丹徒国家基本气象站迁站气温资料的对比分析

邢钰媛?曹阳?张芯瑜?王秀琴?刘杨?巫培源

摘 要：选取丹徒国家基本气象站新、旧2个地址2015年1月—2017年6月的对比观测资料，根据气候季节划分，对新旧址各季度平均气温、最高气温、最低气温和气温日较差进行均值比较和t检验分析。结果表明，新址全季度、晴日和雨日各季度的季平均气温、季最高气温和季最低气温基本均低于旧址，季气温日较差和季总降水量则偏高，均在2015年差异更明显；晴日各气温数据变化情况与全季度基本一致，且差异更为明显，春季气温日变化最大且稳定性较差，季最低气温和季气温日较差差异相对突出；雨日各气温数据差异不明显，降水对2个地址各气温数据差异的影响程度较无降水情况明显偏弱。下垫面性质和周边环境是导致新旧址气温存在差异的最主要原因。

关键词：迁站；对比分析；气候季节；气温；t检验

中图分类号：P413.2 文献标志码：B文章编号：2095–3305（2024）01–0-04

丹徒国家基本气象站于1980年建立，现已连续观测气象要素42年。随着城市化建设进程推进，原观测场因建筑物遮挡严重不再具有地面气象观测的代表性，而站址变迁在改善周边探测环境的同时，也会因地理位置和周边环境等变化对各气象要素造成影响[1-2]。

不同站点迁站后各气象要素的变化情况和差异形成原因不尽相同，南京国家基准气候站迁站后因周边环境、地理位置和海拔差异的影响，新址月平均气温偏低0.6 ℃，月最高气温偏低0.7 ℃，月最低气温偏低0.4 ℃，降水量偏多，风速明显偏大。霸州国家基本气象站因新旧址仪器设备不同和旧址存在热岛效应，迁站后新站气温、地表温度和各深层地温偏低，而湿度、极大风速和最大风速偏大[3]。

气温和降水量是地面气象观测中最常见的气象要素。江苏省降水量自南向北在春、秋、冬季呈减少趋势，在夏季呈增加趋势；平均气温、最高气温和最低气温变暖幅度分别为0.265、0.175、0.040 ℃/10年[4]。北疆3个气象站新、旧2个地址的气温资料相关性极高，冬季新址气温偏低，夏、秋两季较高，个别月份存在显著差异，最低气温的标准偏差较大[5]。甘肃崆峒站新址气温低于旧址，海拔和观测环境的不同对气温差异影响最显著；降水对2个地址气温差异的影响程度为日最高气温＜日平均气温＜日最低气温，较无降水情况更明显[6]。目前，有关晴雨情况对气象站对比观测期间气温差异影响的相关报道较少，根据气候季节划分，对丹徒国家基本气象站对比观测期间的气象资料进行分析，探讨新旧址全季度、晴日和雨日的气温差异及其形成原因，为后续研究不同天气过程的气温变化规律和精细化预报提供依据。

1 资料和方法

1.1 测站基本情况

丹徒国家基本气象站旧址位于镇江市丁卯桥路175-1号，119°28′E，32°11′N，海拔27.3 m；2014年选定新址位于镇江市秋山路106号，119°29′E，32°09′N，海拔15.0 m，处于旧址东南方，相距3.6 km。根据《地面气象观测规范》总则中站址迁移及对比观测要求，自2015年1月1—2017年6月30日在新、旧2个地址对气温、降水量、风向、风速等气象要素进行对比观测，2020年1月1日正式迁站，均采用自动观测设备。

1.2 资料选取和气候季节划分

选取丹徒国家基本气象站对比观测期间气象资料，为新旧址2015年1月1—2017年6月30日同期气温（日平均气温、日最低气温、日最高气温）和日降水量。根据GB/T 42074—2022《气候季节划分》对2015—2017年进行气候季节划分，数据源选用旧址气温数据。其中，2014年冬季和2017年夏季无完整季度数据，选用现有资料进行分析。

