洛川國(guó)家基準(zhǔn)氣候站二次遷站觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比評(píng)估

蔣小莉，王凌軍，雷延鵬，李生袖

(延安市氣象局，陜西延安 716000 )

洛川國(guó)家基準(zhǔn)氣候站二次遷站觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比評(píng)估

蔣小莉，王凌軍，雷延鵬，李生袖

(延安市氣象局，陜西延安 716000 )

對(duì)洛川國(guó)家基準(zhǔn)氣候站(53942)第二次遷站后的3號(hào)站與第一次遷站后的2號(hào)站，2015—2016年氣溫、降水量、相對(duì)濕度、平均風(fēng)速等觀測(cè)資料進(jìn)行差異對(duì)比評(píng)估，并對(duì)兩次遷站前后3個(gè)站點(diǎn)的觀測(cè)資料進(jìn)行顯著性T檢驗(yàn)。結(jié)果表明：3號(hào)站與2號(hào)站平均氣溫差異不明顯，3號(hào)站最高氣溫高于2號(hào)站，最低氣溫低于2號(hào)站，相對(duì)濕度差異變化在2%左右，2分鐘平均風(fēng)速3號(hào)站小于2號(hào)站，風(fēng)向一致性較差，受地形影響明顯。遷站前后3個(gè)站點(diǎn)溫度、相對(duì)濕度資料序列可合并使用；本站氣壓、降水量?jī)H1號(hào)站(第一次遷站前的舊站)與2號(hào)站的資料序列可合并使用，但經(jīng)氣壓高度差訂正后的本站氣壓3個(gè)站點(diǎn)資料序列可合并使用；2分鐘平均風(fēng)速資料不可合并使用。3個(gè)站點(diǎn)降水量的序列分析待3號(hào)站降水量資料完善及序列增加后再行評(píng)估。

氣象站遷移；觀測(cè)數(shù)據(jù)；差異；對(duì)比評(píng)估

洛川國(guó)家基準(zhǔn)氣候站始建于1954年11月1日，到2012年12月31日站址一直未變。建站近60 a來(lái)隨著縣域經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，縣城規(guī)模的不斷擴(kuò)大，使得原本處于“郊外”的洛川國(guó)家基準(zhǔn)氣候站(以下簡(jiǎn)稱1號(hào)站)，逐漸發(fā)展為人口活動(dòng)密集的縣城中心，其周邊高大建筑物逐年增加，氣象數(shù)據(jù)逐漸失去了代表性。為了全面改觀地面觀測(cè)環(huán)境，2013年1月1日洛川國(guó)家基準(zhǔn)氣候站由洛川縣城北關(guān)遷移至洛川縣城關(guān)五隊(duì)橋西路口迎賓大道南側(cè)“郊外”(以下簡(jiǎn)稱2號(hào)站)。由于洛川縣城市規(guī)劃的重新調(diào)整，洛川國(guó)家基準(zhǔn)氣候站被迫于2015年1月1日再次由2號(hào)站遷移到洛川縣鳳棲鎮(zhèn)蘆白村西“郊外”(以下簡(jiǎn)稱3號(hào)站)。3號(hào)站從2015年1月1日開(kāi)始進(jìn)行對(duì)比觀測(cè)，已滿2年。為了掌握二次遷站前后由于地理位置、海拔高度、周邊環(huán)境變化所產(chǎn)生的氣象要素的差異，根據(jù)中國(guó)氣象局《國(guó)家級(jí)地面氣象觀測(cè)站遷建撤站暫行規(guī)定》[1]要求，1號(hào)站、2號(hào)站、3號(hào)站分別進(jìn)行相關(guān)氣象要素的對(duì)比觀測(cè)。王鵬等2015年對(duì)1號(hào)站和2號(hào)站的數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析[2]，本文僅對(duì)2號(hào)站、3號(hào)站2015—2016年氣溫、降水量、相對(duì)濕度、風(fēng)速(2分鐘)的日值、月值、年值和定時(shí)觀測(cè)2分鐘風(fēng)向等進(jìn)行對(duì)比評(píng)估。對(duì)3個(gè)站點(diǎn)月平均值和年平均值進(jìn)行資料序列的顯著性檢驗(yàn)，探討其差異，為使用氣象資料提供依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 觀測(cè)環(huán)境概況

