气象台站环境改变对气象要素观测的影响

毛佩柱 毛智政 沈鹿鸣 吴杰

摘 要：气象台站是气象要素观测的基本单位，气象站采集的气象数据是一个地区气候资料统计的主要数据来源。气象观测是气象工作的基础，气象数据是天气预报、气候分析、防灾减灾、城市规划等气象服务和决策提供准确的基础和依据。一个地区气象资料的准确性与连续性，需要一个长期稳定的气象观测环境，在稳定观测环境条件下获取的气象资料，才具有气候资料的对比性。气象台站的迁移，会使气象台站的观测环境发生一定的改变，从而造成一些气象要素的观测出现差异。通过多秦皇岛气象站迁站10年来的气候分析和青龙、昌黎站迁站期间的并行观测分析，发现观测环境改变对气象要素连续性的影响。观测环境的差异，造成了秦皇岛气象站新址的年平均温度较原站址下降了1.2℃，年平均相对湿度为67%，迁站后的平均相对湿度增加了8%。青龙站的深层地温因受环境环境影响，出现了明显的季节变化差异。气象站的迁移，应该尽量与原站址在海拔高度、周边环境近似。差异过大，将使一些气象要素的观测值出现明显的跳变，对气象资料的连续产生很大影响。

关键词：迁站;环境;气象要素;连续性

1 绪论

气象台站是气象要素观测的基本单位，气象站采集的气象数据是一个地区气候资料统计的主要数据来源。气象观测是气象工作的基础，气象数据是为天气预报、气候分析、防灾减灾、城市规划等气象服务和决策提供准确的基础和依据。一个地区的气候资料，不仅在气象学中对于气候变化的研究极为重要，同时也对于一个地区的城市规划与发展、经济建设和人民的健康等方面具有重大的意义。

一个地区气象资料的准确性与连续性，需要一个长期稳定的气象观测环境，在稳定观测环境条件下获取的气象资料，才具有气候资料的对比性，才可以用于一个地区的气候的研究，否则，不稳定的气象探测环境下的气象观测数据，将无法获得准确的气候变化规律。因此，我国气象部门极为重视气象台站的站址稳定和探测环境的保护工作。

气象台站是从事地面气象观测的业务部门，根据地面气象规范的规定，气象数据必须具备代表性、准确性和比较性。因此每个气象观测台站的位置都是经过气象学规定的要求而选定的，避免周边环境对观测场地的影响，其地形、地貌、气候特征、环境状态都具有代表性，其测量结果不仅能代表观测站点的气象情况，而且也能代表观测站所在的较大区域的平均气象情况。影响气象观测代表性的最主要因素就是地面气象观测站所处的环境，环境因素对观测站站址的选择和观测站所处环境是否具有代表性都尤为重要。

日常工作中对气象观测数据产生影响的因素主要是气象探测环境，主要是较高的山、高大的建筑物以及树木等障碍物对气象观测的数据准确性较大。一般情况下，当障碍物到观测场地的距离小于其障碍物高度的10倍時，将对测站的风向、风速产生影响。在日出日落范围内的较高的障碍物，会影响测站的日照时数。在冬季因太阳高度角偏低，会使较近的建筑物的阴影遮挡地温观测场地，造成地温观测的严重影响。随着我国经济建设的发展，气象观测站周边建筑日渐增高，建筑对气象探测环境的破坏越来越显著。

气象台站的站址选择，一般要选择具有代表本地气候特征的地方，作为建站的依据。我国早期的气象台站，因需要避免城市建筑的影响，多建设在城市的边缘地带，但随着我国的快速发展，城市的规模迅速扩大，气象台站逐渐成为城市的中心地带，城市发展使气象台站的探测环境不断受到城市建筑的影响，从而对气象探测的数据准确性产生影响，因而造成气象台站的被迫迁站。气象台站的迁移，会使气象台站的观测环境发生一定的改变，从而造成一些气象要素的观测出现差异，如果迁站的新旧站址的观测环境差异明显，无疑会使相关的气象要素的连续性受到影响，可能会使一些要素的气候统计出现跳变现象，对本地区的气候评估产生影响，进而对社会的经济和生产产生影响。

