梵凈山周邊氣象要素不同時間分辨率統計差異分析

[摘 要] 用梵凈山周邊松桃、印江、江口3站2005年至2012年的本站氣壓、氣溫、相對濕度、風向風速逐日24次與4次定時觀測資料平均值進行配對統計分析，結果表明：24次平均氣壓、平均風速與4次觀測平均值間差異不明顯，24次年、月、日平均氣溫較4次高0.1℃，24次平均相對濕度較4次低1%，風向頻率差異不顯著。在氣候分析和以氣候變暖為特征氣候變化研究以及資料的供給中， 必須考慮因不同時間分辨率統計氣溫日、月平均值所引起的統計誤差， 排除非氣候原因造成的影響。

[關鍵詞] 氣象要素 觀測頻次 統計 影響

[中圖分類號] P468 [文獻標識碼] A [文章編號] 1003-1650 （2013）08-0231-02

一、引言

氣象要素隨時間變化存在著明顯的脈動性， 觀測資料采取每小時一次的時間分辨率顯然要比小時一次的時間分辨率更完整、更準確的反映氣象要素隨時間的變化， 更具代表性[1]。

2004年前后，我省全部建立了自動氣象站，2005年已完全能獲取過去無法獲取的每日24次定時觀測的可靠資料，隨著自動化程度進一步提高，未來的基本氣象要素的統計有可能采用24次觀測或更密層次的觀測資料。

張文明[2]對洪家站1987、1988兩年的氣壓、氣溫、水汽壓、相對濕度、定時風速進行了對比分析，也有學者專門對風向風速進行過分析[3，4]。

梵凈山是知名景區，并且梵凈山對局地氣候和氣候變化有一定的影響[5]，不同時間分辨率統計的氣象要素月平均值到底有多大區別？如何消除因不同時間分辨率統計引起的觀測資料非均一性問題？對這些問題進行認真的分析是很有必要的。

二、資料與處理

1.資料

資料的初始值為梵凈山周邊松桃、印江、江口2005年1月至2012年12月各月審核后的A文件，數據為自動采集，并剔除了缺測（部分或全部）的日子，各探測項目具有8700多個日均資料成對樣本。

2.資料處理

A文件常以txt文件保存，壓、溫、濕（相對濕度）可以直接倒入EXCEL進行統計，風向風速資料通過VB程序分離后倒入EXCEL進行統計，旬、月、年均值以縱向統計為準[6]。

3.計算公式

氣壓、氣溫、相對濕度、風速平均值的比較，涉及到差值平均值的計算問題，若將Ui設為第 月4次定時觀測資料月平均值， Ai為第 月24次觀測資料月平均值， 則第 次的差值為：

年要素來源于月數據，月、旬要素值來源于日數據，以縱行作統計[3]。

風向涉及到頻率計算問題，設8年出現某風向的總次數為ni，總觀測次數為n，頻率為p，按照下式計算：

日平均氣壓、溫度、相對濕度差的問題，用 24次平均值和4 次平均值在只保留1位小數的情況下一一對應求差。即：

3.計算結果

3.1氣壓差的計算結果

24次與4次年均氣壓的差值平均值為0.03hpa，8年中有75%的年均氣壓相等，差值的最大值為0.1hpa。

月均氣壓的差值平均值為0.03hpa， 8年中有59%的月均氣壓相等，差值在-0.1～0.1hpa之間的占97%，差值的最大值為0.2hpa。

日均氣壓的差值平均值為0.03hpa，差值最大值為2.0hpa，8年中有13.2%的日均氣壓相等，且正負個數接近。因此，表1給出了不同精度范圍所占的百分比，可供對日氣壓精度要求不一的研究項目參考。

由表1可知，參照對動槽式水銀氣壓表測量誤差（±0.4hpa），79%日均值可以互相替代。參考人工站與自動站對比觀測對氣壓項目的測量要求（±0.8hpa），95%的日均值差異是在控制范圍內。

