fā)量減少，年平均相對(duì)濕度減小，年降水量相對(duì)變化不明顯。

關(guān)鍵詞 探測(cè)環(huán)境；變化；氣象要素；影響；山東臨沭

中圖分類(lèi)號(hào) P412.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2016）21-0191-03

氣象數(shù)據(jù)資料是通過(guò)固定安裝在地面氣象觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)的各種儀器探測(cè)得到的，地面氣象觀測(cè)場(chǎng)場(chǎng)內(nèi)儀器安置和場(chǎng)外周?chē)h(huán)境必須符合觀測(cè)技術(shù)上的要求。氣象探測(cè)環(huán)境是為避開(kāi)各種干擾，保證氣象探測(cè)設(shè)施準(zhǔn)確獲得氣象探測(cè)信息所必需的最小距離構(gòu)成的環(huán)境空間[1]，是氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)代表性、準(zhǔn)確性、比較性的重要保證。中國(guó)氣象局《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》對(duì)地面氣象觀測(cè)場(chǎng)環(huán)境條件要求：觀測(cè)場(chǎng)四周必須空曠平坦，避免建在陡坡、洼地或附近有高大建筑物的地方。但隨著城市化進(jìn)程的不斷發(fā)展，城市住房建設(shè)使得氣象觀測(cè)場(chǎng)被高大建筑物包圍，氣象探測(cè)環(huán)境不斷受到影響和破壞，這樣觀測(cè)到的氣象數(shù)據(jù)與實(shí)際大氣數(shù)據(jù)有所偏差，逐漸失去代表性，影響了數(shù)據(jù)資料的應(yīng)用準(zhǔn)確性。近年來(lái)，有關(guān)研究表明探測(cè)環(huán)境變化對(duì)氣象要素的影響是十分明顯的[2-6]。通過(guò)對(duì)臨沭站氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，研究探測(cè)環(huán)境變化對(duì)臨沭站氣象要素的影響及受探測(cè)環(huán)境變化影響的變化規(guī)律，為氣象資料的應(yīng)用和探測(cè)環(huán)境保護(hù)提供有意義的參考。

1 資料來(lái)源與處理方法

資料來(lái)源于臨沭國(guó)家一般氣象站1962—2014年氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速、降水量、日照時(shí)數(shù)、蒸發(fā)量等53年氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)（日照數(shù)據(jù)為46年，蒸發(fā)數(shù)據(jù)為45年），對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行求歷年值平均，5年滑動(dòng)平均，進(jìn)行變化趨勢(shì)分析，研究各氣象要素歷年變化規(guī)律。

2 站址概況

臨沭縣地處山東省臨沂市與江蘇省交界處，氣象站于1962年1月1日建站，地理位置位于臨沭縣夏莊鎮(zhèn)東南湖。建站時(shí)周?chē)^測(cè)環(huán)境空曠，沒(méi)有高大建筑物，符合氣象探測(cè)環(huán)境要求。因城市規(guī)劃原因于1999年1月1日遷至臨沭鎮(zhèn)（原夏莊鎮(zhèn)）三八嶺。2008年以后觀測(cè)場(chǎng)四周相繼建成多處住宅樓，并栽種樹(shù)木，現(xiàn)址周邊逐漸形成居民生活區(qū)。觀測(cè)場(chǎng)已被建筑物、樹(shù)木包圍，致使該站氣象探測(cè)環(huán)境受到嚴(yán)重破壞。原址已不適合氣象觀測(cè)，臨沭站已被迫于2015年遷站。

由臨沭站觀測(cè)場(chǎng)舊址周?chē)系K物距離高度比例圖可以看出整個(gè)觀測(cè)場(chǎng)幾乎都被高大障礙物包圍，形成特殊的局地小氣候條件，所觀測(cè)到的氣象資料已不能代表當(dāng)?shù)卮蠓秶臍夂蛱攸c(diǎn)，嚴(yán)重影響氣象探測(cè)資料的代表性、準(zhǔn)確性。

