喀什国家基准站迁站前后资料对比分析

秦榕，姚作新*，王秋香，井立红，胡义成，杨霰，张静，杨华

（1.新疆气象信息中心，新疆乌鲁木齐 830002；2.塔城地区气象局，新疆塔城 834700；3.乌鲁木齐市气象局，新疆乌鲁木齐 830002）

喀什国家基准站迁站前后资料对比分析

秦榕1，姚作新1*，王秋香1，井立红2，胡义成1，杨霰3，张静1，杨华1

（1.新疆气象信息中心，新疆乌鲁木齐 830002；2.塔城地区气象局，新疆塔城 834700；3.乌鲁木齐市气象局，新疆乌鲁木齐 830002）

利用1963—2013年喀什站旧址各项资料与同期麦盖提、岳普湖、伽师三个参考站资料进行对比分析,结果表明：气温、相对湿度、平均风速资料旧址与参考站的区域一致性较差但均一性较好；利用喀什旧址资料与新址2013年资料进行对比分析，结果显示：新址与旧址年平均气温、最高、最低气温、降水量数据可以连续使用，月平均气温、最高、最低气温、降水、平均相对湿度资料发生不连续的月份占50%、2 min平均风速全年各月在显著性水平0.05的条件下资料不连续；新旧址冬季气温差变化最为明显，夏秋季变化相对偏小；平均相对湿度新址较旧址偏高，各季差值在冬季最大；平均风速新址比旧址偏大1.1 m/s，冬季偏差稍小；风向相符率仅34.61%，各月差异均很明显。新址与旧址年平均风速和相对湿度不能连续使用，降水和温度可连续使用。

喀什国家基准站；迁站；要素影响；资料对比分析

喀什国家基准气候站始建于解放前，因种种原因于1954年、1957年曾先后2次迁站。众所周知，由于站址变迁、观测场周围环境变化，一些气象要素将随之发生变化。关于站址变迁前后资料的对比分析,国内已做过一些研究[1-4]，但多限于对搬迁前后资料的对比分析,缺乏对搬迁站长时间序列资料的全面分析。1954年、1957年喀什站正处于资料开始期，因此站址的变迁对气象要素影响不大；随着城市化进程的加快，探测环境受到严重破坏，2014年喀什站再次进行了迁徙距离达18 km以上的搬迁。在此之前，喀什站已有57 a连续观测资料，此次搬迁会对喀什站的资料产生什么样的影响，哪些资料会因为迁站而无法连续使用，哪些资料会产生不连续而需要订正才能连续使用。本文利用喀什站旧址及参考站1963—2013年气温、湿度、风向风速等观测资料进行对比分析；同时又与喀什站新址2013年资料进行对比分析，并对参考站与旧址、新址与旧址资料进行T检验，从中找出影响气象要素变化的原因，为气象服务及科研工作者合理使用喀什站的资料提供参考依据。

1 测站基本情况及资料选取

1.1 测站基本情况

喀什国家基准气候站始建于解放前，1954年1月1日由疏勒县城南郊军航飞机场迁至疏附县浩罕庄民航飞机场；1957年7月1日迁至喀什市西南郊克孜勒特完村，更名为国家基本气象站（区站号: 51709，文中简称“旧址”），1991年1月更名为国家基准气候站，承担地面24次气象观测任务。1990年以来，随着城市建设规模及气象局院内基建项目的不断扩大，探测环境遭受严重破坏，所获取的风、温度、湿度、地温、辐射等资料已失去气象资料的“三性”要求，2014年1月1日喀什站进行第三次迁站（文中简称“新址”），新址位于喀什市城区西北栏杆乡平原地带,距旧址直线距离18.4 km，拔海高度差为85.6 m，占地约94 535.5 m2，地处当地最多风向的上风方，站址四周空旷平坦，下垫面为农田，土壤为戈壁土。

1.2 资料、方法及参考站选取

为了分析城市化对喀什站气象资料的影响，首先选取参考站，按照参考站选择的标准，第一,与喀什站距离较近即属于同一气候区；第二,参考站观测资料序列与喀什站序列平行年代长，且未迁过站；第三,参考站多年来探测环境变化少。依此标准选取麦盖提、岳普湖、伽师站为参考站。为保证资料的一致性，采用喀什站旧址、参考站近51 a（1963—2013年）、新址2013年气温、相对湿度、风向风速等观测资料进行对比分析。文中所用各项资料均由新疆气象局气象信息中心提供，进行了严格的质量控制，未对资料进行任何差补延长处理。

