眉縣兩次氣象站遷址對(duì)溫度資料序列的影響分析

李恩莉 韓潔 喬丹揚(yáng)

摘要：選取經(jīng)歷兩次遷址的眉縣氣象站和周邊2個(gè)未遷過站址的參照站1974～2017年年平均氣溫、年平均最高氣溫、年平均最低氣溫資料，對(duì)比分析了遷址對(duì)眉縣站溫度序列的影響。結(jié)果表明：兩次遷址和城市熱島效應(yīng)的共同影響使得眉縣站溫度變化趨勢(shì)與參照站產(chǎn)生較大差異。眉縣站44年來年平均氣溫和最高氣溫升幅比參照站明顯，最低氣溫升幅小于參照站;近44年兩站氣溫差值隨時(shí)間波動(dòng)位相基本一致，且與眉縣站兩次遷址時(shí)間剛好對(duì)應(yīng);年平均氣溫差值序列有3個(gè)不連續(xù)點(diǎn)，年平均最高氣溫差值序列有4個(gè)不連續(xù)點(diǎn)，年平均最低氣溫差值序列有5個(gè)不連續(xù)點(diǎn)，每個(gè)時(shí)段平均值差異顯著{熱島效應(yīng)和遷址使得眉縣站溫度年代變化趨勢(shì)不一致;造成氣溫差異的主要原因是測(cè)站周圍環(huán)境的變化和下墊面性質(zhì)的變化。

關(guān)鍵詞：遷址;溫度;差值;影響

中圖分類號(hào)：TP311.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674—9944（2019）18-0038-04

1引言

隨著經(jīng)濟(jì)和城市化進(jìn)程的發(fā)展，很多過去位于城市郊區(qū)甚至鄉(xiāng)村的地面氣象觀測(cè)臺(tái)站現(xiàn)在都變成了城市中心或者商業(yè)區(qū)內(nèi)站，周邊觀測(cè)環(huán)境發(fā)生了不同程度的變化，使得一些觀測(cè)站不再適合作為氣象觀測(cè)的站點(diǎn)。觀測(cè)環(huán)境的改變很大程度上影響了氣象觀測(cè)資料數(shù)據(jù)的“三性”，給以此為支撐的氣象業(yè)務(wù)、科研等氣象工作以及其他行業(yè)、部門的氣象基礎(chǔ)保障工作帶來不利影響。

眉縣氣象站始建于1958年11月1日，位于107°44E、34°16N，海拔高度為518.5m，記錄開始于1959年1月1日，由于城市規(guī)劃的原因于1981年-1月1日遷址，新站址位于107°44E、34°16N，海拔高度為517.6m;隨著縣城經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展及縣城規(guī)模的不斷擴(kuò)大，使得眉縣氣象站逐漸發(fā)展成人口活動(dòng)密集的縣城中，周邊高大建筑物逐年增加，氣象數(shù)據(jù)逐漸失去了代表性，為了全面改觀地面觀測(cè)環(huán)境，2016年1月1日眉縣氣象站再次遷址，遷至107°44E、34°18N，海拔高度為490.8m。文中選取位于城區(qū)之外的陳倉(cāng)氣象站和風(fēng)翔氣象站作為參照站，分析眉縣站兩次遷址前后溫度的變化和影響。為氣候分析、氣候預(yù)測(cè)等業(yè)務(wù)中應(yīng)用該站溫度資料提供參考。

2資料與研究方法

參照站的選取條件是：一是兩個(gè)觀測(cè)站建站以來測(cè)場(chǎng)周圍觀測(cè)環(huán)境變化不大，又位于鄉(xiāng)鎮(zhèn);二是測(cè)站近44年站址無變動(dòng)。因此選取的兩個(gè)參照站是陳倉(cāng)氣象站和風(fēng)翔氣象站。資料處理方法是用兩個(gè)站的同期平均溫度算數(shù)平均后作為參照站序列，能夠消除可能存在的單站氣溫觀測(cè)誤差，使參照站的溫度更為合理。因陳倉(cāng)氣象站是1973年建站的，因此選取的氣溫資料長(zhǎng)度1974～2017年，序列長(zhǎng)度44年，歷年均值為1981～2010年30年的氣候平均值。

本文利用一元回歸方程線性趨勢(shì)、T檢驗(yàn)、差值分析等氣候統(tǒng)計(jì)方法，分析眉縣站與參照站年平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫的變化趨勢(shì)，眉縣站溫度資料序列不連續(xù)的斷點(diǎn)，用Mann—Kendan突變檢驗(yàn)，檢驗(yàn)兩站溫度差值序列在44年時(shí)間尺度上是否存在氣候突變現(xiàn)象。

