喀什市气象站新旧地址对比观测资料分析评估

曼吾拉·卡德尔 努尔比亚·吐尼牙孜

关键词迁站;喀什;差值分析;统计检验

地面观测记录必须具有代表性、准确性、比较性，观测记录不仅要反映测点的气象状况，还要反映测点周围内的平均气象状况。大量事实和研究证明，准确可靠的天气和气候信息对公众的生产、生活及社会各个领域具有非常广泛的影响，而准确、连续的气象观测资料是天气预报及气候预测的基础。

随着城市的现代化发展，城市建筑物逐年增加，日趋严重的城市热岛效应等众多因子导致气象探测环境遭到破坏，进而影响观测资料的连续性及代表性，甚至影响观测项目的观测，如能见度，风向、风速、日照等。很多时候迁站是不可避免的无奈之举，为了分析探测环境改变对观测资料的影响，做好对历史资料的分析与应用，许多气象工作者进行了有益的研究，认为大部分的长时间气候序列除了受到气候因子影响外，还受迁移台站、仪器变动、观测方法的变动等非气候因子影响，其中，以迁站对长时间序列的影响最为显著，严重者会造成历史资料序列的断裂，影响数据的使用及分析的结论。因此，对于迁移过的气象台站时间序列，有必要对比分析迁站前后的观测资料，探讨城市小气候对历史资料连续性的影响，分析差异产生的原因，消除干扰，以便能得到连续、准确的观测资料序列。

喀什市国家气候基准站位于南疆西部，自21世纪以来，城市现代化水平显著提高，民用、商用建筑物增加，旧站址视野被高楼挡住，影响能见度、日照、风向风速等观测项目，导致原址数据逐渐失去代表性。经中国气象局批准同意，该站于2013年12月31日起迁至新站址，按照《地面气象观测规范》规定，于2013年1-12月在旧地址同时进行自动对比观测。通过对比喀什市气象站迁移前后观测资料，采用统计检验，重点分析迁站前后气象要素变化情况、差异原因，为新站观测资料的使用提供科学依据。

1资料与方法

1.1资料

选用喀什市国家气候基准站新旧站址2012年1-12月逐日平均气温、最高气温、最低气温、本站气压、相对湿度、降水量等观测资料。旧站位于喀什市政府西南侧，离市政府1.9km，观测场海拔高度1289.4m，经纬度分别为75°59'E、39°28'N，气压表感应部分海拔高度为1290.6m。该地址自1957年建站已使用57年，随着城市化进程加快，旧站周围逐渐被城市包围，四周建筑物形成了人为屏障，探测环境遭到破坏。新站位于喀什城区西北面，位于旧站址西侧，离旧站址直线距离为18.4km，经纬度75°45'E、39°29'N，海拔高度1385.6m，气压表感应部分海拔高度1386.7m。新站观测场海拔高度比旧站高96.2m，气压表感应部分海拔高度比旧站高96.1m。新站四周以农田、村庄为主，无建筑遮挡物，视野开阔，人口稀少，自然条件好，空气流通舒畅，不受城市热岛效应影响，探测环境以及气象设施完全符合气象探测环境保护标准。

1.2方法

为了对比喀什市新旧气象站气象要素之间的差异，采用了差值计算，公式如下：

2气象要素差异分析

分别计算新旧观测站数据，对比观测1年内日平均气温、日最高气温、日最低气温、日平均本站氣压、水汽压、日平均相对湿度、日降水量、日平均风速、最大风速、极大风速，并求取月、年差值平均值。

2.1气温

喀什新站与旧站日平均气温、最高气温差值均为负值，日平均、日最高气温差值范围均在0.2℃～1.3℃。日最低气温除10月份新站比旧站偏高0.4℃以外，其他月份气温均偏低，差值范围在0.1℃～1.6℃，平均日较差1月、2月和11月、12月份新站比旧站高0℃～1.1℃，其他月份均低于旧站址，差值范围在0.2℃～1.4℃。而年平均气温、最高气温、最低气温均为负值，差值范围在0.3℃～0.9℃，其中，最高气温差值表现较大，最低气温差值相对较小。如果以3-5月为春季，6-8月为夏季，9-11月为秋季，12月—次年2月为冬季，可以认为冬季气温差最明显，秋季最弱，春、夏季平均值基本相同。可见喀什新站气温明显低于旧站气温，且这种表现冬季更明显，造成这种差异的原因是城市热岛效应。

2.2本站气压

气压是作用在单位面积上的大气压力，即等于单位面积上向上延伸到大气上界的垂直空气柱的重量。气压的变化一定程度上反映大气密度变化，与水汽含量、风速、对流强度等密切相关，也是人体舒适度影响要素之一。新站月平均本站气压比旧站址的显著偏低，1-12月平均本站气压差值在9.1～11.6 hpa，冬季气压差值最大，春秋次之，夏季相对较小，而新旧站本站气压年平均差值9.6hpa。可见，新旧站址本站气压存在明显差异，造成气压差异的主要因素是两地的海拔高度。

