合水站址遷移前后主要氣象要素對比分析

李仲龍，陳學君，李臘平，陸登榮

(1.甘肅省氣象信息與技術裝備保障中心,蘭州 730020；2.甘肅省氣象服務中心，蘭州 730020；3.大同市氣象局，山西大同 037010)

合水站址遷移前后主要氣象要素對比分析

李仲龍1，陳學君2，李臘平3，陸登榮1

(1.甘肅省氣象信息與技術裝備保障中心,蘭州 730020；2.甘肅省氣象服務中心，蘭州 730020；3.大同市氣象局，山西大同 037010)

對甘肅合水氣象站2013年站址遷移前后對比觀測資料中的氣溫、降水、風、相對濕度等主要氣象要素利用差值、風向相符率、顯著性檢驗等方法進行對比分析，發現合水新站的日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫低于舊站；新站4—6月降水量小于舊站，7—10月降水量大于舊站；新站平均風速大于舊站，全年風向相符率為30.5%，兩站風向差異明顯；新站1、2、12月相對濕度小于舊站,其它各月大于舊站，而新站最小相對濕度小于舊站。新、舊站溫度、相對濕度在均值和方差方面均無顯著性差異，可用新站觀測數據替代舊站使用。

氣象觀測；數據差異；對比分析；合水站

氣象臺站的遷移可能直接影響觀測記錄的比較性和連續性，是導致氣候資料序列非均一性的重要因素之一[1-2],因此遷站前后資料的對比分析對于氣象資料的正確應用具有重要意義。中國氣象局明確要求，遷站前后應做對比觀測[3]。國內已有許多文獻[4-13]對遷站前后資料進行分析，指出恰當、合適地使用遷站前后氣象資料是減少或避免資料由于城市化、非均一性等因素導致錯誤結論的必要條件之一。對合水縣氣象站氣溫、降水、風、相對濕度等主要氣候要素進行分析，并對新舊站址的氣溫、相對濕度分別進行了兩總體的均值檢驗和方差檢驗，為資料使用者提供參考。

1 站址變動情況

合水站舊址位于合水縣西華南街065號(108°00′50″E，35°48′36″N，觀測場拔海高度1 298.7 m，簡稱舊站)，2012年6月1日遷至西華池鎮嚴溝圈村附近(107°58′49″E，35°46′39″N, 觀測場拔海高度1 274.3 m，簡稱新站)，新舊站間距離為5.1 km。

1.1 舊址觀測環境

合水站(53934)為國家基本氣象站，舊站四周被不斷增加的建筑物包圍，北面為多棟四層住宅樓(整體視寬角45.0°，最高仰角12.7°)；東面兩棟六層樓房與南頭花苑小區六層住宅樓連為一體(整體視寬角75°，最高仰角12.0°)；南面為原合水煙廠生產大樓、家屬樓和水塔(整體視寬角110°，最大仰角21.5°)；西面為西華池鎮家屬樓(整體視寬角69.6°，最大仰角7.7°)。由于舊站周邊環境不符合探測環境保護標準，觀測資料逐漸失去了代表性。

1.2 新址觀測環境

合水站新站位于基本農田內，占地6 733 m2，觀測場西面是基本農田，東側100 m是公路，南側是鄉村道路，東北面是合水縣看守所，周圍無高大植物及建筑，凈空環境良好。

2 資料來源和分析方法

分析資料為2013年1—12月合水新、舊站地面對比觀測報表資料，該資料經過質量控制(氣候界限值檢查、區域極值檢查、時間一致性檢查、空間一致性檢查、內部一致性檢查)。采用差值、差值平均值、差值標準差、風向相符率、兩總體的均值檢驗(t檢驗)、兩總體的方差檢驗(F檢驗)[14]等統計方法對合水站遷站前后對比觀測資料進行了分析。

