气象站迁站距离及海拔高差对新旧站资料差异的影响

王秋香，刘叶，古丽格娜，胡义成，秦榕，李秦，孔婷

（1.新疆气象信息中心，新疆乌鲁木齐 830002；2.新疆气象局，新疆乌鲁木齐 830002）

气象站迁站距离及海拔高差对新旧站资料差异的影响

王秋香1，刘叶2，古丽格娜1，胡义成1，秦榕1，李秦1，孔婷1

（1.新疆气象信息中心，新疆乌鲁木齐 830002；2.新疆气象局，新疆乌鲁木齐 830002）

采用新疆自2008年以来已迁移或即将迁移的13个气象站新旧站1 a对比观测资料，分别计算新旧站资料的绝对差值及差值标准差与迁徙距离和海拔高差的相关系数，结果表明，年平均气温、最低气温、最高气温、相对湿度新旧站绝对差值和标准差与台站迁徙距离和新旧站海拔高差为正相关，新旧站年风向相符率与台站迁徙距离和海拔高差为负相关；其中，迁站距离对最高气温和风向相符率影响最为显著,最高气温的年值绝对差值及年风向相符率与台站迁徙距离相关系数通过了保证率为95%的显著性检验；而台站迁徙前后海拔高差对平均气温、最低气温、相对湿度影响更为显著，即新旧站平均气温、最低气温、相对湿度的年值绝对差值与新旧站海拔高差的相关系数通过了保证率为95%的显著性检验。山区由于地形复杂年平均气温、年最低气温、年相对湿度的绝对差值比多数平原站大一倍以上，且风向相符率都比平原站小一个量级；在极其干旱的东疆吐鲁番地区迁站，由于地表环境差距较大，使年平均气温、最低气温、相对湿度绝对差值和标准差比其它站大，而风向相符率都比其它站小。

气候资料；台站迁徙差异分析；迁站距离；海拔高差

气候资料是进行天气预报、气候变化研究、大型工程项目的基础，其连续性和准确性一直是人们关注的问题。气候资料除了携带区域气候自身的因素外,还携带了许多大气环境信息，其中包括城市化和土地利用等人为的影响因素，以及台站迁移、仪器变更、资料处理过程中所采用的方式变更等因素，都可使单站气候资料携带有非均一的信息。因此，近年来科学工作者对气候资料的精度分析投入了越来越多的精力。在仪器变更方面，熊安元等对观测仪器和百叶箱的变化对地面气温观测值的影响进行了分析[1-2]；任芝花等对人工站变成自动站即仪器更换前后观测记录的差异进行了对比分析[3-7]。关于台站迁徙对资料的影响也有很多工作,林娜等对台站迁徙前后资料的差异做了对比分析[8-11]，主要是针对某个迁徙单站进行，利用新旧站1 a对比观测资料，分析因迁站使探测环境发生改变给资料带来的差异，为资料序列延续和订正提供了依据；关于台站迁徙前后长序列资料的均一性检测，也有很多工作，主要是对单站资料进行的检验和订正，这些工作为资料的订正提供了依据[12-18]。以上的研究工作主要为了资料的使用方便而进行资料精度分析。从本世纪开始，由于中国经济高速发展，大量的台站被城市包围，其观测的气候数据资料已经不能真实地代表当地的大气状况；为了使气候资料具有代表性，中国气象局对大量已经严重受城市化影响的台站进行了迁徙。而气象站搬迁又会导致观测场环境发生变化，使一部分气候观测资料产生断点而不能连续使用[8-18]。从2008年到现在，尤其是近3 a，新疆气象局因城市化对资料的影响问题已经对13个站进行了搬迁或者即将进行搬迁，今后几年还将有大批台站陆续因环境不符合观测规范而搬迁。台站迁徙距离以及海拔高差对迁站前后新旧站资料的差异影响究竟有多大，是业务管理部门关心的问题，建立地面气象观测站站址变动对气象观测资料影响状况的定量评估指标，将为今后的台站迁徙工作提供依据，也是迫切需要研究解决的问题。利用13个站的一年对比观测资料，进行台站迁徙距离以及海拔高度对迁站前后新旧站资料差异的影响分析，以期对今后的台站搬迁提供依据。

