思南气象站迁站对比观测数据差异分析

周继先,聂 云,安德生,屈 花,徐大红

(1.贵州省思南县气象局,贵州 思南 565100;2.贵州省黔东南自治州气象局,贵州 凯里 556000;3.贵州省铜仁市气象局,贵州 铜仁 554300)



思南气象站迁站对比观测数据差异分析

周继先1,聂 云2,安德生1,屈 花1,徐大红3

(1.贵州省思南县气象局,贵州 思南 565100;2.贵州省黔东南自治州气象局,贵州 凯里 556000;3.贵州省铜仁市气象局,贵州 铜仁 554300)

利用思南气象站新址与现址2015年1、4、7、10月同期对比观测资料进行分析，表明新址气温、气压低于现址，相对湿度、风速大于现址，风向的一致性较差；降水量总量差异不大，但当降水强度增大时，两址降水量差异相对增大。两址探测环境不同、海拔高度差、下垫面差异以及城市热岛效应等因素是造成气象要素观测值差异的重要原因。

迁站；对比观测；差异分析；思南

1 引言

思南气象站1948年2月2日建站，1954年1月1日迁至现址。随着城镇建设的发展，观测场四周逐步被各种高低楼群包围，下垫面几乎全是水泥地面，探测环境遭到严重破坏，2007年气象探测环境现状综合评分为61.3分，累计遮挡方位达207°。为了确保气象资料代表性和准确性的要求,经贵州省气象局报中国气象局审批同意迁至现址西南方直线距离2.2 km、海拔高度差+159.8 m处，新址四周开阔平坦，下垫面没有遭到人为破坏，探测环境良好。按照《地面气象观测规范》[1]规定，思南气象站现址和新址之间水平距离超过了2 km、海拔高度差在100 m以上、地形环境有较明显差异，故思南气象站迁站时需在新旧站址同时进行对比观测。

由于气象观测资料是天气分析、气候研究及气象服务等工作的奠基石，观测资料的真实性受到广大气象科技工作者的关注，而有研究表明站址的迁移会对气象数据的均一性造成影响[2-6]，严重时甚至会造成历史气象资料序列断裂。思南气象站为国家基本气象站，有近70 a历史气象资料序列，是思南县天气预测、气候分析等的重要参考依据；为确保思南气象观测资料的代表性、准确性和连续性，很有必要对新旧站址对比观测资料的差异性进行分析，为今后思南气象服务工作的有效开展提供数据支撑。

本文利用思南气象站新址和现址2015年1、4、7、10月同期对比观测资料，重点对温度、气压、风速、相对湿度、雨量5个气象要素进行差异分析，探讨差异形成原因。为思南气象资料序列的连续性、资料订正、气候分析及现代气象服务工作的有效开展提供科学理论依据。

2 资料和方法

选取思南气象站新址与现址2015年1、4、7、10月同期气温、气压、相对湿度、雨量和风5个气象要素对比观测资料，资料来源于思南县气象局。文中所使用的气象资料在计算前进行了严格的质量控制、完整性和均一性检验，同时对缺测资料进行了插补订正，观测资料具有较好的代表性。

利用差值分析法统计分析2015年1、4、7、10月思南气象站新址和现址同期对比观测资料，文中气象要素差值为新址观测值减去现址观测值。定时风风向相符率统计规定为当观测风速大于0.2 m/s，且新址与现址风向角度差的绝对值小于22.5时，才认为两址风向相符。以下为风向相符率和降水量累计相对差值的具体计算公式：

(1)

(2)

3 现址和新址气象要素差异分析

3.1 气温差异分析

分析表1可知：2015年1、4、7、10月新址月平均气温、月平均最高最低气温比现址偏低1.1～1.7 ℃；月极端气温新址均比现址偏低，其中1月最明显，极端最高最低气温分别偏低1.2 ℃、1.7 ℃。综上分析表明:①新址与现址之间存在明显的负温差，且差值较稳定，没有明显波动和振荡现象；②总体而言，气温差值季节变化规律较明显，气温越低，新址与现址的差值越大；③极值出现的日期相同或相近，体现了较好的时间一致性。

