眉县两次气象站迁址对温度资料序列的影响分析

李恩莉 韩洁 乔丹扬

摘要：选取经历两次迁址的眉县气象站和周边2个未迁过站址的参照站1974～2017年年平均气温、年平均最高气温、年平均最低气温资料，对比分析了迁址对眉县站温度序列的影响。结果表明：两次迁址和城市热岛效应的共同影响使得眉县站温度变化趋势与参照站产生较大差异。眉县站44年来年平均气温和最高气温升幅比参照站明显，最低气温升幅小于参照站;近44年两站气温差值随时间波动位相基本一致，且与眉县站两次迁址时间刚好对应;年平均气温差值序列有3个不连续点，年平均最高气温差值序列有4个不连续点，年平均最低气温差值序列有5个不连续点，每个时段平均值差异显著{热岛效应和迁址使得眉县站温度年代变化趋势不一致;造成气温差异的主要原因是测站周围环境的变化和下垫面性质的变化。

关键词：迁址;温度;差值;影响

中图分类号：TP311.5 文献标识码：A 文章编号：1674—9944（2019）18-0038-04

1引言

随着经济和城市化进程的发展，很多过去位于城市郊区甚至乡村的地面气象观测台站现在都变成了城市中心或者商业区内站，周边观测环境发生了不同程度的变化，使得一些观测站不再适合作为气象观测的站点。观测环境的改变很大程度上影响了气象观测资料数据的“三性”，给以此为支撑的气象业务、科研等气象工作以及其他行业、部门的气象基础保障工作带来不利影响。

眉县气象站始建于1958年11月1日，位于107°44E、34°16N，海拔高度为518.5m，记录开始于1959年1月1日，由于城市规划的原因于1981年-1月1日迁址，新站址位于107°44E、34°16N，海拔高度为517.6m;随着县城经济的不断发展及县城规模的不断扩大，使得眉县气象站逐渐发展成人口活动密集的县城中，周边高大建筑物逐年增加，气象数据逐渐失去了代表性，为了全面改观地面观测环境，2016年1月1日眉县气象站再次迁址，迁至107°44E、34°18N，海拔高度为490.8m。文中选取位于城区之外的陈仓气象站和风翔气象站作为参照站，分析眉县站两次迁址前后温度的变化和影响。为气候分析、气候预测等业务中应用该站温度资料提供参考。

2资料与研究方法

参照站的选取条件是：一是两个观测站建站以来测场周围观测环境变化不大，又位于乡镇;二是测站近44年站址无变动。因此选取的两个参照站是陈仓气象站和风翔气象站。资料处理方法是用两个站的同期平均温度算数平均后作为参照站序列，能够消除可能存在的单站气温观测误差，使参照站的温度更为合理。因陈仓气象站是1973年建站的，因此选取的气温资料长度1974～2017年，序列长度44年，历年均值为1981～2010年30年的气候平均值。

本文利用一元回归方程线性趋势、T检验、差值分析等气候统计方法，分析眉县站与参照站年平均气温、平均最高气温、平均最低气温的变化趋势，眉县站温度资料序列不连续的断点，用Mann—Kendan突变检验，检验两站温度差值序列在44年时间尺度上是否存在气候突变现象。

3结果与分析

3.1年平均气温变化趋势差异

眉县站与参照站44年平均气温分别为13.0℃和12.5℃，表明多年平均气温眉县站比参考站高0.5℃。从眉县站和参照站1974～2017年年平均气温的年际变化看（图1），两站气温的年际波动位相和特征一致，相关系数达到0.896，44年均呈明显的升高变化趋势，具有一致性，但趋势系数略有差异，眉县站的趋势系数为0.413℃/10a，而参照站为0.412℃/10a，时间相关系数分别为0.523和0.339。表明，眉县站44年的升温比参照站明显。

3.2年平均最高气温变化趋势

眉县站与参照站44年年平均最高气温分别为18.9℃和18.1℃，表明多年平均最高气温眉县站比参考站高0.8℃。从眉县站和参照站1974～2017年年平均最高气温的年际变化看（图2），两站气温的年际波动位相和特征一致，44年均呈明显的升高变化趋势，具有一致性，但趋势系数有所差异，眉县站的趋势系数为0.581℃/10a，而参照站为0.492℃/10a。表明，眉县站44年的最高气温的升温速度比参照站明显。

3.3年平均最低温度变化趋势差异

眉县站与参照站44年年平均最高气温分别为8.6℃和7.9℃，表明多年平均最高气温眉县站比参考站高0.7℃。从眉县站和参照站1974～2017年年平均最高气温的年际变化看（图3），两站气温的年际波动位相和特征一致，44年均呈明显的升高变化趋势，具有一致性，但趋势系数有所差异，眉县站的趋势系数为0.37a，℃/10a，而参照站为0.436℃/10a。表明，眉县站44年的最低气温的升温速度低于参照站，这一点与平均氣温和最高气温有所不同。

通过对近44年眉县站与参照站年平均气温、平均最高气温、平均最低气温的分析可见，眉县站平均温度、平均最高温度、平均最低温度均高于参照站;平均气温和最高气温的升温速度均比参照站明显，其中最高温度的升温幅度更为明显;而与上述二者不同的是，眉县站最低气温的升温速度却低于参照站。

