玉屏新舊站址氣象要素對比分析

胡 蓉，楊長登，鄧 岑

(貴州省玉屏侗族自治縣氣象局，貴州 玉屏 554000)

玉屏新舊站址氣象要素對比分析

胡 蓉，楊長登，鄧 岑

(貴州省玉屏侗族自治縣氣象局，貴州 玉屏 554000)

對玉屏縣2012年各月新站與舊站址的氣壓、氣溫、地溫、相對濕度、降水及風(fēng)等氣象要素差值進(jìn)行分析，結(jié)果表明：新址的氣溫、氣壓、相對濕度低于舊址，對比誤差變化具有很好的一致性，且變化差異較小；新址的風(fēng)速大于舊址，靜風(fēng)頻率明顯比舊址偏少；新址年最多風(fēng)向與舊址2000年以前多年平均值基本一致；新、舊站址地面溫度各月差值對比差異較大，且一致性變化規(guī)律不明顯，尤其在高溫季和低溫季，地面溫度反差很明顯，這主要是新站的周邊環(huán)境及下墊面與舊站不同等原因所引起，需要連續(xù)觀測訂正。

氣壓；氣溫；相對濕度；降水；風(fēng)；地面溫度；新站與舊站；對比分析

1 引言

臺(tái)站搬遷需要進(jìn)行對比觀測[1]，近年來，我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程明顯加快，搬遷臺(tái)站越來越多，研究對比臺(tái)站搬遷前后所取資料的差異的文章不在少數(shù)[2-4]，雖然如此，地理因素，地形因素直接影響統(tǒng)計(jì)結(jié)果。因此仍然有必要對玉屏站2012年搬遷前后的資料進(jìn)行對比分析，給出相應(yīng)修正值，為玉屏站氣象服務(wù)觀測資料的訂正及延續(xù)應(yīng)用提供借鑒依據(jù)。

2 觀測儀器及使用軟件介紹

新、舊站觀測儀器均為江蘇無線電科學(xué)研究所有限責(zé)任公司提供的ZQZ-Ⅱ型7要素自動(dòng)氣象觀測站，統(tǒng)一使用《OSSMO 2004》4.0.3版本，自動(dòng)站對比觀測時(shí)間2012年1月1日—2012年12月31日。

3 新站與舊站觀測環(huán)境對比分析

舊站位于玉屏縣城市中心，地理位置27°14′N，108°53′E，觀測場海撥高度376 m。2000年后該站所在片區(qū)已納入了縣城鎮(zhèn)整體規(guī)劃開發(fā)。到2010年舊站觀測場四周50～100 m范圍被成排高層建筑樓圍繞，舊站址周圍觀測環(huán)境已嚴(yán)重被破壞，觀測環(huán)境已不符合《地面氣象觀測規(guī)范》要求。圖1為舊站址地平圈遮蔽和人為障礙物仰角圖，從圖1中很清楚的看到觀測場四周人為障礙物對測站環(huán)境造成嚴(yán)重影響。

圖1 舊站址地平圈遮蔽和人為障礙物仰角圖

新站位于縣城城西邊緣，地理位置27°14′N，108°55′E，觀測場海撥高度394.8 m，距離舊站正西2 400 m，測站北、西、南面為低于觀測站的商住樓，東面70 m處為氣象局業(yè)務(wù)樓，其后200 m以遠(yuǎn)處為限高修建的商住樓，觀測場距離公路、鐵路、河流均在《氣象設(shè)施和氣象探測環(huán)境保護(hù)條例》規(guī)定的距離之外，觀測場半徑5 000 m內(nèi)無輻射源，新觀測場四周建筑物是在強(qiáng)制規(guī)劃下修建的，滿足《地面氣象觀測規(guī)范》和《氣象設(shè)施和氣象探測環(huán)境保護(hù)條例》對氣象探測環(huán)境的要求。由圖2新站觀測場中心距地1.5 m高度處四周障礙物仰角圖中可以看到，新站址在測站東南方向上受山坡自然障礙影響較大以外，基本上無人為障礙物影響。

