1935-2021年重慶地面氣象臺站元數(shù)據(jù)變動特征分析①

廖偉， 朱君， 趙美艷， 李奇臨， 蓋長松

重慶市氣象信息與技術(shù)保障中心，重慶 401147

氣象臺站元數(shù)據(jù)是氣象觀測記錄數(shù)據(jù)的重要背景信息,是了解氣象數(shù)據(jù)、管理氣象數(shù)據(jù)、應(yīng)用氣象數(shù)據(jù)所必需的基礎(chǔ)信息[1],其涉及的站址遷移、觀測要素的增減、觀測儀器的變化、觀測時制和觀測時次的變更等內(nèi)容都對氣象資料的均一性和比較性產(chǎn)生影響,能夠為氣候資料應(yīng)用、氣候預(yù)測及其變化研究等領(lǐng)域提供重要的背景信息[2-7].世界氣象組織(WMO)和許多國家都十分重視臺站元數(shù)據(jù)的收集、存檔和利用,并成為國際間氣象數(shù)據(jù)交換所提供的重要內(nèi)容之一[1].

近年來,黃曉龍等[8]開展了四川省內(nèi)氣象臺站建站至2016年的元數(shù)據(jù)變動特征分析;劉霄等[9]對四川省內(nèi)的地面氣象臺站元數(shù)據(jù)文件質(zhì)量進(jìn)行了分析,總結(jié)了臺站元數(shù)據(jù)文件整編的工作得失,促進(jìn)了當(dāng)?shù)貧庀髾n案工作和氣象業(yè)務(wù)的優(yōu)化和完善;張智等[10]對寧夏地面氣象臺站元數(shù)據(jù)的變化特點(diǎn)及質(zhì)量進(jìn)行評估,對站址遷移、觀測儀器變動次數(shù)的空間分布等內(nèi)容進(jìn)行研究.本文以重慶地區(qū)地面氣象臺站1935-2021年的元數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),研究其變動特征,擬為重慶本地氣候資料處理、應(yīng)用及研究提供基礎(chǔ)信息.

1 資料和方法

2022年4月,中國氣象局組織開展各省市地面氣象觀測臺站元數(shù)據(jù)匯交整理工作,本文在此基礎(chǔ)上,通過收集、整理、查閱重慶市地面氣象觀測記錄月報表、年報表、地面氣象觀測數(shù)據(jù)文件(A文件)、地面分鐘觀測數(shù)據(jù)文件(J文件)、地面氣象年報數(shù)據(jù)文件(Y文件)以及《臺站檔案》,對重慶市1935-2021年37個地面氣象臺站(含2個已撤銷站)的元數(shù)據(jù)(LD文件)進(jìn)行了匯編整理和統(tǒng)計分析.地面氣象臺站元數(shù)據(jù)(LD文件)內(nèi)容涉及臺站名稱(01項)、區(qū)站號(02項)、臺站級別(03項)、所屬機(jī)構(gòu)(04項)、臺站位置(05[55]項)、臺站周圍障礙物(06項)、觀測要素(07項)、觀測儀器(08項)、觀測時制(09項)、觀測時間(10項)、守班情況(11項)、其他變動事項(12項)、圖像文件(13項)、觀測記錄(14項)、觀測規(guī)范(15項)、數(shù)據(jù)來源(19項)、文件編報人員(20項)[1].

本文著重從站址遷移、觀測要素的增減、觀測儀器的變化、觀測時制和觀測時間的變更這幾個角度出發(fā),統(tǒng)計整理37個LD文件各主要項的變動次數(shù),淺析重慶地面氣象臺站元數(shù)據(jù)變動特征.

2 元數(shù)據(jù)變動特征

2.1 總體概況

重慶37個地面氣象臺站1935-2019年元數(shù)據(jù)各項內(nèi)容共變動16 997次,平均每站變動459.4次.如圖1所示,變動次數(shù)最多的項目是觀測儀器(08項)(10 196次),占比約60%,其次為觀測要素(07項)(1 663次),占比約10%;變動次數(shù)最少的項目是文件編報人員(20項)(37次),其次是區(qū)站號(02項)(38次).觀測要素(07項)和觀測儀器(08項)這2項的變動占比高達(dá)70%,構(gòu)成了地面臺站元數(shù)據(jù)變動的主要構(gòu)成部分.

按站統(tǒng)計(圖2),變動次數(shù)排名前三的臺站依次為酉陽站(719次)、沙坪壩站(659次)以及北碚站(644次),此3站的建站時間早、臺站級別高是導(dǎo)致變動較多的主要原因.變動少的臺站依次為金佛山站(245次)、陳家坪站(267次)和大足站(352次).