1 台站环境情况、资料及计算方法

1.1 台站环境情况

选取自2008年以来新疆已迁徙或即将迁徙的13个气象台站：和布克赛尔、霍尔果斯、昌吉、吉木乃、福海、阿图什、轮台、新和、精河、呼图壁、喀什、吐鲁番、巴仑台等台站作为研究对象。这些台站由于所在县市城市化发展较快，使台站的气象探测环境发生了较大改变，所观测的气候资料已不能很好地代表当地的平均气候状况。因此，为了保证资料的代表性，对这些台站进行了搬迁，即从城市中迁徙到了郊外或者地势空旷的农村。台站迁徙前后气象探测环境会有一定的变化，由于探测环境的变化，会造成观测资料的差异。但是，一般来说，旧站和新站的下垫面状况相差不大，基本都有植物，差距比较大的是周边的建筑物。不过，也有特殊情况，13个气象台站中东疆吐鲁番站迁站前后除了旧站被建筑物包围（图1）。新站周边没有建筑物外，台站迁徙后的新站位于四周无任何遮挡的戈壁，下垫面为沙土，没有树木和植被，因此，吐鲁番新旧站观测环境的差别除了建筑物的差别外，还有下垫面的差距。另外，13个气象台站中的巴仑台由于是山区站，受地形的影响，台站迁徙前后的观测的环境变化较大。

1.2 资料及计算方法

本文首先选取以上13个气象台站（新旧站）的平均气温、最高气温、最低气温、相对湿度、风向风速等1 a逐时对比观测资料。资料由新疆气象信息中心提供，进行了严格的质量控制。

计算新旧站资料的年月差值、差值标准差表示新旧两站资料的差异。由于本文讨论的是台站迁徙距离和海拔高差对资料的影响，因此，只考虑差值的大小，不考虑差值的正负，这里用绝对差值以及差值标准差，表示新旧两站资料的差异；分别计算绝对差值以及差值标准差与新旧站台站迁徙距离和海拔高差的相关系数，分析迁站距离和海拔高差对新旧站资料差异的影响。对于新旧站风向的差异用风向符合率表示。其中绝对差值、差值标准差和风向相符率计算公式如下。

绝对差值：设Ai为旧站某要素第i次观测值，Ui为相应时间新站自动站仪器观测值，则第i次的差值绝对值为：

差值标准差σ为：

风向相符率：只有观测风速大于0.2 m/s时，才统计风向相符率。新站与旧站风向角度差小于22.5°，即认为两者相符。风向相符率计算公式如下：

2 新旧站各要素绝对差值和标准差与台站迁徙距离和海拔高差的相关分析

2.1 与台站迁徙距离的相关分析

表1是新旧站各要素年绝对差值和标准差与台站迁徙距离及海拔高差的相关系数表。由表可见，就年值来讲，平均气温、最低气温、最高气温新旧站年绝对差值和标准差与台站迁徙距离为正相关，说明台站迁徙距离越远，平均气温、最低气温、最高气温新旧站的年差值和标准差就越大；但是，年平均气温、最低气温和相对湿度的绝对差值和标准差与台站迁徙距离的相关不显著。而年最高气温的绝对差值与台站迁徙距离相关系数为0.603，通过了保证率为95%的显著性检验（显著性水平0.05的标准值为0.514）；说明台站迁徙距离对年最高气温的影响最大。不过，年最高气温的差值标准差与台站迁徙距离的相关并不显著。表1还可以看出，新旧站年风向相符率与台站迁徙距离为负相关，说明台站迁徙距离越远，新旧站年风向相符率越低，年风向相符率与台站迁徙距离相关系数为-0.71，也通过了保证率为95%的显著性检验，说明台站迁徙距离对台站的风向影响也较大。另外，相对湿度年绝对差值与迁徙距离年相关系数为负，是因为相对湿度年绝对差值中同时携带有迁站距离和海拔高差的影响因子，新旧站海拔高差对相对湿度年绝对差值影响更大（表1），而海拔高差与迁站距离并不是正相关的缘故。

