江口國家氣象觀測站遷站對比觀測數據差異分析*

吳雪亞，吳 明，皮小雯

(1貴州省江口縣氣象局，貴州 江口 554400；2銅仁市碧江區(qū)氣象局，貴州 銅仁 554300)

0 引言

江口國家氣象站始建于1958年9月1日，原址位于江口縣雙江鎮(zhèn)河濱西路32號，108°51′00″E、27°42′00″N，觀測場海拔高度369.2 m，站址無變動，工作年限60年。近年來隨著江口縣城建設的快速發(fā)展，2008年政府為了安置城市建設失地的農民，在舊址周邊設置拆遷戶安置區(qū)，四周被居民用房包圍，下墊面遭受破壞，變?yōu)樗嗟孛?，氣象探測環(huán)境不斷惡化。經中國氣象局批準，將該站遷至江口縣雙江鎮(zhèn)七里沖掛筒坡，四周空曠，視野開闊，下墊面未遭到人為破壞，新站址探測環(huán)境良好，兩址相距約1.5 km，海拔差124.5 m，兩站址地理環(huán)境見表1。多項研究表明觀測場地變遷以及觀測儀器的更換，都會導致氣象觀測數據出現差異[1-6]。為了解站址遷移前后觀測資料序列差異及不連續(xù)程度，本文利用2016年對比觀測資料對江口站搬遷前后的資料進行差異分析，為該站資料序列延續(xù)、訂正以及氣候資料應用提供一定的科學依據。

表1 江口國家氣象觀測站新、舊址地理環(huán)境對比Tab.1 Comparison of the geographical environment betweenthe new and old sites of Jiangkou National Meteorological Station

1 資料與方法

選用江口國家氣象觀測站新址與舊址2016 年1—12月同期氣溫、氣壓、相對濕度、雨量、風5個氣象要素對比觀測資料，利用差值分析法對觀測資料進行分析；運用數理統(tǒng)計方法對氣溫、氣壓、濕度、風速風向等氣象要素平均值進行分析，對其相關性進行T檢驗；對新、舊站址2站數據相關性明顯的氣象要素，利用最小二乘法進行最佳線性擬合，建立兩站訂正方程。

2 新舊站址各氣象要素差異分析

2.1 氣壓差異性分析

圖1 新、舊站址月平均氣壓變化曲線圖Fig.1 Curves of monthly average pressure changes atthe new and old stations

2.2 氣溫差異性分析

分析2016年全年月平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫資料，由表2可知，新址年平均氣溫明顯低于舊站，新、舊站月平均氣溫差值全年均為負值，表明新址各月氣溫均低于舊址，氣溫差值為-1.3～-0.8 ℃，氣溫差值相對較穩(wěn)定。氣溫差值季節(jié)變化不明顯，春季(3月—5月)平均偏低大，新址比舊址月平均氣溫平均偏低1.1 ℃，夏季(6月—8月)、秋季(9月—11月)、冬季(12月—次年2月)平均分別偏低1.03 ℃、1.08 ℃、1.03 ℃。月平均最高氣溫、最低氣溫、極端最低氣溫新址均低于舊址，差值相對較穩(wěn)定，極端最高氣溫差值波動較大，表明極端最高氣溫相對不夠穩(wěn)定。

表2 江口新、舊站址氣溫差值(單位：℃)Tab.2 The temperature difference between the new andold sites of Jiangkou National Meteorological Station

新站與舊站址氣溫差異主要有以下三個方面原因，一是站址海拔高度差，新站址比舊站高124.5 m，根據氣溫垂直遞減率平均每上升100 m，氣溫下降0.65 ℃，由此估算因海撥因素導致新站氣溫比舊站低0.81 ℃，由此可知，海拔差異不是導致新老站址氣溫差的唯一因素。二是由于城市熱島效應，舊址位于縣城中心，人口密度大，車輛流動多，觀測場四周被居民樓房包圍。三是下墊面差異，舊站址觀測場四周下墊面為水泥瀝青地面，植被覆蓋率較低，新站周圍為綠色植被，四周較為空曠，空氣流通自然，無人為障礙物，新站址受城市熱島效應影響相對舊址較小。

為使江口國家氣象觀測站氣溫數據連續(xù)使用，以舊址日平均氣溫為變量x，新址日平均氣溫為因變量y，利用最小二乘法對日平均氣溫進行最佳線性擬合，分別求得新、舊站址每月日平均氣溫訂正方程及相關系數見表3。從表3可知，新、舊站址日平均氣溫除5月和6月相關系數低于0.9外，其余各月相關系數均在0.9以上，年相關系數0.9971，說明相關密切。通過回歸方程對新址氣溫資料進行訂正后，便可將新址與舊址資料合并使用。

表3 江口觀測站新、舊址各月氣溫回歸方程和相關系數Tab.3 Regression equations and relevant coefficients ofmonthly temperature of the new and old sites of JiangkouNational Meteorological Station