圖1 元數(shù)據(jù)各項變動次數(shù)

圖2 各臺站元數(shù)據(jù)變動次數(shù)

2.2 主要項變動特征

2.2.1 臺站位置(05項)

根據(jù)表1可知,重慶地區(qū)氣象臺站最早于1935年建站,建站年份集中在1957年(9站)以及1959年(13站).除了沙坪壩站、城口站、長壽站及陳家坪站外其余33站均有遷站,截至2021年,共計遷站76次.遷站最多的是北碚站(6次),其次是武隆站(5次).遷站較多年份是1954年(5次)、1961年(5次)、2015年(4次).

如表2所示,從遷站年代來看,1935-1960年遷站20次,1961-1970年遷站13次,1971-1980年遷站4次,1981-1990年遷站1次,1991-2000年遷站9次,2001-2010年遷站12次,2011-2021年遷站17次.五六十年代及近幾年遷站頻繁,80年代遷站最少.早些年由于建站經(jīng)驗不足導(dǎo)致1954-1960年期間臺站遷站次數(shù)比較多,近年來由于城市化加劇,測場環(huán)境改變導(dǎo)致2011-2021年遷站次數(shù)僅次于建站初期.從遷站距離來看,遷站小于1 000 m的有23次,占比最高,達(dá)31%,遷站距離在1 000～2 000 m之間的有8次,2 000～5 000 m有9次,5 000～10 000 m有7次,遷站距離超過10 000 m的有9次.

表1 各臺站遷站情況整理

表2 按年代統(tǒng)計臺站遷站距離出現(xiàn)次數(shù)

2.2.2 觀測要素(07項)的增減

07項總共變動1 663次,是僅次于觀測儀器變動的第二大項.變動集中在1957年(179次)、1959年(258次)及1980年(174次).50年代變化較多的原因是臺站大都在這幾年建站,而1980年變化較多則是因為新觀測規(guī)范[12]的實施,各臺站觀測任務(wù)調(diào)整,導(dǎo)致變化次數(shù)較多.

變化最多的臺站是天城站(77次),其次是北碚站(71次)和巫溪站(68次).天城站由于早些年多次撤站和重新建站(1961年1月1日由萬縣氣象站遷至沙河子上坪姜家堡,1962年6月30日該站撤銷;1966年 1月1日萬縣氣象站重新建立,由于姜家堡原站址滑坡,故遷至萬縣安樂公社上坪大隊第八生產(chǎn)隊,1968年12月31日撤銷;1971年7月1日重新恢復(fù)萬縣氣象站并開展工作至今),導(dǎo)致多個年份(1962年7月1日—1965年12月31日及1969年1月1日-1971年6月30日)未進(jìn)行氣象觀測,而07項需詳細(xì)編報各要素實際觀測的起止時間,所以天城站變動最為頻繁.

2.2.3 觀測儀器(08項)的變化

由圖1得知,08項總共變動10 196次,是元數(shù)據(jù)所有內(nèi)容中占比最高的一項.過半的比重直觀地體現(xiàn)了觀測儀器的變化在整個元數(shù)據(jù)整編中的重要性.變化次數(shù)如此之大,究其原因可從此項的編報要求說起.該項主要為編報定時器測和自動觀測項目的觀測儀器設(shè)備,一旦設(shè)備名稱、規(guī)格型號、生產(chǎn)國別或廠家以及儀器距地或平臺高度、平臺距觀測場地面高度這幾個要素中其中任何一項發(fā)生變動,都必須逐條羅列,分別編報,詳盡體現(xiàn)各要素在各年代時間段使用的觀測儀器信息.

儀器變動最頻繁的臺站是酉陽站(487次),其次是沙坪壩站(407次)、北碚站(405次),變動次數(shù)最少的是金佛山站(121次),陳家坪站(167次)和巫溪站(184次)次之.

如圖3所示,儀器變動主要發(fā)生在1980年(370次)、2004年(366次)、2014年(399次)、2015年(424次).變動集中在這些年的主要原因是1980年因新地面氣象觀測規(guī)范[12]的實施,臺站觀測任務(wù)有了新的調(diào)整,儀器因此也有了相應(yīng)的變動;2004年自動氣象站大規(guī)模建設(shè),臺站很多要素開始實施自動觀測,啟用了一批新的自動觀測儀器設(shè)備;2014年及2015年變動較多則是由于很多設(shè)備升級換代,更換了新的廠家和型號.