由于城市发展等原因，国内大量的气象观测环境受到影响，很多台站因探测环境的破坏，而被迫迁站。以秦皇岛市为例，在1995年到2015年期间，秦皇岛市所辖的5个气象站均发生了迁站，从迁站前后的观测资料对比分析，迁站前后的气象要素均有一定的差异。

2 气象站迁站对气象观测数据的影响

气象台站的迁移，不仅仅是气象台站的地理位置发生了改变，由于新址的探测环境不可能完全与原址一致，必然造成其所观测的气象数据与原址存在一定的差异。因此气象台站的迁站，在选址上一般要选择和原址自然环境接近，距离适当的站址进行建设，最大限度避免气象观测数据的差异巨大。若新址与原址的自然环境差异较大，必将使气象观测数据差异明显，甚至对气候的变化研究产生非常不利的影响。

2.1 秦皇岛市气象站迁站的对比分析

2.1.1 秦皇岛市气象站迁站后的观测环境变化

秦皇岛市气象站1999年进行了迁站，迁站后的新址距离原站址13千米，秦皇岛气象站新址，从原来的市区中心地带，搬迁到郊外，距离海洋仅为约500米，而原址距离海洋为3200米，从新站址开始观测以来的数据分析，新站址的温度和湿度变化较原站址差异明显，观测环境受海洋的影响更加显著。

2.1.2 秦皇岛站迁站后的年平均气温的对比

通过1981年到2010年的30年的气象资料分析，秦皇岛气象站在1999年在新站址开始观测后，年平均温度出现一个明显的向下的跳变，1998年年平均气温为12.5℃，1999年的平均气温为10.9℃，比1998年的平均气温低1.6℃。通过对迁站前后各10年的年平均温度对比，1989—1998年原址平均温度为11.9℃，1999—2008年新址的年平均温度为10.7℃，较迁站前的年平均温度降低了1.2℃。

为了便于分析秦皇岛站迁站后年平均温度偏低，是迁站后观测环境变化的原因产生的影响，还是该时间段内整体的区域内气候的一个正常的变化，选取秦皇岛5个气象站1989到2008年迁站前后总共20年的资料进行统计分析。通过数据统计分析，从总体情况上，这20年的温度变化能够反映出一个地区的气候变化趋势。

通过秦皇岛站与其他的4个气象站的比较分析，在1999年的迁站年，秦皇岛站温度出现明显的向下跳变，温度变化出现了不连续现象，而其他台站的温度则无明显跳变，平均温度保持了较好的规律性。迁站后的10年中，秦皇岛的平均温度始终在1999年迁站后降低的较低的温度内，没有明显的回升趋势，在全市的台站中，年平均温度为次低站，仅比青龙温度高，而低于其他的3个站。从秦皇岛站迁站后平均温度的异常变化，而且差生异常的变化时间节点恰好出现在迁站的年份，说明秦皇岛站迁站后的温度大幅度偏低，并非是区域气候的正常变化，而是新址的观测环境与原站址差异较大造成。见图1。

秦皇岛站迁站后新旧站址多年平均最低温度则差异显著。在新址探测到的极端最低温度明显偏低于市区，并且不断刷新秦皇岛自有气象记录以来的最低极值，如2000年最低温度-20.8℃，接近-21.0℃的历史最低温度，2001年最低温度为-24.3℃，当时成为历史最低温度，而2010年，探测到的最低温度为-26.0℃，再次成为历史最低温度。

2.1.3 秦皇岛站迁站后年平均相对湿度变化

秦皇岛气象站迁站后新址由于距离海洋更近，观测到的空气湿度，明显大于原址湿度。新址的多年平均湿度为67%，原址的多年平均湿度为59%，迁站后的平均相对湿度增加了8%。通过迁站前10年和迁站后10年的秦皇岛市气象站的平均相对湿度对比，1989—1998年原址平均相对湿度为59%，1999—2008年新址的年平均相对湿度为66%，较迁站前的年平均温度升高了7%，与历年平均情况基本一致。

