新舊雙牌國家觀測站觀測數(shù)據(jù)差異分析

王剛 胡擁軍 湯浩 蔣雅婷

摘 要：雙牌國家一般觀測站2018年1月1日正式啟用新址。雖然新舊站址直線距離只有7.9km，但兩地地形、環(huán)境都存在著較大的差異，找出資料序列的差異性對觀測資料的連續(xù)性、比較性分析都有著重要的意義。我們利用2016-2017年的觀測資料對比分析發(fā)現(xiàn)：新站各氣象要素與舊站均有較大的差異：氣壓、氣溫偏低，降雨量偏少，風(fēng)速偏大，能見度漂移范圍更大。

關(guān)鍵詞：觀測站遷址;數(shù)據(jù)差異;氣象要素;對比分析

由于城市建設(shè)擴展，致使雙牌國家觀測站原所在區(qū)域逐漸發(fā)展成為雙牌縣城的中心地段，氣象站周邊新建的高層建筑致使溫度、風(fēng)速等氣象數(shù)據(jù)失去了代表性，為了保證氣象觀測資料的準確性、代表性、比較性，全面改觀地面觀測環(huán)境，將觀測場遷移至開發(fā)區(qū)工業(yè)園佑里村，雖然新舊址距離只有7.9km左右，但舊址在城鎮(zhèn)中心，新址為工業(yè)園小山上，地形、環(huán)境存在較大差異，尤其是海拔高度和周圍環(huán)境發(fā)生變化，造成氣象觀測要素出現(xiàn)差異，找出各觀測數(shù)據(jù)的差異性并分析具有著重要意義。

一、新舊站環(huán)境狀況

1.雙牌一般站舊址。雙牌站在1970年7月建站于北緯25°58′00″，東經(jīng)111°39′00″，海拔高度167.8米。建站之初周邊地勢較平坦，視野較開闊，零星分布居民住房，土壤質(zhì)地為壤土，山頂四周都是農(nóng)田，山底南面緊靠著207國道，交通便利，氣象探測環(huán)境很好。隨著城市的發(fā)展，雙牌站周邊氣象探測環(huán)境逐漸遭到破壞，目前觀測場四周不符合要求的遮擋方位達278.0°，并且西面受到整座山脈的影響，日出、日落方向障礙物最大仰角分別為7.9°、20.8°，2007年和2013年氣象探測環(huán)境評分分別為82.1分和72.2分。近兩年來，隨著城市規(guī)劃，周圍高樓更是接地而起，影響最大的為東南方向的鴻宇世紀廣場距離230米，規(guī)劃建設(shè)251米，嚴重影響當(dāng)前的探測環(huán)境。

2.雙牌一般站新址。雙牌站新遷站址位于雙牌縣開發(fā)區(qū)工業(yè)園佑里村南山嶺（山頂），北緯26°01′56″，東經(jīng)111°39′24″，占地30畝，觀測場海拔高度為205米，距南面工業(yè)園大道為323.0米，工業(yè)園大道地平面海拔高度150.0米，高度相差55.0米，100.0米范圍無水塘，西面323.0米為洛湛鐵路。山坡種有稀疏的小雜樹，北面范圍內(nèi)以山為主，工業(yè)園大道南面為地勢較低的工業(yè)園區(qū)廠房。距離西面通訊鐵塔160.0米。1千米范圍內(nèi)障礙物的仰角都在2度以內(nèi)，受雙牌縣城地形的影響，西面有連綿山體遮擋仰角大于7度，但是距離有3000米，影響不是很大。相對遠離城區(qū)，視野范圍內(nèi)無高大建（構(gòu)）筑物，山頂平整，四周視野開闊，無大型工廠，無高大建筑物，無障礙物，探測環(huán)境評分99。

