蓟州国家气象观测站迁站数据对比分析及评估

黄金颖 张 虹 赵 然 孙小林

（1天津市蓟州区气象局，天津 301900；2天津市蓟州区预警信息发布中心，天津 301900）

地面气象观测是指对地球表面一定范围内的气象状况及其变化过程进行系统、连续的观察和测定，可为深入做好本地区天气预报、气候分析和研究以及积极开展本地区气象决策服务工作提供重要基础[1-2]。地面观测资料具有代表性、准确性、比较性，而周边探测环境的变化直接或间接影响观测资料的代表性、准确性和比较性。随着社会经济发展、城市化加快以及周边建设规划的推进，蓟州国家气象观测站四周探测环境有了很大变化，对气象探测资料的代表性和准确性产生了一定影响。为了解蓟州国家气象观测站站址迁移前后观测资料的差异，正确利用迁站前后观测资料，根据相关文件规定和关于站址迁移及其对比观测的有关规定，新址、旧址需要同时进行平行对比观测。

1 研究区概况与研究方法

1.1 新、旧观测场探测环境概况

蓟州国家气象观测站旧址的地理位置为东经117°24'、北纬 40°02'，观测场海拔高度 15.7 m。 由于城市建设的快速发展，气象站周边也规划为城市重点发展区域，周围建筑物不断增加，人口也逐渐密集，对气象探测环境影响较明显，已经不符合探测环境的要求。为了保证气象观测资料的代表性、准确性、比较性，新建观测场位于旧址东方约3.6 km处的渔阳镇七里峰村南（地理位置为东经117°26'57″、北纬 40°02'52″，观测场海拔高度 32.0 m），二者均属山前平原地带，地势平坦，东侧、南侧、西侧均为农田，四周开阔。在开展对比观测之前对新站的探测环境进行综合评估，综合得分92.2分，符合气象观测场探测环境的要求。新址开展对比观测时间为2014年12 月 31 日 20：00（世界时）。

1.2 资料来源与方法

本文通过选取2015年1—12月新、旧观测站的逐日气象观测资料，选取观测要素有气温（最高、最低）、降水量、相对湿度、风向、风速，采用差值、差值标准差、降水量累计相对差值、风向相符率及显著性检验等方法对新、旧站址平行观测时期的数据进行综合分析及评估[3-7]。

2 结果与分析

2.1 各要素资料差值及标准差

2.1.1 气温。通过对蓟州国家气象观测站新址与旧址气温（表1）对比发现，新址各月气温（平均气温、最低气温、最高气温）均低于旧址，其中最低气温幅度相差最大，最低气温在1月、10月相差较为明显；其次为平均气温，年相差幅度为-1.4℃，以8—10月相差较大；最高气温年相差幅度相对最小，为-0.9℃。分析新址气温低于旧址的原因：一是气温随海拔高度升高而降低，而新址海拔高度较旧址高16.4 m，但温度降低幅度较小；二是观测站周边探测环境的影响，旧址位于城区中心的商业街，为人口稠密区，其周边城市建筑密集，商业活动较多、交通运输发达，而新址位于城郊，远离居民生活区，再加上观测场地势较高、四周开阔，因而新址的气温普遍比旧址低。城市热岛效应可能是新址气温相对低于旧址的主要原因。

表1 蓟州国家气象观测站新、旧址气温差值及差值标准差 单位：℃

通过计算差值标准差发现，新、旧址气温（平均气温、最低气温、最高气温）年差值偏离平均状况的幅度并不大，其中最高气温的年差值最小，仅为0.4℃；平均气温月差值标准差为0.3～1.0℃；最低气温月差值标准差波动较大，为0.8～1.8℃。综合分析，新址气温观测值与旧址具有一致性。