圖2 新站地平圈遮敝和人為障礙物仰角圖

4 新站和舊站各氣象要素的差異分析

4.1 氣壓差異分析

氣壓是作用在單位面積上的大氣壓強(qiáng)或壓力，氣壓的變化一定程度上可以反映大氣的密度變化，它與水汽含量、風(fēng)速、對流強(qiáng)度等密切相關(guān)。從表1新、舊站資料對比中看到，各月平均氣壓、極端最高、最低氣壓數(shù)值對比，新站低于舊站，數(shù)據(jù)在-1.0～-2.1 hPa 之間。其中各月的月平均氣壓實(shí)測差值是-1.5～-2.0 hPa；各月的極端最高氣壓實(shí)測差值是-1.6～-2.1 hPa；各月的極端最低氣壓實(shí)測差值是-1.5～-1.9 hPa。差值較穩(wěn)定，波動(dòng)幅度小，夏半年差值小于冬半年，氣壓極值出現(xiàn)日期也完全相同。產(chǎn)生差異的原因主要是撥海高度不同，由于新站址氣壓傳感器海拔高度比舊站址高16.9 m，在近地層中，按氣壓隨海拔高度的變化可以根據(jù)拉普拉斯氣壓高度差簡化訂正公式△P=-△H/8來計(jì)算，計(jì)算結(jié)果為△P=-2.1 hPa，接近實(shí)際觀測最大差值，說明引起氣壓變化差異的因素主要是撥海高度。夏季差異小于冬季的原因是受溫度影響，新、舊兩站的月平均氣溫差值夏季偏差大于冬季，在夏季由于舊站氣溫偏高于新站，使得空氣密度減小，氣壓相應(yīng)也會(huì)降低。

表1 2012年玉屏新舊站址氣壓觀測資料比較 (單位：hPa)

4.2 氣溫差異分析

氣溫是表示空氣冷熱程度的物理量。是決定兩個(gè)物體之間凈熱流方向的條件，是重要的氣象要素之一，表2給出了新、舊站址各月平均溫度和極端溫度差值情況。

從表2看出：新站與舊站的月平均溫度偏差幅度在-0.2～-0.7℃之間，其中12月—次年2月差值為-0.2℃，3—5月差值為-0.4～-0.5℃，6—8月差值-0.6～-0.7℃，9—11月差值為-0.3℃，新、舊兩站的月平均氣溫差值比較結(jié)果表明，在春、夏季節(jié)偏差較大，秋、冬偏差較小，具有氣溫升高差值偏大的特點(diǎn)。對比分析全年極端最高、最低氣溫，新、舊兩站極值大都出現(xiàn)在同一天，溫度極值新站比舊站都低，也體現(xiàn)出了它們的時(shí)間的一致性和規(guī)律性。但氣溫極值差值變化大，新、舊站址各月極端最高氣溫差值在0.5～-1.3℃，各月極端最低氣溫差值在-0.2～-1.3℃。由此可見，從氣溫的整體對比分析來看，新站和舊站的差異較明顯。分析產(chǎn)生溫度差異的原因主要來自以下幾方面：一是新站和舊站觀測場撥海高度不同會(huì)產(chǎn)生溫度差異，由于氣溫是隨撥海高度升高而降低的，按照平均氣溫垂直遞減率0.65℃/100 m來計(jì)算，新站撥海高度比舊站高出18.8 m，高差會(huì)導(dǎo)致溫度下降0.12℃，這一數(shù)值與所統(tǒng)計(jì)的年平均氣溫實(shí)測差值有一定差異，偏小0.28℃，還存在一定差異。二是兩站周圍環(huán)境的差異影響著溫度的變化，由于舊站位于玉屏縣城區(qū)中心，而新址位于城郊的山頂上， 遠(yuǎn)離居民鬧市區(qū)， 受人類活動(dòng)影響較小， 觀測場地四周空曠、開闊，空氣流動(dòng)自然。因此城市熱效應(yīng)作用是造成舊址氣溫高于新址的主要因素。

表2 2012年新站、舊站地面氣象觀測場溫度對比 (單位：℃)