为了分析城市化究竟对喀什站气象资料产生了怎样的影响，对参考站观测资料时间序列求平均形成参考站序列，与喀什站资料形成差值,依此分析喀什站旧址观测资料的一致性；计算喀什站旧站与参考站平均值、平均值差值和比值，并对各要素进行T检验[5]；利用一元线性回归方法对旧址与参考站的区域一致性、变化趋势、均一性进行分析；为了掌握新址、旧址因地理位置、海拔高度及周围环境不同而形成的两站气象要素差异，计算新旧址2013年的差值平均值及差值标准差[6]、降水量累计相对差值、风向相符率（只有观测风速大于0.2 m/s时，才统计，且新址与旧址风向角度差小于22.5°时，方认为两者相符），并采用T检验分析新址和旧址资料差异的影响。降水量累计相对差值公式为：

2 城市化对喀什站资料的影响分析

2.1 观测资料序列区域一致性分析

图1a是喀什站旧址与参考站年平均气温序列差值变化图，由图可以看出，旧址与参考站年平均气温差值序列1963—1997年呈波动变化，变化范围在±0.3℃以内；1997年后出现转折，平均气温差值开始逐年升高，至1999年气温差值表现为不断升高趋势，这充分表明旧址与参考站的年平均气温序列自1999年开始出现明显的不一致性变化。将旧址自建站以来的观测数据以1999年为节点分为两段，即1963—1998年、1999—2013年，计算与各参考站的差值平均值，结果表明，1999年以后城市化所带来的误差使气温平均升高0.6℃左右。原因是第二次迁站至1982年测站四周基本为村庄、农田，未出现对探测环境造成影响的建筑物，1999年以后，在气象局院内距观测场0.5 km处建成了12 m高的住宅楼、办公楼及5栋高层建筑（图1d）。测站四周几乎全部被高大建筑物或树木包围。因旧址最多风向为西北风，西北侧的建筑物、树林及东南侧、西南侧的高层建筑严重阻挡了气流的畅通，对所观测的气象数据尤其是气温产生了非常明显的影响。

对喀什站旧址与参考站降水量进行对比分析，结果表明城市化带来的影响不明显。

图1b是喀什站旧址与参考站年平均相对湿度差值序列变化图，由图可看出，旧址与参考站的年平均相对湿度差值随时间呈波动变化，20世纪80年代初期至90年代前为上升趋势，从1992年开始减小趋势十分明显，这表明旧址与参考站年平均相对湿度序列自1992年开始发生了明显的不一致性变化。原因在于同期平均气温显著升高以及城市化迅猛发展，导致旧址相对湿度迅速减小，故而与周边参考站资料的趋势发生了明显的不一致。

图1c是喀什站旧址与参考站年平均风速差值序列变化图，由图可以看出，旧址与参考站的年平均风速差值序列在上世纪90年代之前变化趋势比较一致，都呈逐渐减小的趋势；但在90年代后二者差值明显增大，尤其2005年以后呈现出明显的不一致，即旧址与参考站平均风速差值的一致性较差。分析表明旧址2分钟风速的记录自1992年起由人工观测改为自动记录（EN1型测风处理仪），不同的观测方式是造成二者风速不一致性变化的根本原因；此外,旧址2005年安装了自动站，其测风仪采用低惯性轻金属的风传感器，具有惯性小、启动快、感应灵敏的特点，其材质、采集原理和EN型测风处理仪完全不同[9]。从变化趋势看风速在减小，结合（图1d）分析发现，疏透结构的建筑物和透风结构的林带增大了近地面的摩擦力，背风面因气流下沉辐散，风速则减弱[10]。由此可见2005年后风速的减小与站址周围环境变化有着直接关系。