3 新、舊站主要氣候要素差值比較

3.1 氣溫

氣溫的差異可以直觀地體現出局地環境的改變。新、舊站2013年氣溫變化趨勢和分布狀況基本一致，新站年平均氣溫為10.1 ℃，較舊站偏低0.66 ℃；年最高氣溫32.3 ℃，比舊站低0.1 ℃；年最低氣溫-17.3 ℃，比舊站低1.7 ℃。年極端最高氣溫均出現在7月6日，年極端最低氣溫均出現在12月27 日。

表1為新、舊站月平均氣溫、月極端最高氣溫、月極端最低氣溫對比分析結果。月平均氣溫新站比舊站偏低0.3～1.4 ℃，其中7月兩站相差最小，12月相差最大；新、舊站月極端最高氣溫相差0.2～0.9 ℃，新站平均偏低0.4 ℃；月極端最低氣溫新站比舊站平均低1.4 ℃左右，差別最明顯出現在5月，達2.3 ℃。新、舊站月極端最高氣溫出現日期有2個月出現了不同，月極端最低溫度出現日期有3個月不同。

表1 2013年合水新、舊觀測站各月氣溫統計值 ℃

兩站日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫的相關系數分別是0.997 8、 0.998 3、0.993 2,差值標準差分別為0.287 6、0.467 1、0.533 4，這表明新、舊站氣溫序列高度相關，日最高氣溫相關性略好于日最低氣溫的。

新站年均氣溫日較差為11.56 ℃，舊站為10.96 ℃，新站明顯大于舊站；新站氣溫日較差的變化范圍在1.6～24.3 ℃之間，舊站在1.3～22.1 ℃之間；新站序列的眾數和中值分別為10.8 ℃和11.7 ℃，舊站分別為10 ℃和11.1 ℃。從圖1可知，月平均氣溫日較差新站明顯大于舊站，且二者的變化趨勢一致。兩者最接近的月份為7月，差距最大的月份為12月。新、舊站在氣溫高的月份月均氣溫日較差的差別小，氣溫低的月份月均氣溫日較差的差值大。

圖1 2013年合水新、舊兩站月均氣溫日較差變化圖

新站氣溫總體低于舊站，極端最低氣溫表現最為明顯，排除觀測誤差方面的原因，引起這種差異的主要原因可能是：合水新、舊站址相距5.1 km，舊站位于城區，人口較為密集，居民生產生活、交通運輸等排放熱量，下墊面多為瀝青、水泥，熱容量和導熱率很大，城市熱島效應較強；新站位于郊區，觀測場四周開闊，周邊為農田、植被覆蓋較好，熱容量和導熱率小，輻射冷卻更為強烈。因此，新站氣溫低于舊站、且氣溫日較差相差較大。

對合水新、舊站2013年1—12月日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫進行顯著性檢驗,在置信度為5%時均值與方差均無統計意義上的顯著性差異。

3.2 降水

降水既受大氣環流影響，也受下墊面的影響，為此，研究新、舊站降水量的變化情況具有重要的指導意義。合水舊站在2013年1—3月、11—12月沒有觀測降水，因此，這5個月不參加降水量比較。合水新、舊站4—10月降水量比較見表2。

表2 合水新、舊站2013年4—10月降水量比較

合水新、舊站日降水資料序列相關系數為0.979,小于兩站溫度序列的相關系數，其原因主要是由降水日、降水量的不同引起，這也客觀體現了降水的局地性特征。從表2中可見，兩站降水日略有差異，2013年4—10月新站降水日為74 d，而舊站只有69 d。合水新、舊站4—10月降水量變化趨勢基本一致。4—6月新站降水量少于舊站，7—10月新站的降水量多于舊站，差別最大的月份為8月，月降水量差值為57 mm。新、舊站4—10月的合計降水量分別為650.0 mm和603.0 mm，新站降水量多于舊站。

