江口国家气象观测站迁站对比观测数据差异分析*

吴雪亚，吴 明，皮小雯

(1贵州省江口县气象局，贵州 江口 554400；2铜仁市碧江区气象局，贵州 铜仁 554300)

0 引言

江口国家气象站始建于1958年9月1日，原址位于江口县双江镇河滨西路32号，108°51′00″E、27°42′00″N，观测场海拔高度369.2 m，站址无变动，工作年限60年。近年来随着江口县城建设的快速发展，2008年政府为了安置城市建设失地的农民，在旧址周边设置拆迁户安置区，四周被居民用房包围，下垫面遭受破坏，变为水泥地面，气象探测环境不断恶化。经中国气象局批准，将该站迁至江口县双江镇七里冲挂筒坡，四周空旷，视野开阔，下垫面未遭到人为破坏，新站址探测环境良好，两址相距约1.5 km，海拔差124.5 m，两站址地理环境见表1。多项研究表明观测场地变迁以及观测仪器的更换，都会导致气象观测数据出现差异[1-6]。为了解站址迁移前后观测资料序列差异及不连续程度，本文利用2016年对比观测资料对江口站搬迁前后的资料进行差异分析，为该站资料序列延续、订正以及气候资料应用提供一定的科学依据。

表1 江口国家气象观测站新、旧址地理环境对比Tab.1 Comparison of the geographical environment betweenthe new and old sites of Jiangkou National Meteorological Station

1 资料与方法

选用江口国家气象观测站新址与旧址2016 年1—12月同期气温、气压、相对湿度、雨量、风5个气象要素对比观测资料，利用差值分析法对观测资料进行分析；运用数理统计方法对气温、气压、湿度、风速风向等气象要素平均值进行分析，对其相关性进行T检验；对新、旧站址2站数据相关性明显的气象要素，利用最小二乘法进行最佳线性拟合，建立两站订正方程。

2 新旧站址各气象要素差异分析

2.1 气压差异性分析

图1 新、旧站址月平均气压变化曲线图Fig.1 Curves of monthly average pressure changes atthe new and old stations

2.2 气温差异性分析

分析2016年全年月平均气温、最高气温、最低气温资料，由表2可知，新址年平均气温明显低于旧站，新、旧站月平均气温差值全年均为负值，表明新址各月气温均低于旧址，气温差值为-1.3～-0.8 ℃，气温差值相对较稳定。气温差值季节变化不明显，春季(3月—5月)平均偏低大，新址比旧址月平均气温平均偏低1.1 ℃，夏季(6月—8月)、秋季(9月—11月)、冬季(12月—次年2月)平均分别偏低1.03 ℃、1.08 ℃、1.03 ℃。月平均最高气温、最低气温、极端最低气温新址均低于旧址，差值相对较稳定，极端最高气温差值波动较大，表明极端最高气温相对不够稳定。

表2 江口新、旧站址气温差值(单位：℃)Tab.2 The temperature difference between the new andold sites of Jiangkou National Meteorological Station

新站与旧站址气温差异主要有以下三个方面原因，一是站址海拔高度差，新站址比旧站高124.5 m，根据气温垂直递减率平均每上升100 m，气温下降0.65 ℃，由此估算因海拨因素导致新站气温比旧站低0.81 ℃，由此可知，海拔差异不是导致新老站址气温差的唯一因素。二是由于城市热岛效应，旧址位于县城中心，人口密度大，车辆流动多，观测场四周被居民楼房包围。三是下垫面差异，旧站址观测场四周下垫面为水泥沥青地面，植被覆盖率较低，新站周围为绿色植被，四周较为空旷，空气流通自然，无人为障碍物，新站址受城市热岛效应影响相对旧址较小。

为使江口国家气象观测站气温数据连续使用，以旧址日平均气温为变量x，新址日平均气温为因变量y，利用最小二乘法对日平均气温进行最佳线性拟合，分别求得新、旧站址每月日平均气温订正方程及相关系数见表3。从表3可知，新、旧站址日平均气温除5月和6月相关系数低于0.9外，其余各月相关系数均在0.9以上，年相关系数0.9971，说明相关密切。通过回归方程对新址气温资料进行订正后，便可将新址与旧址资料合并使用。

表3 江口观测站新、旧址各月气温回归方程和相关系数Tab.3 Regression equations and relevant coefficients ofmonthly temperature of the new and old sites of JiangkouNational Meteorological Station