1號(hào)站地理位置為35°49′N，109°30′E，觀測(cè)場(chǎng)海拔高度1 159.8 m，氣壓感應(yīng)部分海拔高度1 161.0 m，風(fēng)速感應(yīng)器距地高度10.1 m。1號(hào)站位于縣城重點(diǎn)發(fā)展中心，觀測(cè)場(chǎng)東面和北面為高大建筑物密集區(qū)，西面40余m處為溝壑區(qū)，溝深近百米，寬數(shù)十米，為東西走向。2號(hào)站地理位置為35°46′N，109°25′E，觀測(cè)場(chǎng)海拔高度1 155.9 m，氣壓感應(yīng)部分海拔高度1 156.9 m，風(fēng)速感應(yīng)器距地高度10.5 m。觀測(cè)場(chǎng)位于1號(hào)站的西北方，直線距離1.2 km，四周空曠，但西北方和南方為溝壑區(qū)，且距離觀測(cè)場(chǎng)僅20余m。觀測(cè)場(chǎng)海拔高度較1號(hào)站低3.9 m，氣壓感應(yīng)部分海拔高度較1號(hào)站低4.1 m。3號(hào)站地理位置為35°47′N，109°22′E，觀測(cè)場(chǎng)海拔高度1 090.0 m，氣壓感應(yīng)部分海拔高度為1 090.9 m，風(fēng)速感應(yīng)器距地高度10.5 m。觀測(cè)場(chǎng)位于2號(hào)站的西北方，直線距離4.9 km，四周空曠、平坦，觀測(cè)場(chǎng)海拔高度較1號(hào)站低69.8 m，較2號(hào)站低65.9 m；氣壓感應(yīng)部分海拔高度較1號(hào)站低70.1 m，較2號(hào)站低66.0 m。

1.2 資料和方法

利用2號(hào)站、3號(hào)站2015年1月1日—2016年12月31日氣溫(平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫)、降水量、相對(duì)濕度、平均風(fēng)速(2分鐘)的日值、月值、年值和定時(shí)觀測(cè)2分鐘風(fēng)向等資料進(jìn)行對(duì)比評(píng)估[3]。分別計(jì)算溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速的日平均差值，并統(tǒng)計(jì)月和年差值平均值及差值標(biāo)準(zhǔn)差，統(tǒng)計(jì)對(duì)比期降水量的累計(jì)相對(duì)差值、定時(shí)觀測(cè)2分鐘風(fēng)向的相符率(風(fēng)速>0.2 m/s時(shí)，才統(tǒng)計(jì)風(fēng)向相符率。兩站址風(fēng)向角度差<22.5°即認(rèn)為兩者相符)。利用T檢驗(yàn)方法對(duì)1號(hào)站1993—2012年、2號(hào)站2013—2016年、3號(hào)站2015—2016年本站氣壓、平均氣溫、降水量、平均相對(duì)濕度、平均風(fēng)速(2分鐘)的月平均值和年平均值資料序列進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2 氣象要素月(年)數(shù)據(jù)對(duì)比評(píng)估

計(jì)算3號(hào)站與2號(hào)站2015年、2016年日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫、日平均相對(duì)濕度、2分鐘日平均風(fēng)速的差值，并統(tǒng)計(jì)求取月、年差值平均值和差值標(biāo)準(zhǔn)差,見(jiàn)表1和表2。差值為正值表明3號(hào)站所測(cè)要素值高于2號(hào)站，差值標(biāo)準(zhǔn)差表明所測(cè)要素的穩(wěn)定性，數(shù)值越小說(shuō)明資料圍繞平均值的平均變化幅度越小，即穩(wěn)定性越好。

2.1 氣溫

從表1可看出，2015—2016年3號(hào)站與2號(hào)站日平均氣溫差異最小，無(wú)明顯季節(jié)變化，差值月平均為-0.4～0.2 ℃，差值年平均為0.0 ℃。日最高氣溫3號(hào)站各月均高于2號(hào)站，2015年差異為0.1～0.6 ℃，2016年為0.0～0.7 ℃，年平均差異均為0.4 ℃。日最低溫度3號(hào)站各月均低于2號(hào)站，2015年和2016年差異均為-0.1～0.9 ℃，其中2015年1月，2016年2月、5月差異最大達(dá)-0.9 ℃，年平均差異均為-0.5 ℃。由表2可看出， 2015年、2016年日平均氣溫和日最高氣溫標(biāo)準(zhǔn)差接近，日最低氣溫標(biāo)準(zhǔn)差相對(duì)較大，最低氣溫?cái)?shù)據(jù)相對(duì)不夠穩(wěn)定。