二、資料來源與分析方法

選取2016-2017年新舊址對比觀測資料，以及近30年歷年平均統(tǒng)計資料分析。本文所有數(shù)據(jù)圖是利用origin軟件制作。氣壓采用全年各月的平均值比較;氣溫使用月平均氣溫和月極端最高最低氣溫分別比較;降水除新舊址月降水量比較，加入了與歷年平均同期相比;風(fēng)向風(fēng)速采用的是全年每日的極大風(fēng)向風(fēng)速玫瑰圖對比分析;能見度使用日平均的10分鐘平均滑動能見度根據(jù)水平能見度等級劃分統(tǒng)計日數(shù)。通過對兩址的主要氣象要素分析，從而找出新舊站址之間的數(shù)據(jù)差異。

三、單要素數(shù)據(jù)差異分析

1.本站氣壓。氣壓的定義為作用在單位面積上的大氣壓力，它是由單位面積上空氣柱垂直延伸至大氣上層的總重量。氣象上以hpa為單位。氣壓隨著高度的增大而減小。

從圖1中各月份新舊址平均氣壓比較可以看出，12個月的差值趨于一致，均在4.6hpa左右。很明顯，差值主要是由新舊址海拔高度影響，舊址167.8米，新址為205米，相差37.2米，根據(jù)拉普拉斯氣壓高度差的訂正公式△p=-△H/8，算出△p等于4.65hpa，很好的印證了新舊址氣壓要素數(shù)據(jù)的準確性。

2.氣溫。氣溫是表示空氣冷熱程度的物理量，常用的單位是攝氏度（℃），下表是雙牌2016年新舊觀測站對比觀測數(shù)據(jù)（月平均氣溫，月極端最高最低氣溫）的統(tǒng)計。

從表中可以清楚看出，各月平均氣溫差值均在-0.5至0.1℃之間，差別最大的為1月和10月。月極端最高氣溫差值在-0.8至0.6℃之間，差別最大的月份為5月。月極端最低氣溫差值在-1至0.5℃之間，差別最大的出現(xiàn)在3月。從年平均氣溫來看，現(xiàn)址為18.6℃，新址為18.4℃，差別為0.2℃。

新舊址處于相同氣候區(qū)，并且儀器的型號性能指標(biāo)、安裝方法都一樣，系統(tǒng)的誤差可以忽略不計。究其原因，舊址現(xiàn)處于縣城正中心，人口多，房屋密、汽車尾氣排放量大，新址位于開發(fā)區(qū)，四周開闊，綠化多，人口較少，車輛少，根據(jù)城市熱島效應(yīng)可以用來解釋新址比舊址氣溫略偏低。另一方面，新址海拔高度為205米，比舊址海拔高度高出37米左右，根據(jù)近地層大氣的熱力性質(zhì)，也可驗證新址氣溫略偏低一點。

3.降水。降水是指從天空降落到地面上的液態(tài)或固態(tài)的水。降水的多少與地方的氣候息息相關(guān)，而降水的強度決定著一場雨是好是壞，小則滋潤農(nóng)作物，濕沉顆粒物，大則城市內(nèi)澇，沖垮河堤。因此，分析好降雨量的差別對于未來作好公眾預(yù)報預(yù)警有著至關(guān)重要的作用。

從圖2中可以看出，1、2、9-12月新、舊址降水相近，差值都在10個毫米以內(nèi)。但從3月至8月，兩址降雨量差異明顯，其中3月偏少28%，4月偏少24%，5月偏少22%，6月偏少26%，7月相差最大，顯著偏少63%，8月偏少21%。顯而易見，差異明顯的時段都是出現(xiàn)在汛期的主要時段。汛期降雨強度大，局地性強，同時也受地形的影響。而非汛期降水系統(tǒng)影響范圍廣，強度小。汛期時，中低層多為南風(fēng)控制，對流系統(tǒng)由南逐漸北移，先抵達舊址，后至新址，舊址西南，東南方向多山脈山地，對流系統(tǒng)在越山過程中得到發(fā)展。在逐漸北移過程中，處于山谷地帶，隨著降雨不斷發(fā)生，系統(tǒng)內(nèi)部逐漸減弱，到達新址時降水有所減弱。在非汛期，降水多由冷空氣影響產(chǎn)生，冷空氣影響范圍廣，由北及南產(chǎn)生比較均勻的降水。