喀什市氣象站新舊地址對(duì)比觀測(cè)資料分析評(píng)估

曼吾拉·卡德?tīng)?努爾比亞·吐尼牙孜

關(guān)鍵詞遷站;喀什;差值分析;統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)

地面觀測(cè)記錄必須具有代表性、準(zhǔn)確性、比較性，觀測(cè)記錄不僅要反映測(cè)點(diǎn)的氣象狀況，還要反映測(cè)點(diǎn)周圍內(nèi)的平均氣象狀況。大量事實(shí)和研究證明，準(zhǔn)確可靠的天氣和氣候信息對(duì)公眾的生產(chǎn)、生活及社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域具有非常廣泛的影響，而準(zhǔn)確、連續(xù)的氣象觀測(cè)資料是天氣預(yù)報(bào)及氣候預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)。

隨著城市的現(xiàn)代化發(fā)展，城市建筑物逐年增加，日趨嚴(yán)重的城市熱島效應(yīng)等眾多因子導(dǎo)致氣象探測(cè)環(huán)境遭到破壞，進(jìn)而影響觀測(cè)資料的連續(xù)性及代表性，甚至影響觀測(cè)項(xiàng)目的觀測(cè)，如能見(jiàn)度，風(fēng)向、風(fēng)速、日照等。很多時(shí)候遷站是不可避免的無(wú)奈之舉，為了分析探測(cè)環(huán)境改變對(duì)觀測(cè)資料的影響，做好對(duì)歷史資料的分析與應(yīng)用，許多氣象工作者進(jìn)行了有益的研究，認(rèn)為大部分的長(zhǎng)時(shí)間氣候序列除了受到氣候因子影響外，還受遷移臺(tái)站、儀器變動(dòng)、觀測(cè)方法的變動(dòng)等非氣候因子影響，其中，以遷站對(duì)長(zhǎng)時(shí)間序列的影響最為顯著，嚴(yán)重者會(huì)造成歷史資料序列的斷裂，影響數(shù)據(jù)的使用及分析的結(jié)論。因此，對(duì)于遷移過(guò)的氣象臺(tái)站時(shí)間序列，有必要對(duì)比分析遷站前后的觀測(cè)資料，探討城市小氣候?qū)v史資料連續(xù)性的影響，分析差異產(chǎn)生的原因，消除干擾，以便能得到連續(xù)、準(zhǔn)確的觀測(cè)資料序列。

喀什市國(guó)家氣候基準(zhǔn)站位于南疆西部，自21世紀(jì)以來(lái)，城市現(xiàn)代化水平顯著提高，民用、商用建筑物增加，舊站址視野被高樓擋住，影響能見(jiàn)度、日照、風(fēng)向風(fēng)速等觀測(cè)項(xiàng)目，導(dǎo)致原址數(shù)據(jù)逐漸失去代表性。經(jīng)中國(guó)氣象局批準(zhǔn)同意，該站于2013年12月31日起遷至新站址，按照《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》規(guī)定，于2013年1-12月在舊地址同時(shí)進(jìn)行自動(dòng)對(duì)比觀測(cè)。通過(guò)對(duì)比喀什市氣象站遷移前后觀測(cè)資料，采用統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，重點(diǎn)分析遷站前后氣象要素變化情況、差異原因，為新站觀測(cè)資料的使用提供科學(xué)依據(jù)。

1資料與方法

1.1資料

選用喀什市國(guó)家氣候基準(zhǔn)站新舊站址2012年1-12月逐日平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、本站氣壓、相對(duì)濕度、降水量等觀測(cè)資料。舊站位于喀什市政府西南側(cè)，離市政府1.9km，觀測(cè)場(chǎng)海拔高度1289.4m，經(jīng)緯度分別為75°59'E、39°28'N，氣壓表感應(yīng)部分海拔高度為1290.6m。該地址自1957年建站已使用57年，隨著城市化進(jìn)程加快，舊站周圍逐漸被城市包圍，四周建筑物形成了人為屏障，探測(cè)環(huán)境遭到破壞。新站位于喀什城區(qū)西北面，位于舊站址西側(cè)，離舊站址直線距離為18.4km，經(jīng)緯度75°45'E、39°29'N，海拔高度1385.6m，氣壓表感應(yīng)部分海拔高度1386.7m。新站觀測(cè)場(chǎng)海拔高度比舊站高96.2m，氣壓表感應(yīng)部分海拔高度比舊站高96.1m。新站四周以農(nóng)田、村莊為主，無(wú)建筑遮擋物，視野開(kāi)闊，人口稀少，自然條件好，空氣流通舒暢，不受城市熱島效應(yīng)影響，探測(cè)環(huán)境以及氣象設(shè)施完全符合氣象探測(cè)環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。