圖3 儀器變動逐年統(tǒng)計分布圖

08項主要涉及氣壓、氣溫、濕度、風(fēng)、降水量、蒸發(fā)、日照、地溫等觀測要素儀器的變動.如表3所示,這8要素儀器總共變動4 984次,變動最為頻繁的是風(fēng)向風(fēng)速儀器(1 069次),其次是氣溫儀器(992次),變動最少的是蒸發(fā)儀器(194次),其次是日照(248次).

表3 八要素觀測儀器變動次數(shù)及變動集中年份統(tǒng)計

觀測儀器變動頻繁的年代大都跟新觀測規(guī)范[11-13]的實施、臺站觀測任務(wù)的調(diào)整或者自動觀測設(shè)備啟用的年份基本吻合.其中變動次數(shù)最多的風(fēng)速儀器在20世紀(jì)60年代變動最為頻繁,因為在此期間所采用的輕型、重型維爾德測風(fēng)器及EL型電接風(fēng)向風(fēng)速計安裝高度多次調(diào)整;氣溫儀器變動次數(shù)排名第二,該項1961年變動最多的原因在于該年起實施新的地面氣象觀測規(guī)范[11](1961年版),氣溫儀器距地高度由2.0 m變成了1.5 m,與此相關(guān)的百葉箱、干濕球溫度表、周轉(zhuǎn)及日轉(zhuǎn)溫度計等儀器安裝高度都做了相應(yīng)的變更;降水量儀器同樣也是因為1960年雨量器安裝高度從2.0 m改為0.7 m導(dǎo)致變動最多;日照儀器自2019年1月1日起啟用自動觀測,實施人工與自動平行觀測,1-4月以人工觀測資料為正式記錄,5月以后以自動觀測資料為正式記錄,所以日照儀器在2019年變動最為頻繁.

2.2.4 觀測時制(09項)和觀測時間(10項)的變更

這2項變動主要集中在1960年(41次)和2002年(22次),由于1960年8月前后觀測時制由地方平均太陽時改為了北京時,觀測時次也做了相應(yīng)的變更,而2002年大多數(shù)臺站啟用自動觀測,臺站觀測次數(shù)因此改變,導(dǎo)致這兩年變動次數(shù)最多.具體變動特征為: 1935年1月1日至1953年12月31日觀測時制為標(biāo)準(zhǔn)時,定時觀測次數(shù)為24次、16次、8次和6次;1954年1月1日至1960年7月31日觀測時制為地方平均太陽時,定時觀測次數(shù)為4次(01時,07時,13時,19時)、3次(07時,13時,19時);1960年8月1日至今觀測時制為北京時,定時觀測次數(shù)為4次(02時,08時,14時,20時)、3次(08時,14時,20時),2002年啟用自動觀測以后,臺站觀測次數(shù)增加編報自動觀測.

3 結(jié)論與討論

1) 重慶地面氣象臺站1935-2021年元數(shù)據(jù)主要項總共變動16 997次,平均每站變動459.4次.變動次數(shù)排名前三的臺站是酉陽站、沙坪壩站、北碚站,金佛山站、陳家坪站及大足站變動較少.37個地面臺站最早1935年建站,建站年份集中在1957年及1959年.截至2021年,臺站遷站共計76次,遷站最多的是北碚站,其次是武隆站,遷站較多年份是1954年、1961年、2015年.早些年建站經(jīng)驗不足,近年來城市化加劇、測場環(huán)境改變是導(dǎo)致這幾年遷站較為頻繁的主要原因.

2) 觀測要素的變動集中在1957年、1959年及1980年.20世紀(jì)50年代因為臺站集中建站,1980年由于新觀測規(guī)范的實施,各臺站觀測任務(wù)調(diào)整,導(dǎo)致觀測要素變動較多.變動最多的臺站是天城站,其次是北碚站和巫溪站;觀測時制和觀測時間的變更主要集中在1960年和2002年.

3) 氣象數(shù)據(jù)具有時間、空間、地域以及種類和要素多樣等特點(diǎn),針對地面氣象觀測臺站元數(shù)據(jù)進(jìn)行特征分析是分析、檢驗、訂正氣候資料序列的科學(xué)依據(jù).

總體來說,臺站元數(shù)據(jù)是了解、管理、應(yīng)用氣象資料重要的基礎(chǔ)信息,元數(shù)據(jù)的收集和整理與臺站日常填報的備注、紀(jì)要等信息息息相關(guān),因此為保證元數(shù)據(jù)的系統(tǒng)性、連續(xù)性和完整性,離不開臺站及時、規(guī)范、準(zhǔn)確地填報.元數(shù)據(jù)及時地追加與完善,能夠進(jìn)一步提高元數(shù)據(jù)的時效性和可用率,發(fā)揮其對氣象數(shù)據(jù)研究的積極作用.