3.4两站气温差值变化

两站气温差，反映了滤去大尺度气候背景变化后两个站的观测环境差异。图4是眉县站与参照站的温差演变曲线。总体而言，可以看出两站气温差值随时间波动幅度较大，1974～2017年眉县站与参照站温度差异逐年波动位相基本一致，1981～2010年之间温差较小，2011～2015年温差增大明显，而2016年开始又显著下降，这与眉县站的迁址时间刚好吻合。在建站初期，也就是1974～1980年的这7年中，平均最低气温差值最大，在1.0～1.5℃之间，而平均气温和平均最高气温差异完全一致，在0.8～0.9℃之间。平均气温和平均最高气温差值在1974～2016年之间波动位相完全一致，平均最低气温差值的波动位相在1997年、2003年与平均气温和最高气温差值相反，值得注意的是，2016～2017年平均气温和最低气温差值波动位相一致，而平均最高气温则相反。

对平均气温、平均最高气温、平均最低气温进行T检验（表1），年平均气温差值序列有3个不连续点，年平均最高气温差值序列有4个不连续点，年平均最低气温差值序列有5个不连续点，每个时段平均值差异显著，对年平均气温而言，第一阶段的7年（1974～1980年）两站温差在0.8～0.9℃之间波动，平均温差为0.8l℃。1981年因县城规划进行了迁址，迁址后温差减小为0.38℃，之后的31年里两站温差一直在0.2～0.6之间波动，温度序列较为稳定;直到2012年开始，随着县城经济的飞速发展，测站周围高大建筑逐年递增，两站温差显著增大，2015年达最大1.3℃，正是由于眉县县城发展和站址周边观测环境发生了变化，使得观测资料失去了“三性”，不符合规范要求。因此，2016年1月1日再次迁址，由县城中心迁至郊外。迁址后的两年，两站温差明显减小，但仍比标准温差偏高0.3℃。对于年平均最高气温而言，第一时段（1974～1981年）两站温差与平均气温相同，平均温差为0.75℃;第二时段（1981～2006年）两站温差在0.4～0.8℃之间波动，平均温差为0.57℃;第三时段（2007～2015）两站温差在0.9～1.4℃之间波动，平均温差为1.25℃;第四时段即迁址后的两年两站温差下降显著，平均温差为0.6℃。对于年平均最低气温而言，第一时段（1974～1980年）两站温差在0.9～1.5℃之间波动，平均温差为1.19℃;第二时段（1981～1986）两站温差在0.4～0.7℃之间波动，平均温差为0.51℃;第三时段（1987～2011年）两站温差在0.2～0.6℃之间波动，平均温差为0.36℃;第四时段（2011～2015年）两站温差在0.6～1.6℃之间波动，平均温差为1.2℃;第二次迁址后的两年两站温差下降显著，平均温差为0.85℃。

3.5气温差异原因

3.5.1测站周围环境的变化

由于第一次迁址前温度差异变化一致，因此重点分析第一次迁址后即1981～2017年气温差异的原因。第一次迁址后到第二次迁址前（1981～2015年），迁址初期测站位于郊外，观测场四周开阔无遮挡，随着社会经济和眉县县城规模的飞速发展，使得眉县站逐渐成为县城中心地带，人口密集，工业生产以及家庭生活等对大气有增暖作用，即热岛效应使得两站温度差异增加。第二次迁址前后两站温度差异的原因之一是由于新站址纬度比原站址偏南2，海拔偏低26.8m，纬度偏南海拔偏低均可造成温度偏高。

3.5.2下垫面性质的变化

第二次迁址前下垫面多为沥青、水泥，热容量和导热率很大。而迁址后下垫面为植被覆盖，热容量和导热率小，辐射冷却更为强烈，从而使得两站温度差异减小。

3.6两次迁址对眉县气候变化的影响

热岛效应和迁址使得眉县站温度年代变化趋势不一致（表2）。眉县站80年代与70年代相比，平均气温、最高气温、最低气温均呈降温趋势，降幅分别为0.5℃、0.6℃、0.6℃，而参照站则不同，平均气温和最高气温为降温趋势，最低气温为升温趋势。90年代与80年代相比，眉县站与参照站的平均气温、最高气温、最低气温均为升温趋势，且参照站升温幅度大于眉县站。21世纪与90年代相比，眉县站与参照站均为升温趋势，平均气温和最高气温增幅眉县站大于参照站，最低气温增幅参照站大于眉县站。而2001～2010年的这10年，眉县站平均温度、最高气温、最低气温的升温幅度均明显高于参照站。值得注意的是，2016年迁址后相比2015年迁址前，眉县站平均气温升温0.O℃，最高气温下降0.2℃，最低气温下降0.3℃，而参考站均为增温，可见迁址是非常正确的。2017年与2016年相比二者变化相接近。

对眉县站和参照站1974～2017年44年年平均气温差值、最高气温差值、最低气温差值进行了Mann-Kendall突变检验（图5），得出平均温度气候突变点在1982年和2013年，平均最高气温气候突变点在1981年和2010年，平均最低气温气候突变点在1981年和2015年，均在迁址前后，说明两次迁址改变了眉县站的温度序列。

4结论

（1）眉县站44年来年平均气温和最高气温升幅比参照站明显，最低气温升幅小于参照站。

（2）近44年两站气温差值随时间波动位相基本一致，且与眉县站两次迁址时间刚好对应。

（3）两站年平均气温差值序列有3个不连续点，年平均最高气温差值序列有4个不连续点，年平均最低气温差值序列有5个不连续点，每个时段平均值差异显著。其中，最显著的兩个不连续点就出现在两次迁址的时间节点上，导致眉县站温度年代际变化趋势与参照站不同，气候变暖突变时间点不一致。

（4）造成气温差异的主要原因是测站周围环境的变化和下垫面性质的变化。