2.2 相對(duì)濕度

從表1可看出，日平均相對(duì)濕度2015年1—4月、11月3號(hào)站低于2號(hào)站，月最大差異為2%，其余月份3號(hào)站相對(duì)濕度值高于2號(hào)站，月最大差異為1%，年平均無(wú)明顯差異。2016年總體表現(xiàn)3號(hào)站相對(duì)濕度高于2號(hào)站，6月差值最大為2%，年平均差異為1%。從表2可看出，2015年、2016年相對(duì)濕度標(biāo)準(zhǔn)差變化比較平穩(wěn)，數(shù)據(jù)相對(duì)穩(wěn)定。

表1 洛川3號(hào)站與2號(hào)站各要素月(年)差值平均值

表2 洛川3號(hào)站與2號(hào)站各要素月(年)差值標(biāo)準(zhǔn)差

2.3 風(fēng)速

從表1可看出，2分鐘日平均風(fēng)速2015—2016年各月差值均為負(fù)值，表明3號(hào)站風(fēng)速小于2號(hào)站，冬春季差值較大，最大達(dá)1.1 m/s，這與2號(hào)站四周空曠，西北方和南方距離觀測(cè)場(chǎng)20余m為溝壑區(qū)有密切關(guān)系。從表2得出2分鐘日平均風(fēng)速差值標(biāo)準(zhǔn)差變化較穩(wěn)定，變化幅度平緩。

2.4 風(fēng)向

從表3可看出，3號(hào)站與2號(hào)站2015年風(fēng)向相符率為55%，相符率4月最大為64%，最小為11月，僅有38%；2016年兩站風(fēng)向相符率為63%，最大12月為70%，最小5月為55%?？梢?jiàn)3號(hào)站與2號(hào)站風(fēng)向一致性較差，也由此證明了風(fēng)向受地形影響較為明顯。

表3 洛川3號(hào)站與2號(hào)站對(duì)比期風(fēng)向相符率 %

2.5 降水量

由于3號(hào)站氣象觀測(cè)為無(wú)人值守站，降水量在1—4月、11—12月不觀測(cè)，而且在2016年5—10月降水量觀測(cè)期內(nèi)有12 d降水量缺測(cè)，2015年降水日數(shù)缺測(cè)率達(dá)37.5%，2016年達(dá)46.0%，因此降水量累計(jì)相對(duì)差值統(tǒng)計(jì)評(píng)估無(wú)意義。

3 資料序列的顯著性檢驗(yàn)

3.1 1號(hào)站與2號(hào)站資料序列顯著性檢驗(yàn)

利用T檢驗(yàn)方法[4]，對(duì)洛川1號(hào)站20 a(1993—

2012年)觀測(cè)資料的平均值和2號(hào)站4 a(2013—2016年)的平均值進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，給定顯著性水平為α=0.05，T0.05=2.074。檢驗(yàn)要素包括平均本站氣壓、平均氣溫、降水量、平均相對(duì)濕度、平均風(fēng)速的月值和年值。從表4可看出，本站氣壓、平均溫度、降水量、平均相對(duì)濕度通過(guò)了T檢驗(yàn)，但2分鐘平均風(fēng)速未通過(guò)T檢驗(yàn)，充分說(shuō)明了地形是影響風(fēng)向風(fēng)速的主要因素之一。檢驗(yàn)結(jié)果表明，1號(hào)站與2號(hào)站本站氣壓、平均溫度、降水量、平均相對(duì)濕度資料可合并使用，平均風(fēng)速資料不可合并序列使用。

表4 洛川1號(hào)站與2號(hào)站各要素T檢驗(yàn)結(jié)果

3.2 1號(hào)2號(hào)站與3號(hào)站資料序列顯著性檢驗(yàn)

同理，利用1號(hào)站、2號(hào)站22 a(1993—2014年)與3號(hào)站2 a(2015—2016年)的本站氣壓、平均溫度、平均相對(duì)濕度進(jìn)行T檢驗(yàn)。從表5得出洛川1號(hào)站、2號(hào)站與3號(hào)站平均溫度、平均相對(duì)濕度通過(guò)了α=0.05的顯著性檢驗(yàn)，但本站氣壓未能通過(guò)T檢驗(yàn)，差異顯著。檢驗(yàn)結(jié)果表明，1號(hào)站、2號(hào)站與3號(hào)站平均溫度、平均相對(duì)濕度資料可合并使用，本站氣壓資料不可合并序列使用。