分析新址和现址气温差异的原因，主要有3个方面：一是观测站址间存在海拔高度差，气温随海拔高度的增高而降低，新址观测场海拔比现址高159.8 m，按照平均气温垂直递减率0.65 ℃/100 m估算，海拔高度差因素将导致新址气温下降1.0 ℃左右，这与表1统计的实际差值有一定差异，说明海拔高度差不是导致两站气温差异的唯一因子；二是城市热岛效应，新址位于郊区山地，下垫面未受到人为因素破坏，现址位于思南县城区，人口稠密，建筑物密度大，居民生产生活、汽车尾气等排放的CO2明显多于郊区，因此热岛效应使得新址较现址气温偏低；三是两站下垫面性质不同，现址下垫面多为水泥硬化路面，而新址位于郊区，绿色植被覆盖率大，四周开阔，下垫面辐射能力的差异对新址与现址气温差值形成有一定的贡献。

表1 2015年思南气象站新址与现址气温对比(单位：℃)

为了使现址的平均气温资料在思南县天气气候分析中能够连续使用，由图1新址与现址平均气温相关系数值可知两址平均气温相关性明显，故设现址日平均气温为x，新址日平均气温为y，利用最小二乘法最佳线性拟合，分别求得1、4、7、10 月平均气温订正方程。利用回归方程对新址气温资料进行订正后，便可合并使用新址与现址资料。

图1 新址与现址1、4、7、10月日平均气温序列变化曲线图、回归方程及相关系数(单位：气温℃)Fig.1 The average daily temperature sequence change curve,the regression equation and correlation coefficient of the new and currently Sinan weather station in January,April,July,October of 2015

3.2 气压差异分析

气压是指单位面积上空气柱的重量，是气象学中一个非常重要的物理量，它的分布和变化与大气运动及天气状况有密切联系。

分析表2：2015年1、4、7、10月新址月平均气压比现址偏低16.8～18.1 hPa，其中以1月偏低最大为18.1 hPa，10月、4月居中分别偏低17.4 hPa、17.3 hPa，7月最小为16.8 hPa；月极端最高最低气压差值的变化规律均与月平均气压差值的变化规律较为一致。综上分析可知：①气压差值总体变化1月最大，10月、4月居中，7月最小，且各月差值较稳定、波动幅度小；②月气压极值出现日期除1月极端最高、4月极端最低有一定偏差外，其余均表现为明显的时间一致性(注：1月新址次极端最高气压与现址极端最高气压出现在同一天；4月新址次极端最低气压与现址极端最低气压出现在同一天)。

表2 2015年思南气象站新址和现址气压对比(单位：hPa)

3.3 相对湿度差异分析

相对湿度是表征大气干湿程度的湿度参数，与大气中水汽含量的大小直接相关，同时也受温度、气压和风速等气象要素的影响。

分析表3：2015年1、4、7、10月新址平均相对湿度比现址平均偏高4.8%，其中1月偏高6%，10月偏高5%，4、7月均偏高4%；1、4、7、10月新址月最小相对湿度比现址平均偏高2.8%，其中1月偏高5%，10月偏高3%，4月偏高2%，7月偏高1%；总体来看，两站相对湿度1月、10月相差较大，4月、7月相差较小,存在一定的季节性差异。月最小相对湿度出现时间也较为一致，表现为较明显的时间一致性。

分析新址比现址相对湿度偏大的主要原因：①新址位于城郊，周围及下垫面绿色植被覆盖率大、蒸腾作用强，利于水分从植物体表面扩散到大气中,增加近地面层的空气湿度，使得新址水汽含量大于现址；②城市热岛效应：现址处于城区，地面多水泥硬化路面、植被面积少、近地面温度高，蒸发作用较快，导致现址湿度较新址偏小；③新址离乌江流域的距离较现址相对较近，乌江流域的大量水分蒸发变成水汽进入大气使得新址的相对湿度较现址偏高。

表3 2015年思南气象站新址和现址相对湿度对比(单位:%)

3.4 降水差异分析

降水量是表征一个地方降水多少的物理量，其形成机制非常复杂[8]。分析表4：2015年1月月降水量新址比现址偏多，4、7、10月偏少；2015年1、4、7、10月降水量总量累计相对平均差值为-0.09，其中7月差异最小为-0.03，1月最大为0.26，表明新址与现址降水量总量差异不大，气候态稳定；月最大日降水量新址较现址1、7月偏多，4、10月偏少；最大日降水量越大，两址降水差值就越大；最大降水量出现在同一天，表现出明显的时间一致性。综合分析，新址和现址降水量总量差异不大，当降水强度增大时，两址降水量差异相对增大。由于降水具有局地性、不均匀性等特点，而且两址降水的差异还与地形、天气系统对两址的影响程度及降水的周期性振荡等因素有关，需要更长时段资料才能得到较为客观的分析结论，有待今后作进一步分析。