3結(jié)果與分析

3.1年平均氣溫變化趨勢(shì)差異

眉縣站與參照站44年平均氣溫分別為13.0℃和12.5℃，表明多年平均氣溫眉縣站比參考站高0.5℃。從眉縣站和參照站1974～2017年年平均氣溫的年際變化看（圖1），兩站氣溫的年際波動(dòng)位相和特征一致，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.896，44年均呈明顯的升高變化趨勢(shì)，具有一致性，但趨勢(shì)系數(shù)略有差異，眉縣站的趨勢(shì)系數(shù)為0.413℃/10a，而參照站為0.412℃/10a，時(shí)間相關(guān)系數(shù)分別為0.523和0.339。表明，眉縣站44年的升溫比參照站明顯。

3.2年平均最高氣溫變化趨勢(shì)

眉縣站與參照站44年年平均最高氣溫分別為18.9℃和18.1℃，表明多年平均最高氣溫眉縣站比參考站高0.8℃。從眉縣站和參照站1974～2017年年平均最高氣溫的年際變化看（圖2），兩站氣溫的年際波動(dòng)位相和特征一致，44年均呈明顯的升高變化趨勢(shì)，具有一致性，但趨勢(shì)系數(shù)有所差異，眉縣站的趨勢(shì)系數(shù)為0.581℃/10a，而參照站為0.492℃/10a。表明，眉縣站44年的最高氣溫的升溫速度比參照站明顯。

3.3年平均最低溫度變化趨勢(shì)差異

眉縣站與參照站44年年平均最高氣溫分別為8.6℃和7.9℃，表明多年平均最高氣溫眉縣站比參考站高0.7℃。從眉縣站和參照站1974～2017年年平均最高氣溫的年際變化看（圖3），兩站氣溫的年際波動(dòng)位相和特征一致，44年均呈明顯的升高變化趨勢(shì)，具有一致性，但趨勢(shì)系數(shù)有所差異，眉縣站的趨勢(shì)系數(shù)為0.37a，℃/10a，而參照站為0.436℃/10a。表明，眉縣站44年的最低氣溫的升溫速度低于參照站，這一點(diǎn)與平均氣溫和最高氣溫有所不同。

通過對(duì)近44年眉縣站與參照站年平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫的分析可見，眉縣站平均溫度、平均最高溫度、平均最低溫度均高于參照站;平均氣溫和最高氣溫的升溫速度均比參照站明顯，其中最高溫度的升溫幅度更為明顯;而與上述二者不同的是，眉縣站最低氣溫的升溫速度卻低于參照站。

3.4兩站氣溫差值變化

兩站氣溫差，反映了濾去大尺度氣候背景變化后兩個(gè)站的觀測(cè)環(huán)境差異。圖4是眉縣站與參照站的溫差演變曲線?？傮w而言，可以看出兩站氣溫差值隨時(shí)間波動(dòng)幅度較大，1974～2017年眉縣站與參照站溫度差異逐年波動(dòng)位相基本一致，1981～2010年之間溫差較小，2011～2015年溫差增大明顯，而2016年開始又顯著下降，這與眉縣站的遷址時(shí)間剛好吻合。在建站初期，也就是1974～1980年的這7年中，平均最低氣溫差值最大，在1.0～1.5℃之間，而平均氣溫和平均最高氣溫差異完全一致，在0.8～0.9℃之間。平均氣溫和平均最高氣溫差值在1974～2016年之間波動(dòng)位相完全一致，平均最低氣溫差值的波動(dòng)位相在1997年、2003年與平均氣溫和最高氣溫差值相反，值得注意的是，2016～2017年平均氣溫和最低氣溫差值波動(dòng)位相一致，而平均最高氣溫則相反。

對(duì)平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫進(jìn)行T檢驗(yàn)（表1），年平均氣溫差值序列有3個(gè)不連續(xù)點(diǎn)，年平均最高氣溫差值序列有4個(gè)不連續(xù)點(diǎn)，年平均最低氣溫差值序列有5個(gè)不連續(xù)點(diǎn)，每個(gè)時(shí)段平均值差異顯著，對(duì)年平均氣溫而言，第一階段的7年（1974～1980年）兩站溫差在0.8～0.9℃之間波動(dòng)，平均溫差為0.8l℃。1981年因縣城規(guī)劃進(jìn)行了遷址，遷址后溫差減小為0.38℃，之后的31年里兩站溫差一直在0.2～0.6之間波動(dòng)，溫度序列較為穩(wěn)定;直到2012年開始，隨著縣城經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，測(cè)站周圍高大建筑逐年遞增，兩站溫差顯著增大，2015年達(dá)最大1.3℃，正是由于眉縣縣城發(fā)展和站址周邊觀測(cè)環(huán)境發(fā)生了變化，使得觀測(cè)資料失去了“三性”，不符合規(guī)范要求。因此，2016年1月1日再次遷址，由縣城中心遷至郊外。遷址后的兩年，兩站溫差明顯減小，但仍比標(biāo)準(zhǔn)溫差偏高0.3℃。對(duì)于年平均最高氣溫而言，第一時(shí)段（1974～1981年）兩站溫差與平均氣溫相同，平均溫差為0.75℃;第二時(shí)段（1981～2006年）兩站溫差在0.4～0.8℃之間波動(dòng)，平均溫差為0.57℃;第三時(shí)段（2007～2015）兩站溫差在0.9～1.4℃之間波動(dòng)，平均溫差為1.25℃;第四時(shí)段即遷址后的兩年兩站溫差下降顯著，平均溫差為0.6℃。對(duì)于年平均最低氣溫而言，第一時(shí)段（1974～1980年）兩站溫差在0.9～1.5℃之間波動(dòng)，平均溫差為1.19℃;第二時(shí)段（1981～1986）兩站溫差在0.4～0.7℃之間波動(dòng)，平均溫差為0.51℃;第三時(shí)段（1987～2011年）兩站溫差在0.2～0.6℃之間波動(dòng)，平均溫差為0.36℃;第四時(shí)段（2011～2015年）兩站溫差在0.6～1.6℃之間波動(dòng)，平均溫差為1.2℃;第二次遷址后的兩年兩站溫差下降顯著，平均溫差為0.85℃。