1.2方法

為了對(duì)比喀什市新舊氣象站氣象要素之間的差異，采用了差值計(jì)算，公式如下：

2氣象要素差異分析

分別計(jì)算新舊觀測(cè)站數(shù)據(jù)，對(duì)比觀測(cè)1年內(nèi)日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫、日平均本站氣壓、水汽壓、日平均相對(duì)濕度、日降水量、日平均風(fēng)速、最大風(fēng)速、極大風(fēng)速，并求取月、年差值平均值。

2.1氣溫

喀什新站與舊站日平均氣溫、最高氣溫差值均為負(fù)值，日平均、日最高氣溫差值范圍均在0.2℃～1.3℃。日最低氣溫除10月份新站比舊站偏高0.4℃以外，其他月份氣溫均偏低，差值范圍在0.1℃～1.6℃，平均日較差1月、2月和11月、12月份新站比舊站高0℃～1.1℃，其他月份均低于舊站址，差值范圍在0.2℃～1.4℃。而年平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫均為負(fù)值，差值范圍在0.3℃～0.9℃，其中，最高氣溫差值表現(xiàn)較大，最低氣溫差值相對(duì)較小。如果以3-5月為春季，6-8月為夏季，9-11月為秋季，12月—次年2月為冬季，可以認(rèn)為冬季氣溫差最明顯，秋季最弱，春、夏季平均值基本相同?？梢?jiàn)喀什新站氣溫明顯低于舊站氣溫，且這種表現(xiàn)冬季更明顯，造成這種差異的原因是城市熱島效應(yīng)。

2.2本站氣壓

氣壓是作用在單位面積上的大氣壓力，即等于單位面積上向上延伸到大氣上界的垂直空氣柱的重量。氣壓的變化一定程度上反映大氣密度變化，與水汽含量、風(fēng)速、對(duì)流強(qiáng)度等密切相關(guān)，也是人體舒適度影響要素之一。新站月平均本站氣壓比舊站址的顯著偏低，1-12月平均本站氣壓差值在9.1～11.6 hpa，冬季氣壓差值最大，春秋次之，夏季相對(duì)較小，而新舊站本站氣壓年平均差值9.6hpa。可見(jiàn)，新舊站址本站氣壓存在明顯差異，造成氣壓差異的主要因素是兩地的海拔高度。

2.3水汽壓

水汽壓是指空氣中水汽的分壓強(qiáng)。水汽壓的大小與蒸發(fā)快慢有密切關(guān)系，而蒸發(fā)的快慢在水分供應(yīng)一定的條件下主要受溫度控制。新站水汽壓秋冬季節(jié)偏低，差值范圍在0.1～0.5hpa，春秋季節(jié)偏高，差值范圍在0.1～0.5hpa，年平均水汽壓新站偏高0.1hpa，差值變化比較穩(wěn)定。

2.4相對(duì)濕度

新舊站相對(duì)濕度差值除了10月、12月新站相對(duì)濕度偏低、9月相等以外，其他月份相對(duì)濕度一致偏高，偏高1%～4%，年平均相對(duì)濕度偏高1.7%。由于相對(duì)濕度受降水和風(fēng)速的影響，產(chǎn)生這種差異是合理的。

2.5降水

從各月總降水量可以看出，喀什新站與舊站各月總降水量存在較大差異，數(shù)據(jù)相對(duì)不穩(wěn)定。6-8月及1月、11月、12月新站降水偏少，其中，6月降水偏少5.3mm，3月、4月、10月新舊站均無(wú)降水，2月、5月、9月新站降水偏多，9月降水偏多10.6 mm，年平均月降水量新站偏多0.5mm?？梢?jiàn)，新舊站降水值存在較大差異，并集中在多雨月份，這體現(xiàn)了降水的局地性特點(diǎn)。

2.6風(fēng)速

喀什新站與舊站日平均風(fēng)速、最大風(fēng)速、極大風(fēng)速差值均為正值，日平均風(fēng)速差值在0.4～1.8m/s，最大風(fēng)速差值在1～3.7m/s，極大風(fēng)速差值在0.8～4.7m/s，且以4-8月偏大最為明顯;年平均風(fēng)速、最大風(fēng)速、極大風(fēng)速差值均在1m/s以上。說(shuō)明喀什新站風(fēng)速明顯大于舊站風(fēng)速，這主要是因?yàn)槭艹鞘谢绊?，舊站周圍建筑物較多，被包圍其中，而新站地處空曠，地勢(shì)平坦，進(jìn)而產(chǎn)生差異（表1）。

3顯著性分析

Pearson相關(guān)系數(shù)是描述兩個(gè)數(shù)列線性相關(guān)的統(tǒng)計(jì)量，統(tǒng)計(jì)學(xué)中大樣本定理，樣本量30才有統(tǒng)計(jì)意義。為了驗(yàn)證喀什新站觀測(cè)資料與舊站歷史資料序列的關(guān)系，選取喀什舊站30年旬平均共36個(gè)樣本序列值作為氣候值，分別對(duì)新舊站平行觀測(cè)期氣象要素值進(jìn)行Pearson相關(guān)分析及顯著性檢驗(yàn)。