2.3 降水差異性分析

降水量是表征一個地方雨水多少的物理量，其形成機制非常復雜[8]。如表4可知，新舊站址降水量月差值有正有負，2016年新、舊站址年累計降水量分別為1321.5 mm、1542 mm，新址年降水量明顯少于老站；月累計降水量差值在3.3～144.9 mm之間，差值最大為4月，新站降水量比老站址少144.9 mm，最小為5月和9月，新站比老站址降水少3.3 mm。初步分析造成兩站降水差異大的原因有以下三點，一是降水具有局地性強、分布不均勻等特點；二是山地對降水的影響大，不同區(qū)域降水相關性較差；三是雨量傳感器本身差異。

表4 2016年江口新、舊站址降水量對比(單位：mm)Tab.4 The precipitation contrast between the new and old sitesof Jiangkou National Meteorological Station in 2016

2.4 相對濕度差異性分析

濕度是表征空氣中的水汽含量及潮濕程度的物理量。濕度變化常與水汽壓、相對濕度、露點溫度有關，而相對濕度以百分數(%)表示，是空氣中實際水汽壓與當時氣溫下的飽和水汽壓之比。從表5可知，新址較舊址年平均相對濕度高2%，1—6月新站月平均相對濕度比老站址偏高，7—12月相對老站址偏低，全年差值為正值，表明擬遷新址相對濕度略大于舊址；秋季與冬季平均差值相對最小，春季與夏季平均差值最大。月最小相對濕度差值除1月和7月外，其余月份差值較不明顯。分析導致新址較舊址相對濕度差異的主要原因如下：一是新、舊站址下墊面不一樣，新站下墊面為植被，蓄水保水能力較強，植物蒸騰作用較強；二是與空氣流通有關，舊站址四周被建筑物包圍，空氣流通不自然，新站四周無遮擋物，流通順暢；三是氣溫差異，新站址氣溫相對舊址偏低，溫度差異改變了空氣濕度。

表5 2016年江口氣象觀測站新、舊址相對濕度對比(單位：%)Tab.5 Comparison of the relative humidity between the newand old sites of Jiangkou National Meteorological Station in 2016

續(xù)表5

2.5 風向風速差異分析

風是指空氣運動產生的氣流，地面氣象觀測中測量的風是二維矢量(水平運動)，用風向和風速表示。表6風速風向對比資料表明：新站址相對舊站址風速明顯偏大，月平均風速差值在0.7～1.6 m/s之間，月最大風速差異更大，最大差值達10.7 m/s。新址與舊址年風向相符率為18%，最大相符率在10月，為24%，最小相符率在3月，僅15%，可見兩站風向一致性較差。

表6 2016年江口氣象觀測站新、舊址風速風向對比(單位：m/s)Tab.6 Comparison of wind speed and direction between thenew and old sites of Jiangkou National MeteorologicalStation in 2016

分析產生新、舊站址風向風速差異的原因主要是探測環(huán)境變化，舊站址四周被建筑物阻擋，影響氣流流通，減小風速，改變方向，受局地影響較大，新站址四周空曠，無人為障礙物，氣流流通自然，更具有代表性。

3 差異顯著性分析

進一步對新址各項氣象要素與舊址近30 a的觀測資料的平均值做均值差異性檢驗，在α=0.05的顯著水平下，檢驗結果如表7，4個要素中，1月、5月、10月、11月、12月平均風速，9月平均相對濕度超過臨界值，表明差異顯著；平均氣溫和降水量各月平均值均未超過臨界值，表明差異不顯著。這表明新址的月平均氣溫和降水量可與舊址資料續(xù)接合并使用，而新址的月平均相對濕度和月平均風速資料不可與舊址資料續(xù)接使用；用年數據做氣候分析時，新舊站址平均氣溫、降水量和平均相對濕度資料可續(xù)接合并使用，平均風速不可續(xù)接合并使用。

表7 江口站舊址與新址T檢驗(顯著性水平0.05的標準值為2.04)Tab.7 The T test of the old and new sites of JiangkouNational Meteorological Station

4 結論

1)通過對江口國家氣象觀測站搬遷前后兩站的氣象觀測資料對比分析，發(fā)現新站址較舊站址氣溫偏低、氣壓偏小、降水偏少、濕度偏高、風速偏大，風向符合率較低。

2)分析新、舊站址氣象要素差異的原因，海拔高度差、探測環(huán)境、測站下墊面差異及城市熱島效應等是造成氣象要素差異的重要原因。

3)顯著性檢驗結果表明，新址年平均氣溫、年降水量、年平均相對濕度與舊址差異不顯著，資料可合并使用，合并使用新舊址年平均風速需參照對比觀測期的差異做相應訂正。新舊址月平均氣溫和月降水量可合并使用。而對于風向、風速、濕度在精細化使用時需參照對比觀測期的差異做相應訂正。

4)由于對比觀測資料時間只有1年，分析結果有一定局限性，所得結論僅供參考，將根據新址資料不斷積累做進一步檢驗和完善。