潮州市新旧观测站气象要素变化对比分析

陆百翔，唐　凯，叶化军

(广东省潮州市气象局，广东　潮州　521000)



潮州市新旧观测站气象要素变化对比分析

陆百翔，唐凯，叶化军

(广东省潮州市气象局，广东潮州521000)

2013年，由于陈桥观测站观测环境的破坏，观测场搬到了远离市区的红山森林公园。为了验证观测资料在搬迁前后是否有明显差异，通过T检验对潮州新旧观测站之间的各项气象要素进行显著性检验，再对潮州新旧站点之间的各项气象要素进行差值对比分析，结果表明：新站个别月份的月平均气温和月平均风速与旧站存在显著差异；新站除了个别月份之外，月平均气温、月平均最高气温、月平均最低气温、月极端最高气温、月极端最低气温与旧站相比，均比旧站低，相对湿度则是新站比旧站高；新站的月平均风速基本比旧站小，盛行风向有明显的季节性变化，新站的风向特征与本地历史风向特征有一定的差异；新旧站之间的降水量差异较小。

大气探测；气象要素；t检验；潮州

1　引言

潮州国家一般气象站陈桥观测站(以下简称旧站)现址位于潮州市城乡结合部。自1997年来，由于城市的迅猛发展，观测站周围由原本空旷的水稻田变成了建设用地，相继建成成排村民住宅楼及厂房，现址周边逐渐形成村民生活区、企业生产区和教学区。观测环境已遭到破坏，不符合观测要求[1]。至2007年探测环境评估为49.3分，2011年评估为49.1分。因此，2013年观测站进行了搬迁，潮州站新址红山观测站(以下简称新站)位于潮州市红山森林公园职工宿舍后，地处潮州古城之东，与潮安县磷溪镇相邻，位于现址偏东方向。站址地势较高，除北面和东面有自然山体遮蔽外，四周视野开阔，新址探测环境评估98.9分。为了解潮州观测站是否会由于站址迁移而使得观测资料产生明显差异，本文将简单运用统计检验方法中的T检验，来检验潮州观测站搬迁前后的部分观测资料是否具有连续性。

表1　新旧站差异对比

2　资料来源和分析方法

文中所用分析资料取自2013年1—12月新旧观测站的气温、气压、相对湿度、风速风向等观测资料，以及旧站1983—2012年共计30 a的气温、气压、相对湿度、风速风向等观测资料。为了简述方便，文中所提新站代表红山观测站，旧站代表陈桥观测站，差值为新旧站之差，在盛行风向的对比分析中，分别用1、4、7、10月的风向资料代表冬、春、夏、秋4个季节。

为了检验新站在搬迁前后气象要素是否有明显差异，用统计假设检验方法t检验对新旧站的气象要素进行检验。再对新旧站气象要素差异情况进行对比分析。

3　t检验及结果

旧站在搬迁之前已累积了50多年的观测资料，为了解观测站在搬迁之后，是否会导致观测资料的中断。因此，为了检验两站搬迁前后的气候资料之间是否存在明显差异，而使得两站观测资料不连续。以下将用统计假设方法中的t检验法[2-3]对相关资料进行假设检验。结果列于表2。t公式为：

表2　各气象要素t检验结果

从表2可见， 7月的月平均气温、7月和9月的月平均风速这几个要素的检验结果绝对值均大于2.045，其余气象要素的检验结果绝对值均小于2.045。这表明，7月的月平均气温、7月和9月的月平均风速这几个要素在迁站之后与旧站气象资料存在明显差异，而其余气象要素在迁站之后没有明显差异。而全年平均气象要素的检验结果绝对值则均小于2.045，通过了连续性检验。

4　新旧站各气象要素差异对比[4-7]

4.1气温对比

4.1.1月平均气温(平均、最高、最低)由表3可以看出，新站的月平均气温、月平均最高气温、月平均最低气温这3项要素均比旧站低，其中，月平均最高气温差值最小，月平均最低气温差值最大。从差值大小的时间分布上可以看出，在上半年，三者的差值基本上比较小，较大的差值基本集中在下半年。

表3　新旧站月平均气温

分析两站之间存在的气温差异原因：

两个站点之间的海拔高度并不相同，两者相差49.9 m(表1)，按照近地面层的气温随海拔高度的平均递减率0.6 ℃/100 m来估算，新站海拔比旧站高49.9 m，会导致气温下降0.3 ℃。但这与表3上的数值仍然相差较大。新旧站全年的平均气温差值为-1.3 ℃，即使考虑了因海拔高度不同而引起的气温差异，但仍存在将近1 ℃的气温偏差。这说明两站点之间的气温差异不仅跟海拔高度有关系，还受到其他因素的影响。