1.3 研究方法和数据处理

根据已有对比观测资料，选取连续≥3 d降水量均为0的过程作为晴日，而连续≥3 d均有降水量的过程作为雨日，保证2个地址晴雨情况一致，计算时不统计各过程第一日和最后一日。根据气候季节划分，计算新旧址2015年春季至2017年春季各季度气温数据差值（新址—旧址）及其标准差，计算晴日和雨日2014年冬季至2017年夏季各季度的总降水量和气温差值及其标准差。气温数据包括平均气温、最高气温、最低气温和气温日较差，均进行t检验分析（显著性水平0.05）。

选用Microsoft Excel 2016软件进行数据整理、差值及标准差计算，采用IBM SPSS Statistics 22进行t检验分析。

2 结果与分析

2.1 全季度气温季节对比

2.1.1 差值及標准差统计

除季气温日较差和2015年秋季的季最高气温差值为正值外，其余气温数据的均为负值，其中季最低气温差异最大；2015年各季度气温数据的差值基本均最大，而季最高气温春季和夏季的差值较小；2015年差值基本夏季最小，2016年则秋季最小。表明各气温数据存在年际差异，2015年差异较明显；新址气温明显低于旧址，最低气温差异最明显，且2个地址春季和冬季的气温差异相对突出。

对于2个地址各气温数据差值的标准差，季最高气温的最小，季最低气温和季气温日较差的则较为接近且最大；2015年春季和秋季较大，2016年春季和冬季较大。说明新旧址春季各气温数据差值数据的波动性较大，最低气温和气温日较差的差值相对不够稳定。

2.1.2 显著性检验

由表1可知，季平均气温和季最高气温均无显著性。季最低气温在2015年夏季可达极显著水平（P<0.01），在2015年春季和秋季、2016年冬季则差异显著（P<0.05）。季气温日较差在2015年各季度、2016年春季和冬季、2017年春季均不具有方差齐性，且在2015年夏季达极显著水平（P<0.01），在2015年秋季差异显著（P<0.05）。说明新旧址的季最高气温数据一致性最好；季最低气温和季气温日较差则存在明显差异，主要在2015年差异显著，一致性差。

2.2 晴日气温季节对比

2.2.1 晴日差值及标准差统计

除晴日季气温日较差、2015年夏季和秋季的晴日季最高气温差值为正值外，其余的均为负值，其中，季最高气温差异最小；除晴日季最高气温，其余晴日气温数据基本均为2015年差值较大；2015年基本夏季最小，秋季最大，2016年则秋季最小，春季最大（表2）。表明晴日各气温数据与全年情况基本一致，均在2015年差异更明显，两年各季度间差异可能与晴日季节占比有关；新址晴日气温低于旧址，差异主要体现在最低气温和气温日较差，但2个地址晴日最高气温相对一致。

对于2个地址晴日各气温数据差值的标准差，季最高气温的最小，季最低气温和季气温日较差的则较为接近且最大；2015年春季和秋季相对较大，2016年主要为春季，与全年气温情况基本一致。

2.2.2 晴日显著性检验

由表3可知，晴日季最高气温均无显著性，晴日季平均气温只在2014年冬季差异显著（P<0.05）。晴日季最低气温在2014年冬季可达极显著水平（P<0.01），在2015年春季、夏季和秋季则均差异显著（P<0.05）。晴日季气温日较差在2014年冬季不具有方差齐性，且在2015年夏季和秋季极显著水平（P<0.01），在2014年冬季、2015和2017年春季、2016年夏季差异显著（P<0.05）。说明新旧址晴日季最低气温和季气温日较差主要在2015年差异显著，与全年气温数据情况基本一致。

2.3 雨日气温季节对比

2.3.1 雨日差值及标准差统计

2015年降水量主要集中在夏季，2016年则在夏季和秋季；旧址2016年四季总降水量较2015年偏多19.14%，新址偏多1.07%；新址较旧址2015年偏多15.11%，2016年偏少2.35%。