4.3 相對濕度差異分析

相對濕度是表示空氣中的水汽含量和潮濕程度的物理量。是空氣中實(shí)際水汽壓與當(dāng)時(shí)氣溫下的飽和水汽壓之比，以百分?jǐn)?shù)(﹪)表示。從表3可以看出，全年各月相對濕度平均值舊址均比新址大，各月相對濕度月最小值舊址均比新址大，且月最小相對濕度出現(xiàn)日期也基本一致，能體現(xiàn)出較好的一致性。從各月相對濕度平均值對比差值情況分析，1—2月和7—12月差值在-1%～-3%之間，誤差較小。3—6月差值在-6%～-9%之間，誤差相對較大；從相對濕度月極端最小值對比誤差值分析看，也具有與各月相對濕度平均值對比差值同樣的變化規(guī)律，只是對比值誤差較大一些，在-4%～-12%之間。分析誤差原因主要有以下因素：測站環(huán)境、影響氣團(tuán)和強(qiáng)降水現(xiàn)象等。本文在分析新、舊站氣溫對比誤差時(shí)，得出舊站溫度要普遍高于新站溫度。其主要原因是舊站觀測環(huán)境有城市溫室效應(yīng)特征。而相對濕度舊站普遍大于新站，同樣是觀測環(huán)境受到破壞引起，會(huì)使空氣自然流通受到影響而產(chǎn)生增溫增濕效應(yīng)。在春夏季暖濕氣流影響下和強(qiáng)降水過程中，這種差異更為明顯。

表3 2012年新、舊站地面氣象觀測場相對濕度對比觀測值 (單位：%)

4.4 降水差異分析

降水量可反映一個(gè)地方的雨水多少程度。從表4中看到：全年旬、月合計(jì)降水量1—3月新站少于舊站，而4—12月份則相反，差值比較小。分析主要是由于自動(dòng)站雨量傳感器測量誤差所致；在春季、夏季有強(qiáng)降水時(shí)才產(chǎn)生較大差值，主要是受地形及降水過程時(shí)天氣系統(tǒng)的差異影響造成強(qiáng)降水時(shí)新站降水量明顯多于舊址。一日最大降水量兩站出現(xiàn)在同一天。

表4 2012年新、舊地面氣象觀測場降水量對比觀測值 (單位：mm)

4.5 風(fēng)向風(fēng)速變化分析

表5是用EL型自記風(fēng)24次10 min風(fēng)速風(fēng)向平均觀測統(tǒng)計(jì)結(jié)果，資料表明：新址風(fēng)速比舊址明顯偏大，月平均偏大0.5～1.4 m/s之間，一日最大風(fēng)速亦是新址比舊址風(fēng)速偏大，數(shù)值偏大3.1～7.78 m/s之間，且在風(fēng)速越大時(shí)新址偏大越明顯，在新址風(fēng)速達(dá)到12.1 m/s 時(shí)，舊址只有4.4 m/s。全年各月最多風(fēng)向出現(xiàn)方位也基本一致，只有11月份出現(xiàn)風(fēng)向相反，但出現(xiàn)日期全年只有4—6月，8—9月相同，而其它月份則出現(xiàn)在不同日期。在進(jìn)行新、舊站最多風(fēng)向出現(xiàn)方位統(tǒng)計(jì)對比中，新站全年多數(shù)月份(1—5月、7月、9月、10—12月)以東北風(fēng)(NE)為主，舊站則以偏西南風(fēng)(WSW)為主。只有6月和8月最多風(fēng)向接近一致。最多風(fēng)向頻率新站秋、冬、春偏多，夏季偏少。而靜風(fēng)頻率全年各月新址明顯少于舊址。舊址觀測場四周高層建筑物的遮擋是造成舊址風(fēng)速偏小，靜風(fēng)偏多的主要原因。

表5 2012年新站、舊站地面氣象觀測場風(fēng)對比觀測數(shù)據(jù)