3.3 相對濕度

合水新、舊站2013年全年月均相對濕度和月均最小相對濕度對比見圖2。新站相對濕度、最小相對濕度的年均值分別為59.23%、35.17%,舊站為 58.59%和37.13%,新站相對濕度年均值大于舊站，但最小相對濕度年均值小于舊站。新站1、2、12月的相對濕度均小于舊站,其它各月均大于舊站。引起這種現象的原因是：受降水、溫度和蒸發不同的影響。然而，盡管新站降水量略多于舊站，溫度低于舊站，但最小相對濕度均小于舊站。

圖2 合水新、舊站2013年相對濕度比較

對合水新舊站2013年1—12月月均相對濕度、月均最小相對濕度進行顯著性檢驗，在置信度為5%時，均無統計意義上的顯著性差異。

3.4 風

合水新、舊站日平均風速差值gt;0、=0和lt;0的日數分別為308 d、20 d和37 d，差值的平均值為0.458 m/s，新站平均風速均大于舊站平均風速。圖3a為合水站2013年日最大風速的風向玫瑰圖。可以看到，合水新、舊站風向差異明顯，新站日最大風速的風向最多出現在NNW，NNW、SSE和E三個風向占全年的47.96%以上，舊站日最大風速的風向最多出現在NW、WNW 和 S。新站全年少于10 d的風向分別為SSW(3 d)、ENE (5 d)、 WS (5 d)、W (6 d)、WNW (8 d)，而舊站為 N (0 d)、SSE (4 d)、S (6 d)。合水新、舊站日極大風速的風向統計結果(圖3b)也表現出了基本相似的分布規律。

圖3 2013年合水新、舊站日最大風速、日極大風速風向頻率玫瑰圖

圖4a、4b分別是合水新、舊站2013年逐日四時次定時觀測風速、風向玫瑰圖。可以看出，新站最多風向出現在NNW、SSE、E三個方位，舊站最多風向出現在NW、SE、SSE三個方位。新、舊站2013年逐日四時次定時觀測風速的均值分別為2.02 m/s，1.56 m/s，新站風速略大于舊站。新、舊站02時最大風向相符率出現在3月，為48%；08、14、20時最大風向相符率均出現在6月，分別為47%、37%、50%。全年02時風向相符率為33%，08時為26%，14時為23%，20時為40%。合水新、舊站風向相符率較低，這也反映風向的局地性特征。造成風速差異的原因有風速感應器距地高度的差異、周圍障礙物的遮擋以及風速本身的局地性特征。舊站風速感應器距地高度與新站相同，因此周圍障礙物的遮擋是造成舊站風速偏小的主要原因。

4 結論與討論

(1)新站平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫均低于舊站；新站的平均氣溫日較差大于舊站，且二者在變化趨勢上相吻合。對新、舊站氣溫進行均值檢驗和方差檢驗均未發現顯著性差異。

(2)新、舊站2013年4—10月降水量變化趨勢基本一致。4—6月新站降水量小于舊站，7—10月新站降水量大于舊站。4—10月累積降水量新站大于舊站。4—10月新站降雨日略多于舊站。

圖4 2013年合水新、舊站四時次定時風向頻率/%、風速(單位：m/s)玫瑰圖

(3)新站相對濕度年平均值大于舊站，但新站最小相對濕度年平均值小于舊站。新站1、2、12月相對濕度小于舊站,其它各月大于舊站。新、舊站在均值、方差方面均無顯著性差異。

(4)新站平均風速大于舊站;全年風向相符率為30.5%，兩站風向差異明顯。

(5)新、舊站氣溫、相對濕度在統計學意義上無顯著性差異。故合水站遷址后主要氣象要素能夠代表區域的天氣氣候特征，觀測數據可以與舊站合并使用。新、舊站在風和降水觀測上的差異由局地性特征造成。

(6)新站2013年觀測數據可以替代舊站使用，其觀測數據差異可以為資料使用者提供參考。

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1006-4354(2014)06-0035-05

2014-09-02

李仲龍(1976—)，男，漢族,甘肅崇信人，碩士，工程師，主要從事氣象數據分析與處理。

國家公益性行業(氣象)科研專項項目(GYHY201206013)

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