秦皇岛站搬迁后相对湿度显著增大。通过秦皇岛站与周边台站1989—2008年年平均相对湿度的对比，在1989到1998年的原址，秦皇岛的年平均相对湿度在全市所有台站中为最小，其逐年的变化趋势与其他台站变化趋势基本保持一致。在迁站的1999年，秦皇岛站搬迁后相对湿度迅速上升，1999年到2008年间，始终维持较高的湿度，湿度变化不再围绕原历年平均相对湿度进行波动，而在一新的相对湿度值进行变化，逐年的变化趋势也与其他台站变化趋势基本保持一致。期间其他站的年平均相对湿度，围绕其历年平均相对湿度值正常规律性波动，在1999年后，秦皇岛站的年平均相对湿度曲线到了全市其他站之上，湿度明显高于其他站的相对湿度，成为平均相对湿度最大的站。

2.2 秦皇岛市其他气象站迁站的对比观测情况

通过气象台站迁站前后的气象要素观测资料的对比分析，发现气象台站迁站后，其相关的各类气象观测要素值均会发生一定的变化。青龙站于2010年迁致新站址运行，新址距离原址不足1千米，建立在为一地势孤立的山头上。通过对比观测，发现该站观测环境的改变，使空气温度、风速和深层地温的观测均出现了明显的差异。通过对比观测数据分析，新旧站并行观测期间的新址平均温度比原址偏高0.4℃，新址月平均风速均大于原址，新址比原址平均风速偏大0.6m/s。分析风速的变化原因，认为是由于青龙迁站新址址因为地势较高，风所受到的地面建筑物的阻挡小造成，因此风速变大，从迁站后的日常观测中，青龙站的大风出现日数有所增加。

昌黎气象站于2011年进行了迁站，昌黎站新旧站址均处于平原地区，站址的环境相似，通过并行观测期间的资料分析，多数气象要素的拟合度较好，从日、月平均数据的统计中，除空气温度比原址偏高外，其他各气象要素的差值均较小，昌黎新址的平均温度，比原址偏高0.4，平均相对湿度比原址小3%，新址环境比较理想。

2.3 因自然环境差异较大对部分气象观测要素的影响

一些台站在迁站后，观测场地的探测环境与原址的环境出现较大差异，这些差异，可能对部分气象观测项目产生显著影响。青龙县气象局在台站的迁移后，新的观测场地与原址自然环境差异较为明显，青龙新址位于一基本独立的山包上，台站在进行观测场地的改造工作中，对观测场地进行了修整改造，使其观测场地成为凸起地面的梯形观测平台。其环境的差异，直接体现在对深层地温的观测数据的影响。由于观测平台的凸起，而且平台面积较小，凸起的观测平台热容性较正常平整地表小，且平台的侧面易于受环境温度的影响，环境温度高于地温时，平台过多吸收热量而增温，环境温度低于地温时平台将过多散失热量。这种观测平台和平地表的差异，使深层的地温观测受到外界环境的影响，与平原深层温度的变化出现差异。从青龙新旧站址的7—12月的并行观测资料分析，在深层地温40～320厘米地温差异非常显著，夏季新址平均地温均高于原址，在7—9月，40～160厘米的月平均地温中，新址均比原址高2.0℃以上。冬季新址平均地温均低于原址，温差正负值的转换出现在10到11月间。11月和12月，新址各层深层平均地温均低于原址，深层地温的新旧站址温差出现了季节性变化规律。见图2。

结语

气象站所观测的气象要素是极其珍贵的气象资料，气象探测环境的稳定极其重要，台站的迁移，将对本地区的气候分析评估产生严重的影响，甚至气象要素需要重新进行累计。一个长期稳定的觀测环境，对于气候分析至关重要，是获得稳定连续气象要素观测值的基础，是对一个地区的气候规律进行准确评价的前提，因此，气象台站不宜进行频繁的迁移。气象站的迁移，建议新选的站址，应该尽量与原站址在海拔高度、周边环境近似，与原址距离适当。同时新址的地貌与周边环境接近为宜，不建议修建较高的气象观测平台，避免若差异过大，使一些气象要素的观测值出现明显的跳变，对气象资料的连续产生很大影响。

参考文献：

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[4]钟山，李芳，舒传强.邹城市抬高气象观测场与地面观测场数据对比分析[J].山东气象，2010（02）.

作者简介：毛佩柱（1967— ），男，汉族，河北秦皇岛人，本科，高级工程师，研究方向：气象综合探测。