4.6 地面溫度差異分析

表6是新、舊站地面溫度實(shí)測對比誤差統(tǒng)計(jì)結(jié)果。從全年各月地面平均值對比差值來看，1—3月、5月、11—12月新站比舊站偏低，差值范圍在-0.1～-1.5℃之間；4月、6月、7—8月和9—10月新站比舊站偏高，差值變化在0.1～2.7℃之間。因此，就地面平均溫度而言，新、舊站各月差值對比差異較大，且一致性變化規(guī)律不明顯。尤其在高溫季和低溫季，地面溫度反差很明顯。而在統(tǒng)計(jì)新、舊站地面最高和地面最低溫度對比差值時(shí)，全年各月中不論是日平均最高還是日極端最高，新站記錄均高于舊站；不論是日平均最低還是日極端最低，新站記錄均低于舊站，兩要素變化均具有一致性，只是出現(xiàn)日極值日期有不一致現(xiàn)象。分析影響新、舊站地面溫度對比結(jié)果出現(xiàn)反差及溫度變化差異原因主要為氣象觀測環(huán)境和地表性質(zhì)。由于新站拔海高度比舊站高，測站地形凸顯，四周開闊空曠，空氣自然流通，因而獲得太陽的直接輻射多，地表土壤疏松，在高溫季節(jié)，地面增溫會(huì)特別明顯。因此，新站夏秋兩季地面平均溫度及全年各月地面最高溫度高于舊站。同樣，舊站址觀測環(huán)境低洼，地表土壤較新站板結(jié)和潮濕，使地表熱容量大，不容易降溫。因此，新站低溫季節(jié)地面平均溫度及全年各月地面最低溫度又低于舊站。因此，新、舊站觀測環(huán)境不同是影響地面溫度出現(xiàn)反差及溫度變化差異大的因素之一。

表6 2012年新站、舊站地面氣象觀測場地面溫度對比觀測數(shù)據(jù)對比分析 (單位：℃)

5 小結(jié)

①新站和舊站氣象要素值存在著明顯的偏負(fù)變差，氣溫差值具有季節(jié)性，以春、夏季最大，秋、冬季最小。造成這些差異的主要因素除了兩址的海撥高度不同造成的影響外，臺(tái)站環(huán)境改變，舊站由于城市化存在城市熱島效應(yīng)，造成舊站氣象資料的代表性越來越差；而新站處于城郊海拔較高的氣流通暢的山頂，四周無影響觀測的障礙物，能夠真實(shí)地探測到各氣象要素的變化，真實(shí)地反映出當(dāng)?shù)氐奶鞖鈿夂蜃兓h(huán)流狀況。

②玉屏站1—12月新、舊站同期對比觀測的結(jié)果表明：新站的月平均氣溫比舊站偏低幅度在-0.2～-0.7℃之間，氣壓新站低于舊站幅度在-1.0～-2.1 hPa 之間，相對濕度新站比舊站偏高幅度在1%～12%，風(fēng)速新站比舊站偏大幅度在0.5～1.4 m/s之間， 靜風(fēng)頻率新站少于舊站主要是由于舊址觀測場四周高層建筑物的遮擋造成的；弱降水出現(xiàn)兩站差異不大，強(qiáng)降水出現(xiàn)時(shí)新站比舊站明顯偏多主要是受地形及降水過程時(shí)天氣系統(tǒng)的差異影響造成；地面月平均溫度1—3月、5月、11—12月新站比舊站偏低，差值范圍在-0.1～-1.5℃之間；4月、6月、7—8月和9—10月是新站比舊站偏高，差值變化在0.1～2.7℃之間，對地表面有明顯的增溫作用。說明新址在冬季和夏季呈現(xiàn)出一定的城市熱島效應(yīng)，對地表面有明顯的增溫作用。

③由于使用的對比觀測資料年代時(shí)間比較短，本文分析得到的結(jié)論僅供參考，隨著新站資料的不斷積累我們將會(huì)作進(jìn)一步的分析和論證。

[1] 中國氣象局.地面氣象觀測規(guī)范[M].北京：氣象出版社，2003.

[2] 王勝.肅北新舊氣象站觀測資料對比分析[J].甘肅科技，2011，(27)19.

[3] 袁云貴， 宋彥棠.都勻市氣象局遷站對比觀測各氣象要素差異分析[J].貴州氣象，2008，32(2).

[4] 程愛珍，許嘉玲，等.廣西南寧國家基本氣象站遷站對比觀測資料差異分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40( 27)：135020-13504.

[5] 楊秀勛， 楊明.銅仁基本站遷站對比觀測數(shù)據(jù)差異分析[J].貴州氣象，2014，38(1)：52-55.

2014-08-20

胡蓉(1966—)，女(侗族)，工程師，主要從事氣象測報(bào)工作。

1003-6598(2015)02-0040-05

P416

B