表5 洛川1號(hào)站、2號(hào)站與3號(hào)站 各要素T檢驗(yàn)結(jié)果

3.3 本站氣壓高度差訂正

按照《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》[5]，站址遷移后，新舊站氣壓感應(yīng)部分的拔海高度差在1.5～100.0 m以內(nèi)時(shí)，水平距離未超過(guò)50 km，可對(duì)遷站前本站氣壓高度差進(jìn)行訂正。訂正公式為

Δp=p1(e-0.034 15Δh/t1-1)，

式中Δp為本站氣壓高度差訂正值(hPa)；p1為遷站前歷年各月平均本站氣壓(hPa)；t1為遷站前歷年各月平均溫度(K，絕對(duì)溫度)；Δh為遷站前、后氣壓感應(yīng)部分的海拔高度差。利用上述公式對(duì)氣壓高度差進(jìn)行訂正，訂正值見(jiàn)表6。按照高度差訂正后的本站氣壓資料進(jìn)行α=0.05的T檢驗(yàn)，從表6可看出差異不顯著，即經(jīng)過(guò)氣壓高度差訂正后的本站氣壓1號(hào)站、2號(hào)站、3號(hào)站的序列資料可合并使用。

4 結(jié)論

(1) 洛川3號(hào)站與2號(hào)站平均氣溫差異不明顯。最高氣溫高于2號(hào)站，年平均值高0.4 ℃。最低氣溫3號(hào)站低于2號(hào)站，年平均值低0.5 ℃。平均相對(duì)濕度差異在2%左右。2分鐘平均風(fēng)速3號(hào)站小于2號(hào)站，冬春季差異最大，達(dá)1.1 m/s。3號(hào)站與2號(hào)站風(fēng)向一致性較差，充分說(shuō)明風(fēng)向風(fēng)速受地形影響明顯。

表6 洛川1號(hào)2號(hào)站與3號(hào)站氣 壓高度差訂正值及T檢驗(yàn)值

(2) 通過(guò)顯著性水平為0.05的T檢驗(yàn)，1號(hào)站、2號(hào)站、3號(hào)站平均溫度、平均相對(duì)濕度差異不明顯，資料序列可合并使用。1號(hào)站、2號(hào)站本站氣壓、降水量資料可合并使用。經(jīng)氣壓高度差訂正后1號(hào)站、2號(hào)站、3號(hào)站本站氣壓資料序列可合并使用。

(3)2分鐘平均風(fēng)速1號(hào)站、2號(hào)站資料不可合并使用。2號(hào)站與3號(hào)站的風(fēng)速資料有待3號(hào)站風(fēng)速資料的序列增加另行分析。

(4)降水量資料有待3號(hào)站資料的完善及序列增加再行進(jìn)行評(píng)估。

[1] 中國(guó)氣象局.國(guó)家級(jí)地面氣象觀測(cè)站遷建撤暫行規(guī)定[Z].北京：中國(guó)氣象局，2012：38-45.

[2] 王鵬，高志斌，郭小莉.洛川國(guó)家基準(zhǔn)氣候站遷站數(shù)據(jù)對(duì)比分析[J].陜西氣象，2015(3)：41-44.

[3] 蔣小莉，王凌軍，薛江.延安國(guó)家基本氣象站遷站對(duì)比觀測(cè)數(shù)據(jù)分析[J].陜西氣象，2015(1)：30-33.

[4] 王樹(shù)廷，王伯民.氣象資料的整理和統(tǒng)計(jì)方法[M].北京：氣象出版社，1984：2-130.

[5] 中國(guó)氣象局.地面氣象觀測(cè)規(guī)范[M].北京：氣象出版社，2003：115-120.

1006-4354(2017)04-0030-05

2017-02-17

蔣小莉(1962—)，女，陜西合陽(yáng)人，高級(jí)工程師，從事人工影響天氣工作。

P416.2

A

蔣小莉，王凌軍，雷延鵬，等.洛川國(guó)家基準(zhǔn)氣候站二次遷站觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比評(píng)估[J].陜西氣象，2017(4)：30-34.