台儿庄国家气象观测站迁站观测资料对比分析

崔云鹏，蔡 飞，李 冰，王 超

（1.山东省枣庄市峄城区气象局，山东 枣庄 277300；2.山东省枣庄市台儿庄区气象局，山东 枣庄 277400）

地面气象观测工作是研究气候变化和大气科学发展规律的基础，因此气象观测站点所观测到的数据不仅要能反映出该站的气象要素，还要能反映出观测站周围一定范围内的气象要素变化规律和状态。枣庄市台儿庄区地势南部高，中部偏低，且自西向东渐低，整体呈倾斜状，西南部为连绵起伏的低山丘陵，北部为平原，适宜各种农作物生长。台儿庄区夏季雨水偏多，容易发生洪涝灾害。对台儿庄国家气象观测站迁站资料的对比分析，有利于更好地开展台儿庄地区天气预报预警工作，开展气候预测评估及做好各类气象服务工作，气象观测到的数据资料是科学研究的基础，同时还有助于推动气象工作科学发展。

台儿庄国家气象观测站始建于1980 年，属于国家一般气象站，近些年城市化发展迅速，台儿庄区气象局旧址被政府纳入规划、开发项目，旧址建筑林立，对现址观测环境造成严重破坏，探测环境很难达到观测规范的基本要求，已不符合《地面气象观测规范》和《气象设施和气象探测环境保护条律》要求[1]，气象台站被迫迁移。自2021 年1 月起将气象观测站搬迁至台儿庄区马兰屯镇刘湖村北，地理坐标为（117°43′E、34°36′N），位于旧址西北方向。新址观测场周围探测环境良好，四周为耕地，另外，拟迁新址及周边不在城区建设发展规划内，气象探测环境不会受到城市建设发展的影响，周围环境能够长时间保持稳定[2]。由于气象观测站搬迁，新旧站址地理位置不同，使用仪器发生改变，所处的探测环境不同，可能导致新旧站址局地气候存在差异。本文利用2020 年台儿庄新旧站址观测到的对比资料进行分析，对因探测环境改变而引起气象要素差异的主要原因进行剖析，以掌握新迁站址对各气象要素产生的影响，为新站气象资料连续使用提供参考依据。

1 数据资料与分析方法

新旧站址直线距离约3 330 m，新址海拔高度比旧址高1.7 m；新址土地下垫面与旧址下垫面一致，均为平原地形，新址周围空旷无高大建筑物，旧址位于城市中心。本文主要对2020 年全年台儿庄国家气象观测站新旧站址平行观测到的气压、气温、相对湿度、风向、风速和降水气象资料运用差值分析法和显著性检验法等方法进行分析。

2 观测资料方法分析

2.1 差值分析法

通过公式计算对平行观测到的每日平均气温、最高气温、最低气温、平均气压、相对湿度和平均风速资料进行差值分析，得出各要素月差值平均值，计算结果见表1。

新旧站址观测数据的差值标准差σ 为：

式（1）中，xi=Ui-Ai,Ui为新址相应时间观测到的气象要素的值，Ai为相应时间旧址观测到的气象要素值，为气象要素的差值平均值。差值的标准差是计算一组数据平均值分散程度的一种度量，一个较大的差值标准差代表这组数据和其平均值之前存在的差异较大，一个较小的差值标准差代表这组数据和其平均值更为接近。通过式（1）计算得出新旧站址各要素月差值标准差（表2）。

2.1.1 气温 表1、表2 列出新旧站址观测要素数据月差值平均值和月差值标准差计算结果，从表1差值平均值可以看出，台儿庄国家气象观测站新址全年平均气温略低于旧址，年平均气温差值为-0.8 ℃，其中3 月、12 月平均气温相差较大，新址气温比旧址低1.1 ℃；除6 月、9 月外新址最高气温均低于旧址，最高气温差值在0.0～0.5 ℃，6 月新址最高气温比旧址高0.1 ℃，9 月新旧两址最高气温相等；新址最低气温低于旧址，最低气温差值为0.7～2.1 ℃,7 月、8 月最低气温差值最小。从表2可以看出平均气温的差值标准差比较集中，差值标准差为0.1～0.4 ℃，最大平均气温差值标准差出现在9 月、11 月、12 月，为0.4 ℃；最高气温的差值标准差为0～1.0 ℃，10 月、12 月最高气温差值标准差为1.0 ℃，4 月、9 月差值标准差为0 ℃；最低气温的差值标准差集中在0.2～0.7 ℃，3 月、5 月最低气温差值标准差为0.7℃。

表1 新旧站址各要素月差值平均值

表2 新旧站址各要素月差值标准差

新站址地处平原地形，周围为基本农田，空旷无高大建筑物，四周植被覆盖较好，地表辐射相对减少[3]，且新站址较老站空气流通性大，所以新址气温较旧址偏低，夏季温度越高时新旧两站温度差越大，冬季气温越低时新旧两站温度差越小。从对气温的三要素数据分析中可以看出新旧两站气温总体差值较小，气温数据变化具有良好的一致性。