对比两个站点的周边环境，旧站位于市区中心，观测站周围也已经被高楼包围，并且下垫面硬化率高，为水泥或者沥青路面，这些材料的比热容较小，升温快。而新站位于郊区的红山森林公园，周边植被茂盛，绿化率高，植被与水泥路面相比，有着更大的比热容和吸热率[8-9]。

旧站位于市区中心，人类活动频繁，居民在生活、生产过程中均排放出较多的CO2等温室气体，温室气体吸收了地面长波辐射，使得近地面层的温度明显升高。由此可以推断，热岛效应对两站气温差异有一定的影响[5]。

4.1.2月极端气温(最高、最低)

表4　新旧站月极端气温

从表4可以看出，新站的极端最高气温基本比旧站低。新站在5—8月的月极端最高气温均大于35 ℃，而旧站在5—10月的月极端最高气温均大于35 ℃，这表明新站与旧站相比，高温较难出现。从月极端最高气温的出现时间上来看，除了6月和7月的出现日期相差10 d以上之外，其余月份新旧站月极端最高气温出现时间基本一致。分析其原因，6月和7月处于华南地区的汛期期间，此时天气不稳定，午后局地雷阵雨多发，降水时空分布不均，这可能是造成新旧站极端最高气温出现时间不一致的原因之一。从差值的时间分布上来看，随着季节由冷变暖，差值呈现出一个逐步增大的趋势。此外，月极端最高气温出现的时间也比较一致。

新旧站的月极端最低气温差异情况与月极端最高气温的变化情况也十分相似，新站的月极端最低气温均比旧站低。新站的月极端最低气温在5 ℃左右或以下的月份有3个，而旧站全年的月极端最低气温均在5 ℃以上，这表明新站比旧站更容易出现低温。其次，除了1月和8月的出现日期相差5 d以上之外，新旧站的月极端最低气温出现日期基本一致。在查阅相关月份的报表之后发现：2013年1月1日和18日，新站的最低气温分别为5.4 ℃和5.3 ℃，在相同时间内，旧站的最低气温分别为7.4 ℃和7.7 ℃，同一时段内新旧站的温度差异并不明显，由此可见新旧站的月极端最低气温的出现时间是一致的。从差值的分布情况上来看，在秋冬季节，月极端最低气温的差异更为明显。

4.2相对湿度

由表5可见，除了5月偏低之外，新站的相对湿度基本上比旧站的高。差值范围在-1%—4%之间，平均差值为2%，而这也与热岛效应的相关研究结果相符，在城市中，地面硬度化、绿化面积小、温度高蒸发快，使得相对湿度偏低[5]，而新站周围植被茂盛，植物蒸腾作用明显，故新站的相对湿度比旧站高。

表5　新旧站风速、相对湿度、降水对比

4.3风速、风向

表6　新旧站盛行风向差异情况

图1　新站风玫瑰图Fig.1　The wind rose diagram of the old site

图2　旧站风玫瑰图Fig.2　The wind rose diagram of the old site

首先分析新旧站的风速差异情况：从表5可见，新站的月平均风速基本上比旧站小。一般来说，在近地面层，海拔越高，风速越大，虽然新站的海拔高度比旧站高，但是新站的风力却比旧站小，这与上述规律不相符，由此可以判断，新站的风速的大小可能受到了其他因素的影响。

接下来看新旧站全年的盛行风向情况，从图1可以看出，新站冬季的盛行风向为西北，风向频率为15%；春季的盛行风向则有2个，为东南和东南偏南，风向频率均为10%；夏季的盛行风向为东，风向频率为18%；秋季的盛行风向为东北东，风向频率为12%。全年的盛行风向也有2个，分别为东和东南，风向频率均为10%。其次是东南和西北，风向频率同为9%。综上所述，新站春夏季节盛行东南到东风，秋冬季节盛行偏北风，盛行风向有明显的季节变化，这与潮州所属季风区的盛行风向相符[10]。

再看旧站(图2)，冬季的盛行风向为北，风向频率为22%；春季的盛行风向为东南，风向频率为13%；夏季的盛行风向为东南东，风向频率为13%；秋季的盛行风向为北，风向频率为13%。全年盛行风向为北，风向频率为13%。其次为西北北，风向频率为11%。旧站秋冬季节盛行偏北风，春夏季节盛行东南风。通过查阅旧站1981—2010年共计30 a的统计资料，得知旧站的年平均盛行风向为东南，其次为北，旧站2013年的盛行风向与其历史统计资料基本相符，这表明旧站的风向没有受到周边环境的影响，仍具有代表性。

