區(qū)域自動站垂直氣溫變化對比

吳磊 徐輝 徐園

摘 要：目前，我國地面氣象觀測以國家站觀測作為主體、區(qū)域站作為補(bǔ)充，由于區(qū)域自動站經(jīng)常搬遷，地理環(huán)境和下墊面會發(fā)生變更，而環(huán)境變化會影響區(qū)域自動站氣溫觀測，影響地面氣象觀測的代表性、準(zhǔn)確性和比較性。本文通過對比景德鎮(zhèn)市四個有代表性的區(qū)域自動站氣溫?cái)?shù)據(jù)，探討不同環(huán)境的地面與樓頂氣溫變化。

關(guān)鍵詞：氣象;區(qū)域自動站;氣溫;下墊面

中圖分類號：P415.12文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2020）29-0152-03

Abstract： At present， China's ground meteorological observations are mainly based on observations at national stations and supplemented by regional stations， due to frequent relocation of regional automatic stations， the geographical environment and underlying surface will change， but， environmental changes will affect regional automatic station temperature observations， and affect the representativeness， accuracy and comparison of ground meteorological observations. This paper compared the temperature data of four representative regional automatic stations in Jingdezhen City， and explored the changes of ground and roof temperature in different environments.

Keywords： meteorology;regional automatic station;temperature;underlying surface

地面氣溫一般指距地面1.25～2.00 m處的大氣溫度。測量時，為了降低太陽輻射對觀測值的影響，測溫儀器必須放在百葉箱或防輻射罩內(nèi)，并且要保證測量元件有良好的通風(fēng)條件。通常，在進(jìn)行氣溫觀測時，人們均按照《地面氣象觀測規(guī)范》（第一版）的要求，將儀器安裝在下墊面為草地的標(biāo)準(zhǔn)觀測場百葉箱內(nèi)。氣象當(dāng)中的地面氣溫就是指高地面約1.5 m處百葉箱中的溫度。

2005年以來，景德鎮(zhèn)市氣象局分批在全市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)安裝了區(qū)域自動站（以下簡稱自動站），這些自動站大多數(shù)安裝在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府辦公樓的樓面上，下墊面為鋼筋草地材料的樓頂。2012年底，景德鎮(zhèn)市氣象局按照《地面氣象觀測規(guī)范》（第一版）的要求，在6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)新增安裝了6套六要素自動站，且下墊面為自然草地。本文挑選其中4個有代表性的自動站，如表1所示，形成了在同一地點(diǎn)從地面到樓面的氣溫垂直觀測系統(tǒng)。本文試圖通過這2組自動站的同步垂直氣溫觀測數(shù)據(jù)，對氣溫進(jìn)行垂直性比較，探討地面站與樓面站不同下墊面氣溫的變化形態(tài)和二者差異。

1 資料來源

1.1 資料的選取

華云公司中心站軟件CawsAnyWhereServer2010憑借Z文件收集功能[1]，可以收集文件名為Z_O_AWS_ST_C5_

IIiii_YYYYMMDDHHmmSS.txt格式和Z_SURF_I_IIiii-EG_YYYYMMDDHHmmSS_O_AWS_FTM[-CCx].txt格式的Z文件。在指定的Z文件收集文件下，CawsAnyWhereSever2010收集以上兩種Z文件，然后刪除該文件夾下對應(yīng)的Z文件，在指定的Z文件生成文件下，生成Z_SURF_

I_IIiii-REG_YYYYMMDDHHmmSS_O_AWS_F-TM[-CCx].txt格式的Z文件[2]。

將分好組后的四個自動站J3023、J3054、J3020和J3048生成Z_SURF_I_IIiii-REG_YYYYMMDDHHmm-SS_O_AWS_FTM[-CCx].txt。該文件每日有24個時次[3]。

1.2 對比的時段和時次選擇

考慮到氣象觀測的代表性、準(zhǔn)確性和比較性原則，選取的時間段為一年整，挑選出數(shù)據(jù)缺測率低、數(shù)據(jù)覆蓋全年12個月的年份。經(jīng)過挑選和對比，2014年1月1日至2014年12月31日為最佳選擇。

2 資料分組及含義

四個有代表性的自動站分組如表2所示。根據(jù)Z文件，分別計(jì)算出江村站、誥峰站、月亮湖站和山田水庫站的月平均氣溫、月最高氣溫平均值、月最低氣溫平均值，如表3所示。

3 數(shù)據(jù)對比方法

3.1 同一地理位置、不同下墊面氣溫的比較

[ΔT=T-T′]表示同一地點(diǎn)草地下墊面和水泥下墊面的氣溫差值。[ΔmaxT=maxT-maxT′]和[ΔminT=minT-][minT′]分別表示同一地點(diǎn)不同下墊面（草地和樓頂）最高最低氣溫的差值。