2.1.2 气压 从表1 可以看出，新旧两址气压数据平均差值为0.3～0.4 hPa，冬季气压差值略大于夏季气压差值，从表2 可以看出气压的差值标准差主要集中在0～0.1 hPa，气压数据相对比较稳定且冬季温度越低气压差值越大，夏季温度越高气压差值越小。新站海拔高度比旧站高1.7 m，利用拉普拉斯简化后的气压公式来计算两站气压差△p=-△h/8，计算结果为-0.2 hPa。新旧两址气压差值出现的原因是由观测站海拔高度的变化而引起，气压受其他因素的影响较小，新旧两站气压变化值较小且新址气压较为稳定，气压数据具有较好的连续性。

2.1.3 相对湿度 如表1 所示，新站相对湿度比旧站略为偏高，数据普遍偏高1%～6%。如表2 所示相对湿度差值标准差集中在0～2.1%，4 月相对湿度差值标准差为0，最大相对湿度差值标准差为2.1%，出现在9 月、11 月，新旧站址相对湿度差值偏离平均情况并不明显。造成相对湿度出现偏差的主要原因为台儿庄地区属暖温带亚湿润区，夏季高温多雨、蒸发快，新观测站周边为基本农田被植被覆盖，植物的呼吸、蒸腾作用让空气中相对湿度增加，所以新址夏季相对湿度比旧址高且相对湿度的差值小于冬季，新旧两址相对湿度观测值整体变化趋势基本一致，资料具有连续可用性。

2.1.4 降水 本文通过降水量累计相对差值法对台儿庄国家气象观测站新旧站址降水进行分析[3]，计算公式：

式（2）中，xi=Ui-Ai，Ui为新观测站第i次降水监测到的降水量，Ai为相同时间段内旧观测站监测到的降水量，计算得出数据见表3。

表3 新旧站址月降水量差值和累计相对差

如表3 所示，6—9 月新旧站址降水差异较大，其余月份差异较小。8 月新址降水量累计值多于旧址，其余月份新址降水量累计值比旧址少；夏季受强对流天气影响，新旧两址降水量的值相差比较明显，最多月份为8 月，新址降水比旧址多62.7 mm，相对差值为42.5%，最少月份为11 月，新址降水比旧址少0.3 mm，累计相对差为0.6%。降水量累计相对差最大的月份为9 月，新址降水比旧址少22.1 mm，最小月份为11 月。2020 年台儿庄国家气象观测站新址年降水量为1 053.3 mm，比旧址少62.9 mm，年降水量累计相对差为5.6%。

降水存在差异的主要原因为新站址地处平原，四周空旷，旧站址周围建筑林立，降水时受风影响较小。台儿庄区夏半年多对流性副高边缘降水，局地性较强，造成新旧两址不同地区降水差距较大，春冬季节受西风带天气系统影响，产生大范围的降水，且新旧站址直线距离约3 330 m，距离较近，对降水影响较小。

2.1.5 风向、风速 统计台儿庄国家气象观测站2020 年新旧站址全年风向、风速资料及各个风向出现的频率，绘制两站的风向玫瑰图（图1）进行对比分析。由表1 可以看出，台儿庄国家气象观测站新址平均风速比旧址普遍比旧址高，范围为0.1～0.4 m/s，由表2 可得，风速的月差值标准差集中在0.1～0.3 m/s，平均风速最大的月差值为0.4 m/s，出现在12 月。如图1 所示，新旧站址主导风向均为NE，新站相比旧站NNW～N、NE～ENE 方向风向频率相对增加，但整体方向一致，主导方向均为NE，新旧两址风向、风速具有一致性。

图1 风向玫瑰图

造成新旧站址风向出现差异的原因是新旧站址所处四周障碍物的不同，新址地处平原地区周围没有遮挡物，探测环境好，所以风速偏大；旧址位于城市中心，周围建筑物较密，因此风速减弱。

2.2 显著性检验法

对照台儿庄国家气象观测站2020 年观测要素的月平均资料，利用显著性检验法查看新站址各要素观测数据是否与历年值存在显著性差异[4]。用旧站和新站所观测到的气象要素的均值2 个样本总量，显著性检验公式：

3 结束语

通过对台儿庄国家气象观测站新旧两站气象资料对比分析，发现台儿庄国家气象观测站台站搬迁受仪器变更、探测环境变化影响，但新旧两站址气温、气压、相对湿度、风向、风速、降水等要素具有良好的一致性，且新址较旧址设备稳定性更好。新站址风速较老站址大，是由于探测环境变化造成的，旧观测站四周存在遮挡物是影响风向、风速的主要原因[5]。夏季受局地小气候天气影响，两站址降水量存在一定差异。台儿庄国家气象观测站新站址观测资料可用性符合气象业务规定，能满足气象业务工作需求，观测站站址迁移不会对国家、区域以及本区气候评估业务、气候预测业务、天气预报等造成太大影响。