3 各氣象要素的變化與探測(cè)環(huán)境的關(guān)系

3.1 年平均溫度的變化

圖1為臨沭站1962—2014年平均氣溫變化趨勢(shì)圖，由圖可知，近53年臨沭年平均氣溫為13.5 ℃，整體呈現(xiàn)升高趨勢(shì)，每10年升高0.28 ℃，年平均氣溫最高值出現(xiàn)在2014年，為14.8 ℃。年平均氣溫最低值出現(xiàn)在1969年，為12.1 ℃。1990年以前氣溫資料序列比較均勻，變化幅度緩慢。1995年之后氣溫呈現(xiàn)連續(xù)上升趨勢(shì)，且均高于歷史平均值，年平均氣溫在逐年升高。按年代際劃分，1960年代和1970年代比多年平均值偏低0.4 ℃，1980年代比多年平均值偏低0.2 ℃，1990年代和2000年代比多年平均值偏高0.5 ℃，1988年以前年平均氣溫大多低于多年平均氣溫，1988年以后大多高于多年平均氣溫，并且與平均氣溫的差值增大，增溫趨勢(shì)明顯，這與全球氣候變暖大趨勢(shì)一致，但也與觀測(cè)環(huán)境影響有重要的關(guān)系。

經(jīng)與臺(tái)站歷史沿革資料對(duì)比發(fā)現(xiàn)，1999年臺(tái)站受城市規(guī)劃影響遷站，由建筑密集的市區(qū)遷往觀測(cè)環(huán)境相對(duì)較好的郊區(qū)。遷站前受周?chē)h(huán)境影響，1994—1999年氣溫較常年值偏高，遷站后觀測(cè)場(chǎng)周?chē)h(huán)境空曠，氣溫變化平緩，符合氣候自然變化規(guī)律。2011年觀測(cè)場(chǎng)現(xiàn)址西北方向300 m處規(guī)劃建設(shè)26層某單位宿舍樓，2012年觀測(cè)場(chǎng)南側(cè)170 m處規(guī)劃建設(shè)商品房（18層和24層），觀測(cè)場(chǎng)東方向至南、至西方向已被高樓大廈包圍，高大的建筑物致使該站氣象探測(cè)環(huán)境受到巨大影響，2011年后年平均氣溫升高明顯。觀測(cè)場(chǎng)周?chē)h(huán)境對(duì)氣溫的影響是很明顯的，建筑物的不斷增多、建筑物高度提升和與臺(tái)站觀測(cè)場(chǎng)距離縮短都是造成觀測(cè)場(chǎng)氣溫升高的重要因素[7]。白天建筑物受陽(yáng)光直射，因熱容量小能夠強(qiáng)烈吸收太陽(yáng)短波輻射而迅速升溫，其放射出的長(zhǎng)波輻射就會(huì)加熱周?chē)諝猓褂^測(cè)場(chǎng)周?chē)鷼鉁厣?。臨沭站2014年平均氣溫達(dá)到歷史最高值，充分顯示了周?chē)h(huán)境對(duì)氣溫的重要影響。

3.2 相對(duì)濕度的變化

圖2為歷年平均濕度變化趨勢(shì)圖，由圖2可知，1962—2014年歷年平均相對(duì)濕度為70%，相對(duì)濕度波動(dòng)幅度較大，數(shù)值呈現(xiàn)逐年緩慢減小趨勢(shì)，每10年減小0.23%。年平均相對(duì)濕度最高值出現(xiàn)在1964年，為76%。年平均相對(duì)濕度最低值為65%，出現(xiàn)在1966年、1968年、1988年和2011年。臺(tái)站周?chē)ㄖ锏脑黾?，地表植被和自然土壤面積減少導(dǎo)致地表蒸發(fā)加大，使相對(duì)濕度呈現(xiàn)減小趨勢(shì)，但可以判斷相對(duì)濕度受環(huán)境變化影響不明顯。