2.1.2 降水量。分析新址与旧址月降水量数据（表2）可知，新址夏季（6—8月）降水量多于旧址，差值平均值为0.1～1.6 mm；4月、12月与旧址降水量持平，其余月份新址降水量均少于旧址；差值平均值整体相差不明显，差值年均值为-0.2 mm；9月差值平均值最明显，为-2.6 mm。从表2的差值标准差来看，除7月、9月标准差较大外，其余月份差值标准差均较小，降水量年差值标准差仅为2.9 mm。综合分析，新、旧址降水量观测值具有一致性。降水差异原因可能为下垫面不同，且夏季降水局地性比较明显。

表2 蓟州国家气象观测站新、旧址各气象要素对比

2.1.3 相对湿度。分析发现，蓟州国家气象观测站新址相对湿度大于旧址，其中9月差值表现为最大，而其年均值仅为5.1%。分析差值标准差（表2）发现，新、旧址的差异偏离平均状况不明显。总体来看，新、旧址相对湿度观测值具有一致性。相对湿度有差异的原因主要有新址周边绿化覆盖率较高，且新址的气温普遍比旧址低，绝对湿度相同时，温度低则相对湿度大。

2.1.4 2 min平均风速。通过对蓟州国家气象观测站新、旧站址2 min平均风速进行差值及差值标准差分析发现，2 min平均风速月均值差异幅度并不大，除1—4月外，其他月份仅为0.1～0.4 m/s，年均值仅为0.4 m/s。分析其差值标准差也发现，新、旧址风速观测数值差异不大，月差值标准差最大为0.4 m/s，年差值标准差为0.3 m/s。因此，新、旧址2 min平均风速观测值具有一致性。新址平均风速较旧址稍大的原因主要为新址四周环境较开阔，周围建筑物遮挡少。

2.2 降水量累计相对差值

通过计算蓟州国家气象观测站新、旧址降水量累计相对差值发现，除了4月、6—8月以外，新址降水量均小于旧址，二者差异偏离旧址的年平均幅度达到-26.9%（图1）。从逐月来看，累计相对差值较大的为1月、3月。这2个月旧址降水量分别为1.6、2.2 mm，降水量不大，且降水量受局地性影响比较大。新址没有出现有效降水，因而1月、3月降水量累计相对差值较大。另外，9月和11月的降水量累计相对差值也较大，为-55.9%～-55.8%。

2.3 风向相符率

对新、旧站址的逐日风向相符率进行分析发现，观测期间有159 d定时风向角度差＜22.5°、相符率达到50%以上，占统计日数的43.6%。对新、旧址定时风向的对比发现，当同一时次风向出现不一致情况时，两者的大背景风向表现为一致。因此，新址与旧址的定时风向一致性较高。

2.4 显著性检验

利用旧址1997—2016年的平均气温、相对湿度、平均风速、降水量等月（年）值序列，与新址2015年各要素对应的月（年）值进行差异显著性检验（表3）。各要素年值检验结果发现，平均气温、平均相对湿度、平均降水量年值未通过差异显著性检验，而年平均风速通过差异显著性检验。这表明新、旧址年平均气温、年平均降水量和平均相对湿度差异较小，连续性较好，平均风速连续性相对较差。各要素月值检验结果发现，2月的平均风速和9月、11月、12月的平均相对湿度t检验结果大于Tα=0.05=2.086，除11月平均相对湿度大于Tα=0.01=2.845有极显著差异外，其他月份数据差异较小。这表明新址观测资料连续性相对较好，可以与旧址观测资料合并使用。

表3 蓟州国家气象观测站新、旧址各气象要素显著性检验

3 结论与讨论

对比蓟州国家气象观测站新址和旧址的观测资料得出：新址和旧址的气温、降水量、相对湿度、风向、风速差异不大，一致性较高。对降水量累计相对偏差及各要素差异显著性检验分析发现，受探测环境影响，新、旧址个别月份相对湿度、风速观测数据差异明显。综合分析，新址远离城区，周边无高层建筑等障碍物遮挡，人员和活动相对较少，探测环境相对旧址更具优势；且新址与旧址处于同一气候区，观测资料具有可用性，新址能够更好地代表该区域的气候特征，站址迁移基本不会对开展的各项业务造成较大影响。