表4 2015年思南气象站新址和现址降水量对比(单位:mm)

3.5 风速风向差异分析

分析表5可知：新址2015 年1、4、7、10月2 min月平均风速和月最大风速均比现址偏大,数值为0.6～5.8 m/s；各月月最大风速出现日期差异也较大，仅7月份月最大风速出现在同一天；各月月最多风向方位差异大，其中10月月最多风向方位相差最大(112.5°)，4月、1月居中分别为67.5°、45°，7月最小(22.5°)；新址与现址2015 年1、4、7、10月定时风风向相符率平均值仅为24.9%，其中最小相符率为10月(20.9%)，最大相符率为1月(27.4%)，可见新址和现址风向一致性较差。

分析这种差异出现的原因：主要为现址四周建筑物的遮挡作用，密集的建筑群使得气流受到阻挡，减小风速，改变风向，导致现址受局地环境影响较大；而新址所在地较开阔空旷，无人为障碍物、下垫面较平滑。因此，新址的风向风速更能代表思南本区域风的特征。

表5 2015年思南气象站新址和现址风速风向对比(单位：风速m/s，风向：°,风向相符率:%)

4 结论与讨论

①)新址与现址的气象要素差异表现为新址气温、气压低于现址，相对湿度大于现址，且差值稳定；降水量总量差异不大，当降水强度增大时，两址降水量差异相对增大。其中，气温、气压极值、月最小相对湿度、月最大降水量出现日期较为一致。

②新址风速比现址偏大，各月月最大风速出现日期及月最多风向方位差异大；定时风风向相符率较小，风向一致性较差。新址所在地较开阔空旷，无人为障碍物、下垫面较平滑，说明新址观测的风向风速更能代表思南本区域风的特征。

③分析新址和现址气象要素差异的原因，除受海拔高度差影响外，两址探测环境的不同、下垫面差异以及城市热岛效应等也是造成气象要素差异的重要原因。

④由于本文分析所用的对比观测资料时间序列较短，分析结果有一定局限性，所得结论仅供资料分析者参考和共同探讨，随着新址观测资料的积累将作进一步订正。

[1] 中国气象局.地面气象观测规范[M].北京: 气象出版社,2003:5-7.

[2] 吴利红,康丽莉,陈海燕.浙江省地面气象站环境变化对气温序列均一性影响[A].中国气象学会2005年年会论文集[C],2005:4 987-4 992.

[3] 贾小琴,孙玉莲,蔡广珍,等.康乐气象站迁移前后地温同期观测资料对比分析及订正[J].干旱气象,2014,32(5):866 -871.

[4] 周慧僚.天峨气象站迁站对比观测资料分析[J].气象水文海洋仪器,2009,26(4):151-154.

[5] 袁云贵,宋彦棠.都匀市气象局迁站对比观测各气象要素差异分析[J].贵州气象,2008,32(2):31-33.

[6] 严小冬,龚雪芹,石艳.贵阳站气温均一性检验与订正[J],贵州气象,2009,33(3):6-8.

[7] 盛裴轩，毛节泰，李建国,等.大气物理学[M].北京:北京大学出版社,2003:30-35.

[8] 杨秀勋,杨明,陈超.铜仁基本站迁站对比观测数据的差异分析[J].贵州气象,2014,38(1):52-55.

The comparison analysis of observation data on transferring Sinan weather station

ZHOU Jixian1,NIE Yun2,AN Desheng1,QU Hua1,XU Dahong3

(1.Sinan Meteorological Administration Bureau of Guizhou Province, Sinan 565100,China;2.Qiandongnan Meteorological Administration Bureau of Guizhou Province, Kaili 556000,China;3.Tongren Meteorological Administration Bureau of Guizhou Province,Tongren 554300,China)

Based on the observation data from the new station and current weather station of Sinan in January, April, July, October of 2015, the statistical results show that the air temperature, air pressure at the new station is lower than the current station; the relative humidity of the new station is larger than the current station, the wind speed at the new station is greater, the consistency of the direction of the wind is poorer, the precipitation amount is of little difference and when the precipitation intensity increases, the two stations' rainfall difference relatively increase. Different observation environment, altitude, underlying surface and urban heat island effect, etc. contribute to the difference of meteorological elements between two stations.

transferring station; comparative observation; comparison analysis; Sinan

1003-6598(2016)05-0073-05

2016-05-09

周继先(1990—)，女，助工，主要从事地面气象观测业务工作，E-mail:wahahaad1234@163.com。

仁市气象局气象基金铜气科合[2015]09号。

P41

B