3.3 年平均風(fēng)速的變化

觀測(cè)站四周障礙物對(duì)風(fēng)向風(fēng)速的影響很大，周?chē)ㄖ飻?shù)量增多和高度增加會(huì)阻擋空氣的自然流動(dòng)，造成觀測(cè)場(chǎng)附近的風(fēng)速變小。由圖3可知，臨沭站1962—2014年歷年平均風(fēng)速為2.8 m/s，年平均風(fēng)速呈現(xiàn)明顯減小趨勢(shì)，每10年減小0.27 m/s。按年代際劃分，1960年代平均風(fēng)速比多年平均值偏高1.0 m/s，1970年代比多年平均值偏高0.1 m/s，1980年代比多年平均值偏低0.8 m/s，1990年代比多年平均值偏低0.1 m/s，2000年代比多年平均值偏低0.1 m/s，2011—2014年比多年平均值偏低0.8 m/s。1980年代以后年平均風(fēng)速減小幅度較大，均低于歷年平均值，最小值出現(xiàn)在1991年，為1.8 m/s。風(fēng)速減小趨勢(shì)非常明顯。

觀測(cè)場(chǎng)周?chē)系K物對(duì)風(fēng)的影響引起的偏差，表現(xiàn)于2個(gè)方面：一是對(duì)風(fēng)速的影響，即使很小的建筑物也能導(dǎo)致風(fēng)速的重大變化，尤其是在障礙物的背風(fēng)側(cè)；二是對(duì)風(fēng)向的影響，由于建筑物影響而產(chǎn)生的局地渦流被誤認(rèn)為是風(fēng)向的正常偏移。站址周?chē)ㄖ锏脑龆?，?duì)觀測(cè)場(chǎng)起到了屏障作用，加上渦流現(xiàn)象，就會(huì)導(dǎo)致風(fēng)向風(fēng)速的數(shù)據(jù)有較大的偏差[8]。臨沭站歷年年平均風(fēng)速呈現(xiàn)減小趨勢(shì)，主要是測(cè)站周?chē)系K物增多使風(fēng)速減小造成的。從障礙物距高比圖中可以看出，臨沭站觀測(cè)場(chǎng)周?chē)鷰缀醣唤幍臉?shù)木和遠(yuǎn)處的高樓大廈全部遮擋，形成較大的包圍圈，嚴(yán)重阻擋空氣的自然流動(dòng)，導(dǎo)致觀測(cè)到的風(fēng)向改變，風(fēng)速變小。2011年后臨沭站風(fēng)速減小趨勢(shì)變大。

3.4 年降水量的變化

由臨沭站1962—2014年降水量變化趨勢(shì)圖看出，臨沭站1962—2014年年降水量呈現(xiàn)緩慢增加趨勢(shì)，每10年增加5.9 mm。歷年平均降水量為855.6 mm，年降水量最大值為1 320.8 mm，出現(xiàn)在1974年，年降水量最小值為522.1 mm，出現(xiàn)在1966年。降水量值年變化的增減趨勢(shì)不明顯，主要是氣候變化所致，臺(tái)站周?chē)h(huán)境變化對(duì)降水量影響不明顯。

3.5 年日照時(shí)數(shù)的變化

由圖4看出，1964—2014年臨沭站年日照時(shí)數(shù)整體呈現(xiàn)異常減少趨勢(shì)，每10年減少136.8 h。歷年平均日照時(shí)數(shù)為2 386.6 h，年日照時(shí)數(shù)最高值出現(xiàn)在1978年，為2 741.4 h。年日照時(shí)數(shù)最低值出現(xiàn)在2014年，為1 878.1 h。按年代際劃分，1960年代平均日照時(shí)數(shù)比多年平均值偏多189.3 h，1970年代比多年平均值偏多159.4 h，1980年代比多年平均值偏多126.6 h，1990年代比多年平均值偏少95.3 h，2000年代比多年平均值偏少232.7 h，2010年代比多年平均值偏少345.5 h。1990年代以后年日照時(shí)數(shù)減少幅度較大，均低于歷年平均值，主要階段是1999年后。觀測(cè)場(chǎng)周?chē)ㄖ锖蜆?shù)木對(duì)日照時(shí)數(shù)影響很大，東北方向楊樹(shù)林2處（仰角分別為4.5°和6.5°，視寬角分別為34.3°和6.4°）；東南方向?yàn)闂顦?shù)林（仰角12.0°，視寬角93.4°）；西方向?yàn)楣に嚻窂S房2座、中創(chuàng)大廈（仰角9.0°，視寬角4.6°），某單位辦公樓；西北方向300 m處為某單位宿舍樓2座（仰角分別為10.7°和15.1°，視寬角分別為5.4°和9.2°）。東北和東南方向的楊樹(shù)林阻擋了部分日光，夏季日出時(shí)間較早，會(huì)延遲日出后日照時(shí)數(shù)的感光，西方和西北方向的建筑物會(huì)影響太陽(yáng)落山前的日照時(shí)數(shù)，特別是冬季由于太陽(yáng)高度角低，日照時(shí)數(shù)受環(huán)境影響較大。