从各月情况看（表2），月最高气温绝对差值在春秋两季节（春季3月到5月,秋季9月和10月），以及差值标准差在春夏5—7月和秋季11月与台站迁徙距离呈现显著的正相关，通过了保证率为95%的显著性检验。说明在春夏秋三季，新疆地区台站迁徙时，迁站距离对最高气温有显著的影响,即春夏秋三季台站迁徙越远，新旧站最高气温差距越大。各月风向相符率，在春秋冬季节即1—3月和10—12月，与台站迁徙距离的相关显著，通过了保证率为95%的显著性检验。说明新疆地区在冷季迁站时，台站迁徙距离对台站的风向影响较大，即台站迁徙越远，新旧站的风向相符率越小。

新旧址平均风速年月绝对差值和标准差与台站迁徙距离关系不显著。因为风速是对地形和环境最敏感的气象要素，迁站很短的距离，都会造成风速较大的改变，本次分析的13个站的迁站距离均超过了1 km，因此，风速差及差值标准差均较大。

2.2 与新旧站海拔高差的相关分析

从表1还可以看出，就年值来讲，平均气温、最低气温、最高气温、相对湿度新旧站年绝对差值和标准差与新旧站海拔高差相关系数为正，说明台站迁徙中新旧站海拔高差越大，平均气温、最低气温、最高气温、相对湿度新旧站的年绝对差值和标准差值就越大；其中，平均气温、最低气温、相对湿度的年差值与新旧站海拔高差的相关显著，相关系数分别为0.728、0.631、0.613，均通过了保证率为95%的显著性检验；而年最高气温、平均风速年绝对差值和标准差与新旧站海拔高差的相关不显著。说明台站迁徙中新旧站海拔高差对年平均气温、最低气温、相对湿度的影响较大。新旧站年风向相符率与新旧站海拔高差相关系数为负，说明台站迁徙中新旧站海拔高差越大，新旧站年风向相符率越低，不过，年风向相符率与新旧站海拔高差台站迁徙距离相关不显著。

从各月情况看（表3），平均气温、最低气温和相对湿度的绝对差值和标准差与新旧站海拔高差在多数月份（主要是在暖季）呈现显著的正相关，其中，平均气温绝对差值在暖季3—10月（7月除外）、差值标准差在暖季4—11月与新旧站海拔高差呈现显著的正相关；最低气温绝对差值在暖季3—10月（4月除外）、差值标准差在暖季4—11月（10月除外）与新旧站海拔高差呈现显著的正相关；相对湿度绝对差值在夏秋季8—10月、差值标准差全年各月（除了3月外）与新旧站海拔高差呈现显著的正相关。说明在新疆地区迁站时，新旧站海拔高差在暖季对平均气温、最低气温和相对湿度的绝对差值和标准差的影响更大，即暖季新旧站海拔高差越大，平均气温、最低气温和相对湿度的绝对差值和标准差也越大。

3 山区迁站对资料的影响

山区由于其地形复杂,在台站迁徙时，迁站前后资料差距都比较大。图2是各要素新旧站绝对差值分布比较图，由图2可以看出，除了台站迁徙远的或者海拔高差相差较大的昌吉、喀什、阿图什外，基本上所有站的年平均气温、年最低气温、年相对湿度、年平均风速，其新旧站绝对差值及差值标准差都比迁站只有2 km、海拔高差相差6.6 m的山区站巴仑台站值小，也就是说，在山区迁站，无论海拔高差相差多少，也无论台站迁徙距离多远，由于地形复杂，观测环境变化较大，其绝对差值都比平原站大，其中，除了平均风速外，年平均气温、年最低气温、年相对湿度的绝对差值山区站比多数平原站大一倍以上。另外，平原站的风向符合率都在30%以上，而巴巴仑台风向符合率仅为15%左右。即山区站巴仑台站迁徙前后年月风向相符率都远比平原站小，说明在山区迁站，对风向的影响极大。