下面對兩站氣溫特征進(jìn)行對比分析。就21：00至次日20：00各小時氣溫變化形態(tài)來說，其變化規(guī)律為21：00到早晨日出前地面站的氣溫比樓面站的氣溫低，日出后至下午地面站的氣溫比樓面站的氣溫高，最高可達(dá)7.9 ℃，下午隨著太陽高度角的下降，地面站的氣溫又變得比樓面站的氣溫低，最低可達(dá)-7.3 ℃[4]。

從地面站與樓面站日最高、最低氣溫變化形態(tài)看，其變化為地面站與樓面站基本保持著平行的形態(tài)，地面站與樓面站日最高氣溫最大正差異值為2.5 ℃，最大負(fù)差異值為-3.6 ℃。地面站與樓面站日最低氣溫最大正差異值為3.2 ℃，最大負(fù)差異值為-2.6 ℃。

樓面氣溫變化一般都滯后于地面氣溫變化。可見，日最高氣溫多數(shù)時間表現(xiàn)為地面站比樓面站的高，而日最低氣溫多數(shù)時間則表現(xiàn)為地面站比樓面站的低。

表3給出了2014年同一地理位置、不同下墊面氣溫的差值比較。文中定義3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季，12月至次年2月為冬季[5]。

分析發(fā)現(xiàn)，丘陵山地環(huán)境的草地氣溫明顯比樓頂下墊面氣溫偏低，平均偏低1.67 ℃;丘陵山地環(huán)境的最高溫度呈現(xiàn)季節(jié)性變化，春、秋、冬三季草地下墊面氣溫高于水泥下墊面氣溫，夏季草地下墊面氣溫低于樓頂氣溫;最低溫度變化方面，草地下墊面氣溫比樓頂下墊面氣溫偏低，但有個別月份例外;靠近大型水體環(huán)境的草地下墊面氣溫比草地下墊面氣溫偏高，但偏高不明顯，平均偏高0.05 ℃;靠近大型水體環(huán)境的最高溫度呈現(xiàn)草地下墊面氣溫明顯比草地下墊面氣溫偏低的特征;最低溫度變化方面，春、秋、冬三季草地下墊面氣溫比樓頂下墊面氣溫偏高，春季草地下墊面氣溫比樓頂下墊面氣溫偏高。

3.2 不同地理環(huán)境位置、相同下墊面氣溫的比較

表4給出了2014年不同地理位置，相同下墊面氣溫的比較。

[T1-2=T1-T2]和[T1-2′=T1′-T2′]為一組氣溫相關(guān)性曲線，表示兩個不同地理環(huán)境的氣溫變化程度，比較[T1-2]和[T1-2′]的變化曲線可知，其能直觀地反映不同地理環(huán)境氣溫的關(guān)聯(lián)。

[maxT1-2=maxT1-maxT2]和[maxT1′-T2′=maxT1′-][maxT2′]表示最高氣溫平均值相關(guān)性變化曲線。

[minT1-2=minT1-minT2]和[minT1′-T2′=minT1′-][minT2′]表示最低氣溫平均值相關(guān)性變化曲線。

分析發(fā)現(xiàn)，丘陵山地的差異性大于靠近大型水體環(huán)境的差異;丘陵山地和靠近大型水體環(huán)境的最高溫度差異變化無明顯規(guī)律;丘陵山地最低氣溫變化大于靠近水體最低氣溫環(huán)境的差異[6]。

4 結(jié)論

本文利用景德鎮(zhèn)市四個有代表性區(qū)域自動站2014年逐月平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫資料，采用對比分析方法，研究了區(qū)域自動站不同環(huán)境和不同下墊面的年變化趨勢及其影響要素。研究表明，同為丘陵山地環(huán)境時，從月平均氣溫來看，草地比樓頂明顯偏低;同為靠近大型水體的環(huán)境時，從月平均氣溫來看，草地比樓頂略微偏高;丘陵山地的草地和水泥月平均氣溫差值變化更加劇烈，靠近大型水體的草地和水泥氣溫差值變化更為緩和，月平均最高氣溫和月平均最低同樣呈現(xiàn)較好的相關(guān)性;相同地理位置的月平均最高氣溫、月平均最低氣溫?zé)o規(guī)律。

總體來說，環(huán)境對氣溫變化有影響，水泥地面對溫度變化較為敏感，草地對氣溫變化較為緩和，丘陵山地的氣溫變化較為明顯，靠近大型水體的氣溫變化較為緩和。研究結(jié)果可以提升區(qū)域氣象站選址的代表性和比較性，為是否保留樓頂現(xiàn)有的區(qū)域氣象站提供決策依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

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[6]吳楠，鄒海波，占龍飛.鄱陽湖地區(qū)夏季氣溫日變化特征及其成因[J].氣象與減災(zāi)研究，2019（4）：270-276.