嶧城國家氣象觀測站遷站觀測資料對比分析

崔云鵬，李 冰，劉 騰

(1.棗莊嶧城區氣象局，棗莊 277300；2.棗莊臺兒莊區氣象局，棗莊 277400)

0 引言

嶧城國家氣象觀測站屬于國家一般氣象站，始建于1977年，城市發展帶來的建筑物林立，使探測環境遭受破壞，周圍的環境已不符合觀測規范的基本要求，氣象臺站被迫遷移。自2019年1月起將氣象觀測站搬遷至嶧城區中華石榴博覽園內，經度117°28′31″E，緯度34°46′15″N，位于舊址正西方向。新址觀測場周圍探測環境良好且周邊不在城區建設發展規劃內，能夠長時間保持氣象探測環境穩定。由于新舊站址所處的地理環境不同，可能導致新舊站址局地氣候存在差異。文章通過對2018年對比資料進行分析，以掌握遷站對各氣象要素的影響，為新站氣象資料的連續使用提供參考依據[1-3]。

1 數據資料與分析方法

新舊站址直線距離約10，600 m，新址海拔高度比舊址偏高35.1 m，土地下墊面與舊址一致，新址為丘陵地形，周圍空曠，無高大建筑物，舊址為平原地形，位于城市中心。文章主要對2018年1-12月新舊站址平行觀測到的氣溫、氣壓、相對濕度、降水和風向、風速等資料通過差值分析法和顯著性檢驗法等方法進行分析[4-6]。

2 觀測資料方法分析

2.1 差值分析法

利用公式對平行觀測到的日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫、日平均氣壓、日相對濕度和日平均風速資料進行差值計算，得出各要素月差值平均值。

差值的標準差是計算1組數據平均值分散程度的一種度量，1個較大的差值標準差值代表這組數據和其平均值之間存在的差異較大，1個較小的差值標準差值代表這組數據和其平均值更為接近。新舊站址觀測數據的差值標準差σ為：

(1)

2.1.1 氣溫

根據新舊站址觀測數據的月差值平均值和月差值標準差計算結果可以看出嶧城國家氣象觀測站新址平均氣溫在2月、10月、11月、12月高于舊址，3月新舊兩址平均氣溫相同，其余月份新址平均氣溫低于舊址，平均氣溫差值在0～0.7 ℃，其中5-8月平均氣溫相差較大；新址最高氣溫均低于舊址(除4月)，最高氣溫差值在0.1～0.9 ℃，5-10月最高氣溫相差較大；4-9月新址最低氣溫低于舊址，其余月份最低氣溫均高于舊址，最低氣溫差值在0.1～0.6 ℃。平均氣溫的差值標準差比較集中，其中92%的差值標準差在0.1～0.3 ℃，最大的平均氣溫差值標準差出現在12月，為0.6 ℃；最高氣溫的差值標準差83%集中在0.1～0.8 ℃，10月、12月最高氣溫差值標準差為1 ℃；最低氣溫的差值標準差92%集中在0.2～0.4 ℃，12月最低氣溫差值標準差為0.6 ℃。

新站地處丘陵地形，周圍空曠無高大建筑物，四周種植農作物，周邊植被覆蓋較好，地表輻射相對較少，較舊站空氣流通性大，所以夏季氣溫比舊站低，且夏季溫度越高時新舊站址溫度差越大，冬季氣溫越低時新舊站址溫度差越小。從氣溫的3要素數據可以看出新舊兩站氣溫總體差值較小，兩站氣溫數據變化具有良好的一致性。

2.1.2 氣壓

新舊兩址氣壓數據平均差值在4.2～4.7 hPa，其中冬季氣壓差值略大于夏季氣壓差值；氣壓的差值標準差主要集中在0～0.1 hPa，氣壓數據相對比較穩定且夏季溫度越高氣壓差越小，冬季溫度越低氣壓差越大。新站海拔高度比舊站偏高35.1 m，由拉普拉斯簡化氣壓公式計算兩站氣壓差Δp=-Δh/8，計算結果為4.4 hPa。可見新舊兩址氣壓差值出現的原因是由觀測站海拔高度的變化而引起的，其他因素對氣壓的影響較小。

