探测环境变化对临沭站气象要素的影响

宋莹华　于旭平　颜秉芝

摘要 通过对临沭县国家一般气象站1962—2014年的气温、相对湿度、风速、降水、日照、蒸发等气象资料进行分析，探讨探测环境变化对气象要素的影响。结果表明：随着观测场周围建筑障碍物的增多，临沭站年平均气温增加，年平均风速减小，年日照时数和年蒸发量减少，年平均相对湿度减小，年降水量相对变化不明显。

关键词 探测环境；变化；气象要素；影响；山东临沭

中图分类号 P412.1 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）21-0191-03

气象数据资料是通过固定安装在地面气象观测场内的各种仪器探测得到的，地面气象观测场场内仪器安置和场外周围环境必须符合观测技术上的要求。气象探测环境是为避开各种干扰，保证气象探测设施准确获得气象探测信息所必需的最小距离构成的环境空间[1]，是气象观测数据代表性、准确性、比较性的重要保证。中国气象局《地面气象观测规范》对地面气象观测场环境条件要求：观测场四周必须空旷平坦，避免建在陡坡、洼地或附近有高大建筑物的地方。但随着城市化进程的不断发展，城市住房建设使得气象观测场被高大建筑物包围，气象探测环境不断受到影响和破坏，这样观测到的气象数据与实际大气数据有所偏差，逐渐失去代表性，影响了数据资料的应用准确性。近年来，有关研究表明探测环境变化对气象要素的影响是十分明显的[2-6]。通过对临沭站气象数据进行统计分析，研究探测环境变化对临沭站气象要素的影响及受探测环境变化影响的变化规律，为气象资料的应用和探测环境保护提供有意义的参考。

1 资料来源与处理方法

资料来源于临沭国家一般气象站1962—2014年气温、相对湿度、风速、降水量、日照时数、蒸发量等53年气象观测数据（日照数据为46年，蒸发数据为45年），对以上数据进行求历年值平均，5年滑动平均，进行变化趋势分析，研究各气象要素历年变化规律。

2 站址概况

临沭县地处山东省临沂市与江苏省交界处，气象站于1962年1月1日建站，地理位置位于临沭县夏庄镇东南湖。建站时周围观测环境空旷，没有高大建筑物，符合气象探测环境要求。因城市规划原因于1999年1月1日迁至临沭镇（原夏庄镇）三八岭。2008年以后观测场四周相继建成多处住宅楼，并栽种树木，现址周边逐渐形成居民生活区。观测场已被建筑物、树木包围，致使该站气象探测环境受到严重破坏。原址已不适合气象观测，临沭站已被迫于2015年迁站。

由临沭站观测场旧址周围障碍物距离高度比例图可以看出整个观测场几乎都被高大障碍物包围，形成特殊的局地小气候条件，所观测到的气象资料已不能代表当地大范围的气候特点，严重影响气象探测资料的代表性、准确性。

3 各气象要素的变化与探测环境的关系

3.1 年平均温度的变化

图1为临沭站1962—2014年平均气温变化趋势图，由图可知，近53年临沭年平均气温为13.5 ℃，整体呈现升高趋势，每10年升高0.28 ℃，年平均气温最高值出现在2014年，为14.8 ℃。年平均气温最低值出现在1969年，为12.1 ℃。1990年以前气温资料序列比较均匀，变化幅度缓慢。1995年之后气温呈现连续上升趋势，且均高于历史平均值，年平均气温在逐年升高。按年代际划分，1960年代和1970年代比多年平均值偏低0.4 ℃，1980年代比多年平均值偏低0.2 ℃，1990年代和2000年代比多年平均值偏高0.5 ℃，1988年以前年平均气温大多低于多年平均气温，1988年以后大多高于多年平均气温，并且与平均气温的差值增大，增温趋势明显，这与全球气候变暖大趋势一致，但也与观测环境影响有重要的关系。