2.2 趋势比较

图2a是喀什站旧址与参考站年平均气温线性变化趋势，可以看出，旧址与参考站气温随时间变化均为上升趋势，增温速率分别为0.3℃/10 a、0.1℃/ 10 a，1999年之前旧址与参考站的逐年变化曲线偏差不大,对区域一致性影响不大；1999年开始旧址与参考站的趋势线偏差逐渐增大，逐年变化曲线也发生明显偏离，即区域一致性差；分析了喀什站旧址与参考站年降水序列线性变化趋势，结果表明二者均表现为平稳略增趋势，可认为变化基本一致。对（图2b）的分析表明，旧址与参考站相对湿度线性变化趋势不一致，旧址以0.5%/10 a的速率减小；参考站以0.3%/10 a的速率增大，且线性趋势差异随时间推移逐渐增大，即喀什站旧址与参考站区域一致性越来越差。分析旧址与参考站平均风速线性变化趋势（图2c），结果发现，二者均表现为减小趋势，其减小速率分别为0.06（m·s-1）/10 a、0.3（m·s-1）/10 a（参考站减小明显），究其原因应该是20世纪80年代的防风治沙工程使得3个参考站四周种植的树木初具规模，对风速的减弱产生了直接影响，上述分析表明旧址与参考站区域一致性较差。

2.3 资料序列均一性分析

在对气象资料均一性研究中，发现许多气象资料非均一性是由于测站位置的迁移，周围环境的改变，观测仪器和安装方法的更新等造成的。特别是随着城市化的加速，新观测设备的采用，这一情况更为突出[9]。对喀什站自建站以来的平均气温、降水量、平均相对湿度和2 min平均风速进行均一性分析，因气温和湿度资料符合正态分布故采用差值序列进行检验（图3），降水和风速资料一般不符合正态分布故采用比值序列进行检验；应用t检验方法（显著性水平0.05）对旧址平均气温、降水量、相对湿度、2 min平均风速的年值序列值进行检验，结果发现，1999年以来观测场四周相继建成多处商业楼和高层住宅楼、旧址周边逐渐形成居民生活区以及教学区等这些环境变化，使得旧址年平均气温、年平均相对湿度、和年平均风速产生了断点；2 min平均风速于1992年由人工记录改为自动记录，使其产生了断点、1999年受探测环境的影响风速又产生了断点、到2005年受探测环境影响及安装启用全要素自动站仪器风速第三次产生了断点。

4 喀什站新址与旧址观测资料对比分析

4.1 差值及标准差统计分析

采用2013年新址与旧址资料进行为期1 a的对比，采用差值及差值标准差对新旧址的日平均气温、日最高气温、日最低气温、日降水量、日平均相对湿度、日平均风速等资料进行统计，结果表明（表1），新址年、月平均气温及最高、最低气温均低于旧址；月差值在-0.2～-1.4℃之间变化；月平均气温差值在冬季偏大较多（1.0℃以上），且明显低于旧址；大部分月份平均气温和最高气温差值标准差接近，说明平均气温、最高气温数据相对稳定；最低气温标准差相对较大，在0.48～1.77℃之间，说明数据相对不稳定。

降水量差值平均值正负各占50%，表明新址与旧址差异不大；月降水量差值在0.0～±0.3 mm之间，年降水量无差异；降水差值标准差5—9月相对较大，其余月份相差不大，数据比较稳定。

相对湿度差值平均值除9月、10月新址小于旧址外，其它月新址明显大于旧址，年平均相对湿度相差1.5%；6个要素中相对湿度差值标准差最大，年值达4.61%。

风速差值平均值均为正值，表明新址风速大于旧址，年平均风速差值平均值偏大1.1 m/s，春夏秋季偏大明显，冬季差值较小，这也说明春夏秋季节在大气层结不稳定的条件下，那怕相距仅几十米的两点上，风速的瞬时值都能相差10 m/s；在空间的同一点上，在几秒钟的时间内，瞬时风速的变化都能达到同样的量级[9]。风速差值标准差4—6月相对较大，1—2月标准差相对于其它月也偏大，说明冬春季风速数据稳定性略差，而夏秋季风速数据较稳定。另外，新址与旧址海拔高度相差85.6 m，风随高度增加呈幂指数变化；新址四周空旷平坦，几乎不存在疏透结构的建筑物和透风结构的林带，地表摩擦力小，都是造成风速新址大于旧址的根本原因。

4.2 降水量累计相对差值及风向相符率分析

新址与旧址的降水量累计相对差值（表2）表明，年降水相对差值为3%，2月、5月、9月新址降水量多于旧址，其它月份少于旧址。

新址与旧址年风向相符率仅34.61%（表2），两站风向一致性较差，也表明风是受地理环境影响最为明显的要素，尤其平均风速受迁站的影响非常大，地形差异、海拔高差都会对其产生明显的影响。