2.1.3 相對濕度

4-8月新站相對濕度比舊站偏高0%～2%，其余月份新站相對濕度比舊站偏低略為明顯，數據偏低1%～6%。相對濕度差值標準差92%集中在1.0%～2.6%，12月相對濕度差值標準差為3.6%，看出新舊站址相對濕度差值偏離平均情況并不明顯。嶧城區夏季多雨，溫度高，蒸發快，新站周邊植被覆蓋率高，植物的呼吸、蒸騰作用使空氣中相對濕度增加，所以新址夏季相對濕度比舊址偏高且相對濕度的差值小于冬季，新舊兩址相對濕度觀測值整體變化趨勢基本一致，資料具有可連續性。

2.1.4 降水

運用降水量累計相對差值法對嶧城國家氣象觀測站新舊站址降水進行分析，計算公式為：

(2)

式中，xi=Ui-Ai，Ui為新站第i次觀測到的降水量的值，Ai為相應時間內舊站觀測到的降水量的值，計算得出數據如表1所示。

如表1所示，1月、3月、4月、9月新址降水量累計值多于舊址，其余月份新址降水量累計值少于舊址，夏季新舊兩址降水量的值相差較多，最多月份為7月，新址降水比舊址少54.2 mm，相對差值為-31.4 %。降水量累計相對差值最大的月份為10月，新址降水比舊址少4.2 mm。2018年嶧城國家氣象觀測站新址年降水量為784.8 mm，比舊址偏少77.8 mm，年降水量累計相對差值為10%。

表1 新舊站址月降水量差值和累計相對差

降水存在差異的主要原因為新站址地處丘陵地形，北部為山地，舊站址地處平原地帶且新舊站址直線距離約10，600 mm。嶧城區夏半年多對流性副高邊緣降水，局地性較強，造成新舊兩址不同地區降水差距較大，春冬季節受西風帶天氣系統影響產生大范圍的降水，所以新站北部山地對降水產生一定影響。

2.1.5 風向、風速

通過統計2018年新舊站址全年風向、風速資料及各個風向出現的頻率作出兩站的風向玫瑰圖進行對比分析，嶧城國家氣象觀測站新址平均風速普遍比舊址偏高0.4～1.0 m/s，其中83%的月份風速偏高在0.7～1.0 m/s；風速的月差值標準差有83%集中在0.1～0.2 m/s，平均風速最大的月差值標準差為0.5 m/s，出現在8月。如圖1所示，新舊站址主導風向均為E，新站相比舊站N—NNE方向風向頻率有所下降，SW—NW方向風向頻率相對增加，但整體方向一致，新舊兩址風向、風速具有一致性。

圖1 風向玫瑰圖

造成新舊站址風要素出現差異的原因是新舊站址所處的海拔高度和地形不同，新址地處丘陵地區，北部為山地，四周空曠，所以風向偏大，新站北部風向偏小，舊址位于城市中心，周圍的建筑物造成了風速減弱。

2.2 顯著性檢驗法

利用顯著性檢驗法查看新站址各要素觀測數據，并對照嶧城國家氣象觀測站2018年觀測要素的月平均資料檢驗數據是否存在顯著性差異。顯著性檢驗公式為：

(3)

3 結束語

文章對嶧城國家氣象觀測站搬遷前后兩站氣象資料進行了對比分析，發現雖然臺站搬遷受儀器變更、海拔高度、探測環境變化影響，但兩站址氣溫、氣壓、相對濕度、風向、風速、降水等要素具有良好的一致性。新站址風速較老站址偏大，是由于探測環境變好造成的，觀測站周邊是否存在遮擋物是影響風向、風速大小的主要原因，受局地小氣候影響降水量存在一定差異但差異性不大。新站址觀測資料可用性符合氣象業務規定，能滿足氣象業務工作需求。