图3　新站地平圈障碍物遮蔽图Fig.3　The surrounding covered of the new site on the horizon

对比新旧站的风向玫瑰图，可以看出新旧站的盛行风向有明显的差异，将新旧站相同时间内的盛行风向列于表5，发现新旧站各个季节的盛行风向虽然十分相似，但新站的盛行风向与旧站相比，均有不同程度的偏差。例如，旧站秋冬季节均盛行北风，新站却分别盛行东北偏东风和西北风。而在前文也已经论证，旧站的风向数据没有受到周边环境的影响，旧站的风向数据仍能代表本地的风向特征，也就是说，新站的风向数据与本地风向特征有所偏差。至于为什么会出现此种偏差，从图3上我们可以直观地发现原因。在新站的北面到东面，有自然山体的遮挡。其余方位上则没有遮蔽物。在秋冬季节，吹向新站的北风受到山体的阻挡，偏转为西北风或东北偏东风，而在新站的东到东南方向上，没有高大的障碍物阻隔，较为开阔，因此新站的偏东风比旧站更明显。另外，由于北风受到山体的阻挡，风速也应有一定程度的减小，这也部分解释了新站的月平均风速为什么比旧站小。

综上所述，新站的月平均风速基本比旧站小，部分原因为受到周围地形的影响，使得风速减弱，风向特征则由于受到北部山体的阻挡影响，与本地的盛行风向有一定程度的偏差。而旧站测得的风向数据则没有受到周边环境的影响，仍具有较好的代表性。今后研究本地风向风速特征时，使用旧站的观测数据可能更具有代表性，这也说明本次迁站新址的选址值得商榷，今后一定要考虑当地的盛行风向。

4.4降水量

由表5可知，2013年新旧站点的全年降水时间主要集中在4—9月，这与华南地区汛期降水规律相符合。其中，两站点的降水量极大值均在7月份，极小值均在1月份，两站全年的降水量变化趋势十分相似。但是，新旧两站的降水仍有差异，从全年平均相差上来看，新站比旧站偏少140 mm左右。从降水的时间分布上来看，基本上是新站的降水比旧站少，另外，随着降水量的增大，新旧两站的差异就越大。降水的时空分布不均可能是新旧两站的降水量差异的原因之一。

5　小结

①从T检验结果来看，新站个别月份的月平均气温和月平均风速在迁站前后有显著差异，资料序列是非连续的，使用该数据时需处理；月平均最高气温、月平均最低气温、月极端最高气温、月极端最低气温、月平均风速、月平均相对湿度等气象要素，在迁站前后没有显著差异，资料序列为连续的。各项年平均气象要素则均为连续。

②新站的月平均气温、月平均最高气温、月平均最低气温、月极端最高气温、月极端最低气温、月平均风速等气象要素比旧站小,而相对湿度则是新站比旧站略大。

③新站的盛行风向均有明显的季节性变化，与本地气候类型相符，但是新站受北侧山体阻挡的影响，北风风力会被减弱并且风向偏转，由于北风风向频率的减少，使得新站的偏东风风向频率明显升高，因此，新站的风向特征与本地的风向特征有一定的偏差，而旧站的风向特征没有受到周围环境的影响，仍具有较好的代表性。所以，在研究本地风向特征时，使用旧站的风向数据更为准确。今后迁站，新址的选址一定要考虑当地的盛行风向，新址一定不能在当地盛行风向方有较大的障碍物如山体等。

④新旧站的降水分布的变化趋势十分相似，但是降水量则存在差异，新站大多数月份的降水比旧站少，全年降水则比旧站少140 mm左右，可能为降水的时空分布不均所造成的。

[1] 中国气象局.地面气象观测规范[D].北京:气象出版社，2003.

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[10]广东省气象局.广东省天气预报技术手册编写组.广东省天气预报技术手册[M].北京: 气象出版社，2006：9.

Comparative Analysis on the Changes of Meteorological Elements of the Old and New Observation Stations in Chaozhou City

LU Baixiang，TANG Kai，YE Huajun

(Chaozhou Meteorological Bureau，Chaozhou 521000，China)

Due to the destruction of the observation environment, Chenqiao Observation Station was moved to Hongshan Forest Park in 2013.In order to test and verify whether there are great differences between the new site and old one, we made tests of significance and the Student's t test on all meteorological elements and we draw conclusions as below: 1.great difference exists between new site and the old one for particular months in views of monthly mean temperature and monthly mean wind speed; 2.Except particular month, the monthly mean temperature, monthly mean maximum temperature, monthly mean minimum temperature, monthly extreme maximum temperature,and monthly extreme minimum temperature are lower at the new site than at the old one, while the relative humidity is higher in the new site; 3.certain difference exists in the prevailing wind direction and monthly average wind speed between new site and the old 4.there is slight difference in precipitation.

atmospheric sounding；meteorological element；Student's t test；Chaozhou

1003-6598(2016)01-0064-06

2015-07-31

陆百翔(1990-)，男，助工，主要从事短期预报服务工作，E-mail:694145720@qq.com。

潮州市科技计划项目“潮州市低温灾害的气候特征分析以及预报工具的建立和应用”(2015GY03)。

P468

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