4.3 显著性检验

采用t检验方法对旧址近20 a观测资料的平均值和新址1 a观测资料的平均值进行显著性检验，以显著性水平达到0.05作为通过检验的标准，检验要素包括：平均气温、最高、最低气温、降水量、平均相对湿度、平均风速的月值和年值。由表3可知，除平均风速、相对湿度未通过检验外，其余均通过了显著性水平检验；但各要素的月值与年值均差异显著，各占50%通过了显著性检验，冬季（12月—翌年2月）因大气层结较稳定，故而温度、湿度均通过了显著性检验；新址与旧址5个要素资料均有不能连续使用的月份，年值平均风速和相对湿度不能连续使用，降水和温度可连续使用。

5 结论

（1）差值比较和趋势比较均表明，在分析的4个要素中，受气象探测环境变化和观测方式变更的影响，喀什站旧址气温、相对湿度、2 min平均风速区域一致性较差、降水基本一致。t检验结果显示，喀什站旧址平均温度、风速、相对湿度均存在不连续点，其原因主要是人工观测改为自动观测和台站观测环境变化所致。

（2）新旧址对比分析结果显示，喀什站新址与旧址年平均气温、最高、最低气温的差值均为负值。新址与旧址降水量的差值平均值相差不大，年降水量无差异；相对湿度差值平均值除9月、10月小于旧址外，其它月份明显大于旧址；风速差值平均值均为正值，表明新址风速大于旧址，年平均风速差值平均值偏大1.1 m/s。新址与旧址降水差值标准差5—9月相对较大，其余月份比较稳定；相对湿度差值标准差最大，年值为4.61%；风速差值标准差4—6月相对较大，1—2月标准差相对偏大，说明冬春季风速数据稳定性略差，而夏秋季风速数据较稳定。新址与旧址年风向相符率仅34.61%，表明两站风向一致性较差。除平均风速、相对湿度未通过0.05的显著性水平检验外，其他要素均通过了显著性水平检验，但各要素的月值与年值均差异显著。

（3）新址与旧址年值平均风速和相对湿度不能连续使用，降水、温度可连续使用。

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Data Comparison and Analysis of Kashgar National Reference Climatological Station Before and After Moving

QIN Rong1，YAO Zuoxin1，WANG Qiuxiang1，JING Lihong2，HU Yicheng1，YANG Xian3，ZHANG Jing1，YANG Hua1

（1.Xinjiang Meteorological Information Center，Urumqi 830002，Xinjiang；2.Tacheng Meteorological Bureau，Tacheng 834700，Xinjiang；3.Urumqi Meteorological Bureau，Urumqi 830002，Xinjiang）

The data collected at the old site of Kashgar Station from 1963 to 2013 was used（the data collected at Maigaiti,Yuepuhu and Jiashi stations during the same period was used for references）to compare with the data collected at the new site of Kashgar Station in 2013,then T test was made with the data collected from the reference stations and the old and new stations.The results show poor difference and regional consistency but good uniformity in air temperature,RH and average wind speed between the old site and the reference stations;the annual average temperature,maximum and minimum temperatures,and precipitation data collected at the new and old sites can be used continuously;the months with discontinuity in monthly average temperature, the maximum and minimum temperatures,precipitation,and average RH accounted for 50%,the data of average wind speed at significance level of 0.05 was discontinuous from Jan.to Dec.;the temperature difference between the old and new sites changed most obviously in winter while relatively little in summer and fall;average RH at the new site was on the high side comparing with the old site,and the biggest difference occurred in winter;average wind speed at the new site was 1.1 m/s higher than the old site,and the deviation was smaller in winter;the wind direction consistent rate was only 34.61%,and the differences was obvious between the months.

Kashgar national Reference station；station moving；impact of elements；comparison and analysis of data

P468

B

1002-0799（2015）04-0055-07

秦榕，，姚作新，王秋香，等.喀什国家基准站迁站前后资料对比分析[J].沙漠与绿洲气象，2015，9（4）：55-61.

10.3969/j.issn.1002-0799.2015.04.009

2014-08-04；

2015-05-20

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。

秦榕（1961-），女，高级工程师，主要从事地面、辐射数据分析和质量控制。E-mail：qinrong1961@sina..cn

姚作新（1968-），男，高级工程师，主要从事业务管理和气候分析工作。E-mail：1634387599@qq.com