经与台站历史沿革资料对比发现，1999年台站受城市规划影响迁站，由建筑密集的市区迁往观测环境相对较好的郊区。迁站前受周围环境影响，1994—1999年气温较常年值偏高，迁站后观测场周围环境空旷，气温变化平缓，符合气候自然变化规律。2011年观测场现址西北方向300 m处规划建设26层某单位宿舍楼，2012年观测场南侧170 m处规划建设商品房（18层和24层），观测场东方向至南、至西方向已被高楼大厦包围，高大的建筑物致使该站气象探测环境受到巨大影响，2011年后年平均气温升高明显。观测场周围环境对气温的影响是很明显的，建筑物的不断增多、建筑物高度提升和与台站观测场距离缩短都是造成观测场气温升高的重要因素[7]。白天建筑物受阳光直射，因热容量小能够强烈吸收太阳短波辐射而迅速升温，其放射出的长波辐射就会加热周围空气，使观测场周围气温升高。临沭站2014年平均气温达到历史最高值，充分显示了周围环境对气温的重要影响。

3.2 相对湿度的变化

图2为历年平均湿度变化趋势图，由图2可知，1962—2014年历年平均相对湿度为70%，相对湿度波动幅度较大，数值呈现逐年缓慢减小趋势，每10年减小0.23%。年平均相对湿度最高值出现在1964年，为76%。年平均相对湿度最低值为65%，出现在1966年、1968年、1988年和2011年。台站周围建筑物的增加，地表植被和自然土壤面积减少导致地表蒸发加大，使相对湿度呈现减小趋势，但可以判断相对湿度受环境变化影响不明显。

3.3 年平均风速的变化

观测站四周障碍物对风向风速的影响很大，周围建筑物数量增多和高度增加会阻挡空气的自然流动，造成观测场附近的风速变小。由图3可知，临沭站1962—2014年历年平均风速为2.8 m/s，年平均风速呈现明显减小趋势，每10年减小0.27 m/s。按年代际划分，1960年代平均风速比多年平均值偏高1.0 m/s，1970年代比多年平均值偏高0.1 m/s，1980年代比多年平均值偏低0.8 m/s，1990年代比多年平均值偏低0.1 m/s，2000年代比多年平均值偏低0.1 m/s，2011—2014年比多年平均值偏低0.8 m/s。1980年代以后年平均風速减小幅度较大，均低于历年平均值，最小值出现在1991年，为1.8 m/s。风速减小趋势非常明显。

观测场周围障碍物对风的影响引起的偏差，表现于2个方面：一是对风速的影响，即使很小的建筑物也能导致风速的重大变化，尤其是在障碍物的背风侧；二是对风向的影响，由于建筑物影响而产生的局地涡流被误认为是风向的正常偏移。站址周围建筑物的增多，对观测场起到了屏障作用，加上涡流现象，就会导致风向风速的数据有较大的偏差[8]。临沭站历年年平均风速呈现减小趋势，主要是测站周围障碍物增多使风速减小造成的。从障碍物距高比图中可以看出，临沭站观测场周围几乎被近处的树木和远处的高楼大厦全部遮挡，形成较大的包围圈，严重阻挡空气的自然流动，导致观测到的风向改变，风速变小。2011年后临沭站风速减小趋势变大。

3.4 年降水量的变化

由临沭站1962—2014年降水量变化趋势图看出，临沭站1962—2014年年降水量呈现缓慢增加趋势，每10年增加5.9 mm。历年平均降水量为855.6 mm，年降水量最大值为1 320.8 mm，出现在1974年，年降水量最小值为522.1 mm，出现在1966年。降水量值年变化的增减趋势不明显，主要是气候变化所致，台站周围环境变化对降水量影响不明显。