4 台站迁徙前后环境差异对资料的影响

由图2还可以看出，吐鲁番站新旧站气候资料差距也较大。除了山区站巴仑台和台站迁徙远、海拔高差相差较大的昌吉、喀什、阿图什、轮台外，几乎所有的站的年平均气温、最低气温、相对湿度、平均风速，新旧站绝对差值及差值标准差都比东疆吐鲁番站值小。其中，除了平均风速外，年平均气温、年相对湿度的绝对差值吐鲁番站比其它站大一倍以上；年最低气温的绝对差值吐鲁番站比半数站大一倍以上。值得注意的是，吐鲁番站的差值标准差也较大，其中，吐鲁番站的年平均气温和年最低气温的差值标准差比多数站大一倍以上；相对湿度的差值标准差比半数站大一倍以上（图3）。除了山区站巴仑台外，吐鲁番站台站迁徙前后年月风向相符率在所有台站中是较小的，其值基本与迁站距离最长的喀什（迁站距离18.4 km）不相上下。

从吐鲁番站迁站距离来看,仅为4 364 m，新旧站海拔高差也只有1.5 m，在所迁的13个站中,迁站距离和新旧站海拔高差都不大。但是，为什么吐鲁番新旧站气候资料差距如此大呢?这是因为，一般站点旧站和新站的下垫面状况相差不大，基本都有植物，差距比较大的是周边的建筑物。如果新旧站地表的状况也有差别，就会使新旧站气候资料的差别更大。在本文所列的13个台站中，吐鲁番站台站迁徙前后环境变化最大。吐鲁番站旧址位于吐鲁番市内20世纪80年代，在观测场西北面一墙之隔修建吐鲁番高昌公园，园内水体、建筑、树木等对观测资料的影响较大，使旧站的观测环境较为湿润；特别是20世纪90年代以后，观测场周边不断出现高层建筑物，探测环境遭到严重破坏（图1），由图可见，随着城市化发展，吐鲁番站已处在城市的中心区域，其观测的气候资料都携带有城市化的信息，城市化使气温高于周边空旷地区,而风速小于周边空旷地区。

吐鲁番站新址地处城市东北方戈壁地带，观测场周边地表无植物生长，土壤类型为粗砂土，且周边没有树木和任何建筑物，加上东疆地区极端干旱，使新站空气极为干燥。与旧站相比，位于戈壁滩的新站空气极为干燥，地表环境和周边环境相差均比较大。因此，造成吐鲁番新旧站气温、风速、湿度的差值较大，尤其是在暖季树木长叶时，新旧站的气温、湿度、风向风速差距更大。

5 结论

新疆台站迁徙前后，新旧站年平均气温、最低气温、最高气温、相对湿度年的绝对差值和标准差与台站迁徙距离和新旧站海拔高差为正相关，说明台站迁徙距离越远，或者台站迁徙中新旧站海拔高差越大，新旧站的年差值和标准差就越大。另外，新旧站年风向相符率与台站迁徙距离和新旧站海拔为负相关，说明台站迁徙距离越远，或者台站迁徙中新旧站海拔高差越大，新旧站年风向相符率越低。

其中，迁站距离对最高气温和风向相符率影响最为显著。最高气温的绝对差值及年风向相符率与台站迁徙距离相关系数分别为0.603和-0.71，通过了保证率为95%的显著性检验；春夏秋三季各月最高气温及冷季各月新旧站风向相符率与台站迁徙距离的相关系数也通过了保证率为95%的显著性检验。另外，台站迁徙前后海拔高差对平均气温、最低气温、相对湿度影响显著。新旧站平均气温、最低气温、相对湿度的年值的绝对差值与新旧站海拔高差的相关系数分别为0.728、0.631和0.613，通过了保证率为95%的显著性检验，暖季各月绝对差值和标准差与新旧站海拔高差的相关系数也通过了保证率为95%的显著性检验；说明在新疆地区迁站时，新旧站海拔高差在暖季对平均气温、最低气温和相对湿度的绝对差值和标准差的影响更大。

山区迁站由于地形复杂，观测环境变化较大，其绝对差值都比平原站大，其中，年平均气温、年最低气温、年相对湿度的绝对差值山区站比多数平原站大一倍以上。另外，山区台站迁徙前后年月风向相符率都远比平原站小一个量级,说明在山区迁站，对风向的影响极大。