雨日季平均气温、季最高气温和季最低气温差值多为负值，季气温日较差和总降水量的则多为正值；2个地址雨日气温差值均较小，其中，季最低气温和季气温日较差差异较大；除季气温日较差外，其余基本均为2015年差值较大（表4）。表明新旧址各气温数据存在年际差异，在2015年差异更明显；新址雨日气温略低于旧址，降水量则略多，季最低气温和季气温日较差的差异最明显。

2个地址雨日各气温数据差值的标准差均较小。其中，季平均气温的最小，气温日较差则最大（表4）。说明新旧址间雨日气温差异不明显，但气温日较差的差值稳定性相对较差。

2.3.2 雨日显著性检验

由表3可知，显著性分析可知，新旧址雨日的季总降水量及各气温数据均无显著性，且t值远低于临界值。这说明2个地址在有降水的情况下各气温数据一致性好，对全年各气温数据差异的影响很小。

3 讨论

研究表明，地理位置、海拔、下垫面性质和周边环境是导致新旧址各气象要素差异的主要原因[7-8]。新旧址纬度相近，新址较旧址偏南0.03个纬距。对比观测期间新址的海拔较旧址偏低12.3 m，根据平均温度垂直递减率0.65 ℃/100 m计算为新址气温升高0.08 ℃，与实际气温差值有明显差异。

地块城市化程度越高，热岛效应越强[9]；归一化建筑指数与地表温度呈正相关线性关系，归一化植被指数则呈负相关，建设用地温度普遍高于自然表面和水体[10]。对比观测期间，新址位于郊区，周边多为荒地或植被覆盖，四周可视范围障碍物仰角最高只有5.3°，远离居民区和工业区，最近水体相距约190 m；旧址位处城区，周边多为水泥地面和建筑物，方位0°～164°和268°～360°有成片障碍物，四周可视范围障碍物仰角最高已达21.2°，最近居民区相距约82 m，最近水体相距约417 m。新址地处空旷，有辐射冷却降温作用，能通过植物的蒸腾、阴凉效应和遮阴作用达到增湿降温效果，且水体较大的比热容能一定程度抑制气温波动，减轻城市热岛效应[11-12]；而旧址附近建筑用地多，相比于植被和土壤有较大的吸热率和较小的比热容，可能产生较强的热岛效应，更易导致升温并向四周和大气中辐射，因而白天的储热量快且多，夜间地面降温相对偏慢[13-14]。城市热岛效应对日最低气温的影响较日最高气温更大，2个地址不同的下垫面性质和周边环境可能共同影响导致新址气温整体偏低，最低气温明显低于旧址，而2个地址最高气温差异不明显，部分季节旧址高于新址。

春季2个地址气温差异较大可能与风向风速有关，统计发现新址出現7级以上大风日数明显多于旧址，且主要出现在春季。这可能是春季和冬季更易出现冷涡或槽南下导致风速增强的情况；旧址周围建筑物密集，易阻挡气流在背风面形成湍流，促使风速减弱。降水对2个地址各气温数据差异的影响程度较无降水情况明显偏弱，可能是新址降水量较旧址偏多，夏季和秋季差异较大，而城市热环境对城区强降水有促进作用，主要表现在夜间，造成地表热量变化加速，进而影响气温数据[15]。

4 结论

（1）全季度气温数据春季稳定性较差；新址气温日变化大，各气温数据均偏低，2015年差异较明显，且季最低气温差异最明显，春季和冬季差异相对突出。季最低气温和季气温日较差主要在2015年差异显著。

（2）晴日气温数据与全季度气温情况基本一致，春季稳定性相对较差；新址晴日各气温数据均偏低，存在年际差异，且季最低气温和季气温日较差差异突出，主要在2015年差异显著，较全年气温情况更明显。

（3）新旧址雨日气温数据差异不明显，新址雨日气温较低，降水量则略多，在2015年差异相对明显。降水对2个地址各气温数据差异的影响程度较无降水情况明显偏弱。下垫面性质和周边环境是导致新旧址气温存在差异的最主要原因。未来可进一步探讨不同天气过程对新旧址气温的影响，利用旧址长期资料和迁站后新址资料，探讨了丹徒国家基本气象站历年气温资料的连续性，为正确应用历史气象资料提供理论依据。

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