新舊站址平均氣溫、本站氣壓、水汽壓、相對(duì)濕度、降水、平均風(fēng)速等氣象要素時(shí)間序列與30年旬平均值呈正相關(guān)。其中，平均氣溫相關(guān)系數(shù)最高，降水及平均風(fēng)速相對(duì)較?。号c同年平行觀測(cè)期相比，新舊站相關(guān)程度普遍高于30年旬平均值;新舊站平均氣溫、本站氣壓相關(guān)系數(shù)為0.999。說(shuō)明新站址氣溫、本站氣壓接近舊站址。而降水新舊站相關(guān)系數(shù)為0.798，相關(guān)程度相對(duì)不明顯（表2）。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證新舊站與30年平均氣候序列值、新舊站平行觀測(cè)期相關(guān)性是否顯著，對(duì)表1的相關(guān)系數(shù)進(jìn)行t檢驗(yàn)，給定信度a=0.001，自由度為34，則顯著性水平為3.601。由表2可知：新舊站址平均氣溫、本站氣壓、水汽壓、相對(duì)濕度等氣象要素時(shí)間序列與30年平均值呈顯著正相關(guān)，可見(jiàn)今后對(duì)上述幾項(xiàng)氣象要素的研究與應(yīng)用可認(rèn)為其時(shí)間序列是連續(xù)的：降水舊站與30年平均降水序列顯著呈正相關(guān)，而新站與30年平均降水序列顯著性不明顯;平均風(fēng)速新舊站與30年平均風(fēng)速序列均沒(méi)通過(guò)a=0.001的顯著性水平，說(shuō)明2013年平均風(fēng)速與近30年平均風(fēng)速存在差異，因此，對(duì)風(fēng)速的精細(xì)化應(yīng)用時(shí)需考慮到新舊站址的差異，必要時(shí)應(yīng)做資料的均一化處理。此外，新站本站氣壓、水汽壓、相對(duì)濕度、降水、平均風(fēng)速等氣象要素時(shí)間序列與舊站平行觀測(cè)期要素序列呈顯著正相關(guān)，其中，平均氣溫、本站氣壓、水汽壓t值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于顯著水平，可以認(rèn)為二者之間存在直線關(guān)系，說(shuō)明同期相比，新舊測(cè)站氣候差異不明顯（表3）。

4結(jié)論與討論

氣象觀測(cè)資料除了受全球范圍內(nèi)大氣活動(dòng)、太陽(yáng)輻射、海陸氣相互作用的影響以外，測(cè)站環(huán)境的變化對(duì)各個(gè)氣象要素的影響作用更為直接。自21世紀(jì)以來(lái)，隨著城市現(xiàn)代化的快速發(fā)展，觀測(cè)場(chǎng)遭到周圍環(huán)境的嚴(yán)重干擾，影響了氣象觀測(cè)資料的準(zhǔn)確性、代表性和比較性，進(jìn)而影響預(yù)報(bào)員對(duì)實(shí)況資料的真實(shí)判斷、氣象預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率及精細(xì)化。通過(guò)對(duì)溫度、氣壓、水汽壓、相對(duì)濕度、降水、風(fēng)速等氣象要素的變化分析討論，得出結(jié)果：

（1）新測(cè)站氣象要素與舊測(cè)站之間存在一定的偏差。新站平均氣溫，最高、最低氣溫、本站氣壓均低于舊站，而水汽壓、相對(duì)濕度、降水量、平均風(fēng)速、最大風(fēng)速、極大風(fēng)速均高于新站。各氣象要素的差異主要來(lái)源于海拔高度、城市熱島效應(yīng)及地形差異。

（2）新舊站址平均氣溫、本站氣壓、水汽壓、相對(duì)濕度、降水、平均風(fēng)速等氣象要素時(shí)間序列與30年旬平均值呈正相關(guān)，與同年平行觀測(cè)期相比，新舊站相關(guān)程度普遍高于30年旬平均值。

（3）經(jīng)檢驗(yàn)，新舊站址平均氣溫、本站氣壓、水汽壓、相對(duì)濕度等氣象要素時(shí)間序列與30年平均值呈顯著正相關(guān)，今后對(duì)上述幾項(xiàng)氣象要素的研究與應(yīng)用可認(rèn)為其時(shí)間序列是連續(xù)的。

（4）平均風(fēng)速新舊站與30年平均風(fēng)速序列均沒(méi)通過(guò)自由度為34、置信區(qū)間為0.001的顯著性水平。因此，對(duì)風(fēng)速的精細(xì)化應(yīng)用需考慮新舊站址的差異，必要時(shí)應(yīng)做資料的均一化處理。

（5）新站各氣象要素時(shí)間序列與舊站平行觀測(cè)期要素序列呈顯著正相關(guān)，其中平均氣溫、本站氣壓、水汽壓t值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于顯著水平，說(shuō)明同期相比，新舊測(cè)站氣候差異不明顯。