在极其干旱的东疆地区迁站，由于新旧站不仅观测环境差距大，且地表环境差距也较大，使气温、风向风速、湿度的差值及标准差较大。其中，年平均气温、年最低气温、年相对湿度的绝对差值吐鲁番站比半数站大一倍以上。吐鲁番站的差值标准差也较大，年平均气温和年最低气温的差值标准差比多数站大一倍以上；相对湿度的差值标准差比半数站大一倍以上。另外，吐鲁番站台站迁徙前后年月风向相符率比其它平原站小。

新旧址平均风速年月绝对差值和标准差与台站迁徙距离和新旧站海拔高差关系不大。因为，风速是对地形和环境最敏感的气象要素，迁站很短的距离，都会造成风速较大的改变，本次分析的13个站，迁站距离均超过了1 km，因此，风速差及差值标准差均较大。

综上所述，台站迁徙前后海拔高差对平均气温、最低气温、相对湿度影响较大，因此，在台站迁徙前选择新站时，尽量注意选择那些与旧站址海拔相差小的地点作为新站址，以使海拔高差对资料的影响减小到最少。一般来说，受城市化影响较为严重的台站进行搬迁时，为了避免城市化影响，台站搬迁距离一般都会比较长，长距离搬迁对最高气温尤其是对风向相符率有一定的影响。另外，一般来讲在干旱区域迁站时，能够代表大范围气候状况的新站下垫面基本没有植被，因此，在干旱区域迁站资料差异是比较大的，当新站下垫面为戈壁时情况尤为严重。风速资料是受地形及环境影响最大的资料，容易发生断点，在台站迁徙1 km以上时，需要订正使用。

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Impact of the Site Migration Distance and Elevation Difference on Data Difference Between the New and Old Stations

WANG Qiuxiang1，LIU Ye2，Guligena1，HU Yicheng1，QIN Rong1，LI Qin1，KONG Ting1
（1.Xinjiang Meteorological Information Center，Urumqi 830002，China；2.Xinjiang Meteorological Administration，Urumqi 830002，China）

One year comparative observational data were used in the paper from 13 new and old stations,which have been changed or are going to change since 2008.We respectively calculated the absolute difference,standard deviation of distance and the correlation coefficient between elevation difference and change distance for the new and old station.It showed that,there was a positive correlation between the absolute difference and standard deviation of difference of annual average temperature,maximum temperature,minimum temperature,relative humidity to distance and elevation difference for the new and old station,and a negative correlation between the year wind direction coincident rate to them.There was a significant impact of the site distance on maximum temperature,wind direction coincident rate,and both of the correlation coefficients passed significance level at α=0.05.While there was more significant impact of elevation difference on mean temperature,minimum temperature,relative humidity,and all the correlation coefficients passed significance level at α=0.05.The absolute differences of annual mean temperature,annual minimum temperature and annual relative humidity in the mountain area were more than twice in the majority plain region,and wind direction coincident rate was one order of magnitude smaller than that in the plain region.Due to the big difference of the surface environment,there was larger absolute differences and standard deviations in annual mean temperature,minimum temperature and relative humidity in the extremely arid Turpan area in eastern Xinjiang,while the wind direction coincident rate was smaller than the other stations.

climate data;station migration;analysis on difference;migration distance;elevation difference

P468

A

1002-0799（2015）03-0001-06

王秋香，刘叶，古丽格娜，等.气象站迁站距离及海拔高差对新旧站资料差异的影响[J].沙漠与绿洲气象，2015，9（3）：1-6.

10.3969/j.issn.1002-0799.2015.03. 001

2014-10-21；

2014-11-18

2012年度公益性行业（气象）科研专项“中国近60年地面关键气候要素均一性检验与订正技术及站址变动影响研究”（GYHY201206013）资助。

王秋香（1961-），女，正研级高级工程师，现主要从事气候数据分析、气候变化、气象灾害等方面的研究。E-mail：jya_69@163. com