3.5 年日照时数的变化

由图4看出，1964—2014年临沭站年日照时数整体呈现异常减少趋势，每10年减少136.8 h。历年平均日照时数为2 386.6 h，年日照时数最高值出现在1978年，为2 741.4 h。年日照时数最低值出现在2014年，为1 878.1 h。按年代际划分，1960年代平均日照时数比多年平均值偏多189.3 h，1970年代比多年平均值偏多159.4 h，1980年代比多年平均值偏多126.6 h，1990年代比多年平均值偏少95.3 h，2000年代比多年平均值偏少232.7 h，2010年代比多年平均值偏少345.5 h。1990年代以后年日照时数减少幅度较大，均低于历年平均值，主要阶段是1999年后。观测场周围建筑物和树木对日照时数影响很大，东北方向杨树林2处（仰角分别为4.5°和6.5°，视宽角分别为34.3°和6.4°）；东南方向为杨树林（仰角12.0°，视宽角93.4°）；西方向为工艺品厂房2座、中创大厦（仰角9.0°，视宽角4.6°），某单位办公楼；西北方向300 m处为某单位宿舍楼2座（仰角分别为10.7°和15.1°，视宽角分别为5.4°和9.2°）。东北和东南方向的杨树林阻挡了部分日光，夏季日出时间较早，会延迟日出后日照时数的感光，西方和西北方向的建筑物会影响太阳落山前的日照时数，特别是冬季由于太阳高度角低，日照时数受环境影响较大。

3.6 年蒸发量的变化

由临沭站1962—2014年蒸发量变化趋势图看出，年蒸发量总体呈现下降趋势，每10年减少56.2 mm。年平均蒸发量为1 510.3 mm，年蒸发量最大值为1 902.3 mm，出现在1965年，年蒸发量最小值为1 230.7 mm，出现在2003年，年蒸发量的减少主要和日照时数、平均风速、气温日较差、相对湿度和降水量等因素有关[9]。年蒸发量的减少与年日照时数的减少、年平均风速的减小密切相关，前文分析临沭站年平均风速呈现减小趋势，年日照时数呈现减少趋势，这与申双和等[10]分析的近45年来影响中国蒸发皿蒸发量的主要因子为风速和日照时数的结论基本一致。

4 结论

临沭站周围高大建筑物建设等环境变化导致气象观测要素的改变，主要有：①年平均气温呈现逐年升高趋势，且在环境恶化加快的年份，气温升高趋势加快。②年平均相对湿度呈现减小趋势，但变化趋势缓慢，可以判断相对湿度受环境变化影响不明显。③年平均风速呈现明显减小趋势，每10年减小0.27 m/s，受周围高大建筑物影响，2011年后风速减小趋势变大。④年降水量呈现缓慢增加趋势，降水量值年变化的增减趋势不明显，主要是气候变化所致，台站周围环境变化对降水量影响不明显。⑤临沭站年日照时数整体呈现异常减少趋势，每10年减少136.8 h。日照时数受周围环境影响较大。⑥年蒸发量总体呈现下降趋势，年蒸发量的减少与年日照时数的减少、年平均风速的减小密切相关。

观测场周围环境变化使观测到的气象记录产生了偏差，造成获得的气象数据不能真实反映本站大范围的自然气象状况，即所得气象资料失去了代表性、准确性和比较性。各地应加强保护探测环境意识，加大保护台站探测环境力度，保持气象站址的长期稳定性，减少气象探测环境对气象要素的影响，获取准确的气象观测数据，为天气预报、气候分析和气象服务提供重要的依据。

5 参考文献

[1] 国务院办公厅.中华人民共和国国务院令：第623号[A/OL].（2012-08-29）[2012-09-06].http：//www.gov.cn/zwgk/2012-09/06/content_2217836.htm.

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[3] 吴利红，骆月珍，孙莉莉.浙江省近34年年平均风速序列均一性检验研究[J].气象科技，2008，36（5）：661-665.

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[8] 张洁新，高英杰，李兰英.浅谈探测环境变化对气象要素的影响[J].科技风，2010（10）：274.

[9] 杨允凌，杨丽娜，王晓娟，等.河北邢台地區蒸发皿蒸发量的变化特征及影响因素[J].干旱气象，2013，31（1）：82-88.

[10] 申双和，盛琼.45年来中国蒸发皿蒸发量的变化特征及其成因影响因素[J].气象学报，2008，66（3）：452-460.