3.6 年蒸發(fā)量的變化

由臨沭站1962—2014年蒸發(fā)量變化趨勢(shì)圖看出，年蒸發(fā)量總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，每10年減少56.2 mm。年平均蒸發(fā)量為1 510.3 mm，年蒸發(fā)量最大值為1 902.3 mm，出現(xiàn)在1965年，年蒸發(fā)量最小值為1 230.7 mm，出現(xiàn)在2003年，年蒸發(fā)量的減少主要和日照時(shí)數(shù)、平均風(fēng)速、氣溫日較差、相對(duì)濕度和降水量等因素有關(guān)[9]。年蒸發(fā)量的減少與年日照時(shí)數(shù)的減少、年平均風(fēng)速的減小密切相關(guān)，前文分析臨沭站年平均風(fēng)速呈現(xiàn)減小趨勢(shì)，年日照時(shí)數(shù)呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，這與申雙和等[10]分析的近45年來(lái)影響中國(guó)蒸發(fā)皿蒸發(fā)量的主要因子為風(fēng)速和日照時(shí)數(shù)的結(jié)論基本一致。

4 結(jié)論

臨沭站周?chē)叽蠼ㄖ锝ㄔO(shè)等環(huán)境變化導(dǎo)致氣象觀測(cè)要素的改變，主要有：①年平均氣溫呈現(xiàn)逐年升高趨勢(shì)，且在環(huán)境惡化加快的年份，氣溫升高趨勢(shì)加快。②年平均相對(duì)濕度呈現(xiàn)減小趨勢(shì)，但變化趨勢(shì)緩慢，可以判斷相對(duì)濕度受環(huán)境變化影響不明顯。③年平均風(fēng)速呈現(xiàn)明顯減小趨勢(shì)，每10年減小0.27 m/s，受周?chē)叽蠼ㄖ镉绊懀?011年后風(fēng)速減小趨勢(shì)變大。④年降水量呈現(xiàn)緩慢增加趨勢(shì)，降水量值年變化的增減趨勢(shì)不明顯，主要是氣候變化所致，臺(tái)站周?chē)h(huán)境變化對(duì)降水量影響不明顯。⑤臨沭站年日照時(shí)數(shù)整體呈現(xiàn)異常減少趨勢(shì)，每10年減少136.8 h。日照時(shí)數(shù)受周?chē)h(huán)境影響較大。⑥年蒸發(fā)量總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，年蒸發(fā)量的減少與年日照時(shí)數(shù)的減少、年平均風(fēng)速的減小密切相關(guān)。

觀測(cè)場(chǎng)周?chē)h(huán)境變化使觀測(cè)到的氣象記錄產(chǎn)生了偏差，造成獲得的氣象數(shù)據(jù)不能真實(shí)反映本站大范圍的自然氣象狀況，即所得氣象資料失去了代表性、準(zhǔn)確性和比較性。各地應(yīng)加強(qiáng)保護(hù)探測(cè)環(huán)境意識(shí)，加大保護(hù)臺(tái)站探測(cè)環(huán)境力度，保持氣象站址的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，減少氣象探測(cè)環(huán)境對(duì)氣象要素的影響，獲取準(zhǔn)確的氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，為天氣預(yù)報(bào)、氣候分析和氣象服務(wù)提供重要的依據(jù)。

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