WMO要求不定因素和氣壓報告的分辨率均為0.1hpa，氣壓24次均值和4次均值可視為對月、年統計無影響。

3.2氣溫差的計算結果

年均溫的差值平均值為0.15℃，差值的最大值為0.2℃，差值為0.1℃和0.2℃的各為50%，宣稱24次年平均溫度較4次高0.1℃可達99.9%的信度。

月均溫的差值平均值為0.143℃，差值的最大值為0.4℃，宣稱24次月平均溫度較4次高0.1℃可達99.9%的信度。分月統計得知，其中8月，9月可以宣稱高0.2℃，1～3月，12月卻不能宣稱高0.1℃（低于95%信度）。

旬均溫的差值平均值為0.144，差值的最大值為0.5℃，也有極少數旬平均溫度是4次高于24次的情況，僅占2.8%，但總的來看，宣稱24次旬平均溫度較4次高0.1℃可達99.9%的信度。其中8月下旬、9月上旬、9月中旬可以通過24次較4次高0.2℃的95%信度檢驗。

日均溫的差值平均值0.14℃，其中松桃為0.108，印江為0.157℃，江口為0.164℃，差值的最大值為1.8℃。在99.9%信度內可以宣稱24次較4次高0.1℃。各差值所占比例見圖1。

3.3相對濕度差的計算結果

除2005年江口年平均相對濕度相等外，其余各年24次年平均相對濕度都較4次低1%（相對濕度用%表示）。

分月來看，沒有出現24次高于4次的情況。相等的月份占23%，24次較4次低1%以上的占77%，其中低2%以上的占16%，相差最大的低3%。

分旬統計來看，出現了24次較4次高的比例為1%，相等的占26%，24次較4次低1%以上的占73%，其中低2%以上的占22%，相差最大的低4%。

從日平均統計來看，情況要復雜一些，出現了24次較4次高的比例為21%，相差最大的是高9%；相等的占20%，24次較4次低1%以上的占59%，相差最大的低10%。各差值所占比例見圖2。

3.4風的計算結果

風向一般是以風玫瑰圖的方式進行服務，年風向頻率來自于各月出現次數，又由于各站點間風向差異明顯，進行分站統計。

從表可以看出，24和4次年度統計的結果，大部份風向頻率是相同的，松桃，12/17，印江11/17，江口12/17，最大相差2，分別是松桃的靜風和江口的N風。

從風速的情況來看，24次與4次逐日差值平均值為0.02m/s，差值最大值為1.4 m/s，月平均來看，僅松桃站7～9月偏大0.1m/s，且只有7月能通過檢驗。

三、小結與討論

本文分析了梵凈山周邊三縣壓、溫、濕、風24次平均和4次平均之間的差異，得出：

1.兩種方式得出的平均氣壓，對年、月統計影響微弱。

2.兩種方式得出的平均溫度，對年、月、旬都有影響，在氣候變化研究中特別是以氣候變暖為主要內容的研究中產生的影響不容忽視。

3.兩種方式得出的平均相對濕度總的情況是24次較4次低1%，不能通過嚴格的檢驗，而且1%的差異對氣候分析、評估以及其它方面的影響本文未涉及。

4.風向頻率的情況最大的相差2%，風速影響微弱，對產業園區選址的影響程度有待進一步研究。

5.氣象要素隨時間變化存在著明顯的脈動性， 觀測資料采取每小時一次的時間分辨率， 能夠更完整、更準確的反映氣象要素隨時間的變化， 更具代表性。從理論上講，真正的日平均應該是全日各瞬間該要素的平均值，用更密的觀測次數（如分鐘數據）可能得出的結論會更加科學，將會逐步深入研究。

參考文獻

[1]孫化南.不同時間分辨率對氣象要素月平均值統計的影響[J].應用氣象學報，2004，15（增刊）：134-140.

[2]張文明.國家基準站4次與24次氣象要素觀測比較.[J]浙江氣象科技，1990，11（01）：47-49.

[3]余輝，李紅衛，王金連，等.不同觀測頻次的風資料對大氣污染物擴散的影響分析[J].氣象與環境科學.2009，32（增刊）：177-179.

[4]石秀云， 鄭玲， 李兵.利用風的不同觀測頻率數據進行環境影響評價[J].青海科技.2010年，17（2）： 65-67頁.

[5]鐘有萍，舒國勇，晏理華。梵凈山對局地氣候的影響分析[J].貴州氣象.2011年，35（6）：25-28.

[6]中國氣象局，地面氣象觀測規范[M].北京： 氣象出版社，2003.