2.3水汽压

水汽压是指空气中水汽的分压强。水汽压的大小与蒸发快慢有密切关系，而蒸发的快慢在水分供应一定的条件下主要受温度控制。新站水汽压秋冬季节偏低，差值范围在0.1～0.5hpa，春秋季节偏高，差值范围在0.1～0.5hpa，年平均水汽压新站偏高0.1hpa，差值变化比较稳定。

2.4相对湿度

新旧站相对湿度差值除了10月、12月新站相对湿度偏低、9月相等以外，其他月份相对湿度一致偏高，偏高1%～4%，年平均相对湿度偏高1.7%。由于相对湿度受降水和风速的影响，产生这种差异是合理的。

2.5降水

从各月总降水量可以看出，喀什新站与旧站各月总降水量存在较大差异，数据相对不稳定。6-8月及1月、11月、12月新站降水偏少，其中，6月降水偏少5.3mm，3月、4月、10月新旧站均无降水，2月、5月、9月新站降水偏多，9月降水偏多10.6 mm，年平均月降水量新站偏多0.5mm。可见，新旧站降水值存在较大差异，并集中在多雨月份，这体现了降水的局地性特点。

2.6风速

喀什新站与旧站日平均风速、最大风速、极大风速差值均为正值，日平均风速差值在0.4～1.8m/s，最大风速差值在1～3.7m/s，极大风速差值在0.8～4.7m/s，且以4-8月偏大最为明显;年平均风速、最大风速、极大风速差值均在1m/s以上。说明喀什新站风速明显大于旧站风速，这主要是因为受城市化影响，旧站周围建筑物较多，被包围其中，而新站地处空旷，地势平坦，进而产生差异（表1）。

3显著性分析

Pearson相关系数是描述两个数列线性相关的统计量，统计学中大样本定理，样本量30才有统计意义。为了验证喀什新站观测资料与旧站历史资料序列的关系，选取喀什旧站30年旬平均共36个样本序列值作为气候值，分别对新旧站平行观测期气象要素值进行Pearson相关分析及显著性检验。

新旧站址平均气温、本站气压、水汽压、相对湿度、降水、平均风速等气象要素时间序列與30年旬平均值呈正相关。其中，平均气温相关系数最高，降水及平均风速相对较小：与同年平行观测期相比，新旧站相关程度普遍高于30年旬平均值;新旧站平均气温、本站气压相关系数为0.999。说明新站址气温、本站气压接近旧站址。而降水新旧站相关系数为0.798，相关程度相对不明显（表2）。

为了进一步验证新旧站与30年平均气候序列值、新旧站平行观测期相关性是否显著，对表1的相关系数进行t检验，给定信度a=0.001，自由度为34，则显著性水平为3.601。由表2可知：新旧站址平均气温、本站气压、水汽压、相对湿度等气象要素时间序列与30年平均值呈显著正相关，可见今后对上述几项气象要素的研究与应用可认为其时间序列是连续的：降水旧站与30年平均降水序列显著呈正相关，而新站与30年平均降水序列显著性不明显;平均风速新旧站与30年平均风速序列均没通过a=0.001的显著性水平，说明2013年平均风速与近30年平均风速存在差异，因此，对风速的精细化应用时需考虑到新旧站址的差异，必要时应做资料的均一化处理。此外，新站本站气压、水汽压、相对湿度、降水、平均风速等气象要素时间序列与旧站平行观测期要素序列呈显著正相关，其中，平均气温、本站气压、水汽压t值远远大于显著水平，可以认为二者之间存在直线关系，说明同期相比，新旧测站气候差异不明显（表3）。

4结论与讨论

气象观测资料除了受全球范围内大气活动、太阳辐射、海陆气相互作用的影响以外，测站环境的变化对各个气象要素的影响作用更为直接。自21世纪以来，随着城市现代化的快速发展，观测场遭到周围环境的严重干扰，影响了气象观测资料的准确性、代表性和比较性，进而影响预报员对实况资料的真实判断、气象预报的准确率及精细化。通过对温度、气压、水汽压、相对湿度、降水、风速等气象要素的变化分析讨论，得出结果：

（1）新测站气象要素与旧测站之间存在一定的偏差。新站平均气温，最高、最低气温、本站气压均低于旧站，而水汽压、相对湿度、降水量、平均风速、最大风速、极大风速均高于新站。各气象要素的差异主要来源于海拔高度、城市热岛效应及地形差异。

（2）新旧站址平均气温、本站气压、水汽压、相对湿度、降水、平均风速等气象要素时间序列与30年旬平均值呈正相关，与同年平行观测期相比，新旧站相关程度普遍高于30年旬平均值。

（3）经检验，新旧站址平均气温、本站气压、水汽压、相对湿度等气象要素时间序列与30年平均值呈显著正相关，今后对上述几项气象要素的研究与应用可认为其时间序列是连续的。

（4）平均风速新旧站与30年平均风速序列均没通过自由度为34、置信区间为0.001的显著性水平。因此，对风速的精细化应用需考虑新旧站址的差异，必要时应做资料的均一化处理。

（5）新站各气象要素时间序列与旧站平行观测期要素序列呈显著正相关，其中平均气温、本站气压、水汽压t值远远大于显著水平，说明同期相比，新旧测站气候差异不明显。