2.3 降水差异性分析

降水量是表征一个地方雨水多少的物理量，其形成机制非常复杂[8]。如表4可知，新旧站址降水量月差值有正有负，2016年新、旧站址年累计降水量分别为1321.5 mm、1542 mm，新址年降水量明显少于老站；月累计降水量差值在3.3～144.9 mm之间，差值最大为4月，新站降水量比老站址少144.9 mm，最小为5月和9月，新站比老站址降水少3.3 mm。初步分析造成两站降水差异大的原因有以下三点，一是降水具有局地性强、分布不均匀等特点；二是山地对降水的影响大，不同区域降水相关性较差；三是雨量传感器本身差异。

表4 2016年江口新、旧站址降水量对比(单位：mm)Tab.4 The precipitation contrast between the new and old sitesof Jiangkou National Meteorological Station in 2016

2.4 相对湿度差异性分析

湿度是表征空气中的水汽含量及潮湿程度的物理量。湿度变化常与水汽压、相对湿度、露点温度有关，而相对湿度以百分数(%)表示，是空气中实际水汽压与当时气温下的饱和水汽压之比。从表5可知，新址较旧址年平均相对湿度高2%，1—6月新站月平均相对湿度比老站址偏高，7—12月相对老站址偏低，全年差值为正值，表明拟迁新址相对湿度略大于旧址；秋季与冬季平均差值相对最小，春季与夏季平均差值最大。月最小相对湿度差值除1月和7月外，其余月份差值较不明显。分析导致新址较旧址相对湿度差异的主要原因如下：一是新、旧站址下垫面不一样，新站下垫面为植被，蓄水保水能力较强，植物蒸腾作用较强；二是与空气流通有关，旧站址四周被建筑物包围，空气流通不自然，新站四周无遮挡物，流通顺畅；三是气温差异，新站址气温相对旧址偏低，温度差异改变了空气湿度。

表5 2016年江口气象观测站新、旧址相对湿度对比(单位：%)Tab.5 Comparison of the relative humidity between the newand old sites of Jiangkou National Meteorological Station in 2016

续表5

2.5 风向风速差异分析

风是指空气运动产生的气流，地面气象观测中测量的风是二维矢量(水平运动)，用风向和风速表示。表6风速风向对比资料表明：新站址相对旧站址风速明显偏大，月平均风速差值在0.7～1.6 m/s之间，月最大风速差异更大，最大差值达10.7 m/s。新址与旧址年风向相符率为18%，最大相符率在10月，为24%，最小相符率在3月，仅15%，可见两站风向一致性较差。

表6 2016年江口气象观测站新、旧址风速风向对比(单位：m/s)Tab.6 Comparison of wind speed and direction between thenew and old sites of Jiangkou National MeteorologicalStation in 2016

分析产生新、旧站址风向风速差异的原因主要是探测环境变化，旧站址四周被建筑物阻挡，影响气流流通，减小风速，改变方向，受局地影响较大，新站址四周空旷，无人为障碍物，气流流通自然，更具有代表性。

3 差异显著性分析

进一步对新址各项气象要素与旧址近30 a的观测资料的平均值做均值差异性检验，在α=0.05的显著水平下，检验结果如表7，4个要素中，1月、5月、10月、11月、12月平均风速，9月平均相对湿度超过临界值，表明差异显著；平均气温和降水量各月平均值均未超过临界值，表明差异不显著。这表明新址的月平均气温和降水量可与旧址资料续接合并使用，而新址的月平均相对湿度和月平均风速资料不可与旧址资料续接使用；用年数据做气候分析时，新旧站址平均气温、降水量和平均相对湿度资料可续接合并使用，平均风速不可续接合并使用。

表7 江口站旧址与新址T检验(显著性水平0.05的标准值为2.04)Tab.7 The T test of the old and new sites of JiangkouNational Meteorological Station

4 结论

1)通过对江口国家气象观测站搬迁前后两站的气象观测资料对比分析，发现新站址较旧站址气温偏低、气压偏小、降水偏少、湿度偏高、风速偏大，风向符合率较低。

2)分析新、旧站址气象要素差异的原因，海拔高度差、探测环境、测站下垫面差异及城市热岛效应等是造成气象要素差异的重要原因。

3)显著性检验结果表明，新址年平均气温、年降水量、年平均相对湿度与旧址差异不显著，资料可合并使用，合并使用新旧址年平均风速需参照对比观测期的差异做相应订正。新旧址月平均气温和月降水量可合并使用。而对于风向、风速、湿度在精细化使用时需参照对比观测期的差异做相应订正。

4)由于对比观测资料时间只有1年，分析结果有一定局限性，所得结论仅供参考，将根据新址资料不断积累做进一步检验和完善。