3.5氣溫差異原因

3.5.1測(cè)站周圍環(huán)境的變化

由于第一次遷址前溫度差異變化一致，因此重點(diǎn)分析第一次遷址后即1981～2017年氣溫差異的原因。第一次遷址后到第二次遷址前（1981～2015年），遷址初期測(cè)站位于郊外，觀測(cè)場(chǎng)四周開闊無遮擋，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和眉縣縣城規(guī)模的飛速發(fā)展，使得眉縣站逐漸成為縣城中心地帶，人口密集，工業(yè)生產(chǎn)以及家庭生活等對(duì)大氣有增暖作用，即熱島效應(yīng)使得兩站溫度差異增加。第二次遷址前后兩站溫度差異的原因之一是由于新站址緯度比原站址偏南2，海拔偏低26.8m，緯度偏南海拔偏低均可造成溫度偏高。

3.5.2下墊面性質(zhì)的變化

第二次遷址前下墊面多為瀝青、水泥，熱容量和導(dǎo)熱率很大。而遷址后下墊面為植被覆蓋，熱容量和導(dǎo)熱率小，輻射冷卻更為強(qiáng)烈，從而使得兩站溫度差異減小。

3.6兩次遷址對(duì)眉縣氣候變化的影響

熱島效應(yīng)和遷址使得眉縣站溫度年代變化趨勢(shì)不一致（表2）。眉縣站80年代與70年代相比，平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫均呈降溫趨勢(shì)，降幅分別為0.5℃、0.6℃、0.6℃，而參照站則不同，平均氣溫和最高氣溫為降溫趨勢(shì)，最低氣溫為升溫趨勢(shì)。90年代與80年代相比，眉縣站與參照站的平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫均為升溫趨勢(shì)，且參照站升溫幅度大于眉縣站。21世紀(jì)與90年代相比，眉縣站與參照站均為升溫趨勢(shì)，平均氣溫和最高氣溫增幅眉縣站大于參照站，最低氣溫增幅參照站大于眉縣站。而2001～2010年的這10年，眉縣站平均溫度、最高氣溫、最低氣溫的升溫幅度均明顯高于參照站。值得注意的是，2016年遷址后相比2015年遷址前，眉縣站平均氣溫升溫0.O℃，最高氣溫下降0.2℃，最低氣溫下降0.3℃，而參考站均為增溫，可見遷址是非常正確的。2017年與2016年相比二者變化相接近。

對(duì)眉縣站和參照站1974～2017年44年年平均氣溫差值、最高氣溫差值、最低氣溫差值進(jìn)行了Mann-Kendall突變檢驗(yàn)（圖5），得出平均溫度氣候突變點(diǎn)在1982年和2013年，平均最高氣溫氣候突變點(diǎn)在1981年和2010年，平均最低氣溫氣候突變點(diǎn)在1981年和2015年，均在遷址前后，說明兩次遷址改變了眉縣站的溫度序列。

4結(jié)論

（1）眉縣站44年來年平均氣溫和最高氣溫升幅比參照站明顯，最低氣溫升幅小于參照站。

（2）近44年兩站氣溫差值隨時(shí)間波動(dòng)位相基本一致，且與眉縣站兩次遷址時(shí)間剛好對(duì)應(yīng)。

（3）兩站年平均氣溫差值序列有3個(gè)不連續(xù)點(diǎn)，年平均最高氣溫差值序列有4個(gè)不連續(xù)點(diǎn)，年平均最低氣溫差值序列有5個(gè)不連續(xù)點(diǎn)，每個(gè)時(shí)段平均值差異顯著。其中，最顯著的兩個(gè)不連續(xù)點(diǎn)就出現(xiàn)在兩次遷址的時(shí)間節(jié)點(diǎn)上，導(dǎo)致眉縣站溫度年代際變化趨勢(shì)與參照站不同，氣候變暖突變時(shí)間點(diǎn)不一致。

（4）造成氣溫差異的主要原因是測(cè)站周圍環(huán)境的變化和下墊面性質(zhì)的變化。