山西省河曲縣氣象局遷站觀測資料對比分析與訂正

張占良++李翠琴++潘森++賈素貞++田利國

摘 要：選用山西省河曲縣氣象局觀測站現址和原址兩地2014年的氣溫、氣壓、濕度、風速和風向等資料，運用差值法、回歸分析法、玫瑰圖等方法進行了分析和比較。結果顯示，兩地主要氣象要素資料有明顯的差異，氣溫年均值相近，但是，各月平均差比較大，現址的日差比較小；現址的氣壓低于原址，差值比較穩定；現址的濕度小于原址；現址的風速年、月平均值大于原址；現址的主導風向為SSE，原址為NW。另外，從探測環境和氣象學兩方面入手，分析了兩地氣象要素差異成因。為了解決差異影響，運用回歸分析法給出了兩地各要素每月的訂正方程，并以此作為資料訂正使用的參考。

關鍵詞：氣象資料；差異原因；資料訂正；訂正方程

中圖分類號：P412.1 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.06.033

山西省河曲縣氣象局觀測站建于1954-08，1974-01由河曲縣巡鎮狗兒洼村遷至文筆鎮坪泉村，它已保存了60年的氣象資料。隨著城市的快速發展，在觀測場南400 m的范圍內陸續建設了長城大街、居民樓和工廠等，探測環境被嚴重破壞，觀測資料的準確性受到了較大的影響，所測數據的代表性也變差。經過嚴格的論證選址，有關部門決定將觀測站遷至河曲縣文筆鎮鄔家沙梁村，并從2014-01開始進行了為期1年的對比觀測。由觀測到的資料可知，兩地數據有明顯的差異，觀測資料的應用也受到了影響。因此，筆者系統地分析和比較了兩地2014年的探測環境和主要氣象資料，將現址與原址資料銜接的一元回歸訂正計算公式作為訂正參考。

1 觀測站原址與現址環境狀況比較

1.1 原址探測環境狀況

觀測站原址位于河曲縣城的東北方，它在新建的長城大街以北約400 m內，東經111° 09′，北緯39° 23′。觀測場海拔861.5 m，氣壓拔海高度為862.1 m，風向、風速感應器距離地面11.7 m。在此，對探測環境影響最嚴重的障礙物位于觀測場南300 m的

范圍內，其中有高層建筑物和樹林等，東、西、北300 m的范圍內是村莊和農田，累計遮擋寬度角在70°以上。圖1a顯示了臺站周圍障礙物遮擋仰角的情況。2014-04，探測環境評分是71.9分。

1.2 現址探測環境狀況

觀測站現址位于河曲縣文筆鎮鄔家沙梁村西北的農田中，距離縣城主城區約5 km，方位東南，東經111° 13′，北緯39° 22′，與原址直線距離5.6 km。觀測場海拔1 036.0 m，氣壓拔海高度為1 037.0 m，風向、風速感應器距離地面11.3 m，三者與原址的高度差值分別為174.5 m、174.9 m、-0.4 m。觀測站周圍是農田和荒地，農田中有多座通信鐵塔，東南方200 m處是村莊，

西北方遠處視區內有少量的建筑物。圖1b顯示了臺站周圍障礙物遮擋仰角的情況，探測環境評分是98.8分，符合氣象探測環境的要求。

2 氣溫

2.1 現址與原址的氣溫比較

如表1所示，2014-01—12，現址和原址的平均氣溫變化范圍分別為-8.0～21.9 ℃、-9.0～22.8 ℃，平均氣溫差值變化范圍是-1.1～2.2 ℃。2014-04—09，現址的氣溫低于原址，其他月份則是現址氣溫高于原址，1月差值2.2 ℃，8月差值-1.1 ℃。現址和原址的年平均氣溫分別是9.1 ℃、9.0 ℃，兩地相近。由兩地資料可知，2014-01—12，各月最高氣溫和最低氣溫出現的日期基本一致，除了1月外，現址的最高氣溫低于原址，除了8月外，現址的最低氣溫接近或高于原址，平均最高氣溫差值變化范圍是-2.0～-1.2 ℃，現址均低于原址；平均最低氣溫差值變化范圍是-0.8～3.3 ℃，除了8月和9月外，其他月份現址的氣溫都高于原址；現址的年平均最高氣溫低于原址，而年平均最低氣溫則相反。另外，現址氣溫日較差變化范圍是10.8～15.3 ℃，原址氣溫日較差變化范圍是12.2～19.0 ℃，現址各月日較差都比原址小。相關數據表明，現址夏季高溫天比原址出現得少，天氣比較涼爽，冬季低溫天氣也很少出現，相對暖和一些，而且現址的晝夜溫差比較小，原址的晝夜溫差比較大。這些氣候差異與兩地探測環境的不同有很大的關系。

表1 2014年氣溫統計表（單位：℃）

2.2 現址與原址氣溫差異原因分析

由氣象學相關知識可知，氣溫是隨海拔的升高而降低的。由海拔變化造成的溫度差異可以按照平均溫度垂直遞減率0.6℃/100 m估算，現址比原址海拔高174.5 m，所以，現址氣溫應比原址低1.0 ℃左右。但實際情況是，現址的年平均氣溫要比原址高0.1 ℃。綜合分析各月結果可知，2014-04—09，現址的平均氣溫比原址低。2014-06—08，氣溫的變化情況比較符合氣溫隨高度變化的規律，而1月、2月、3月、10月、11月和12月的反差比較大。綜合分析各種因素可知，氣溫受探測環境的影響最大。觀測站原址位于城區內，地勢較低，冬季冷空氣容易堆積。最主要的是，觀測場的東到東南方向有電廠的2個大型晾水塔和大煙囪晝夜不停地冒氣冒煙，形成了大量的人造云，從太陽升起到11：00前，它會阻擋太陽輻射，導致觀測場的升溫速度變慢。同時，在近處東南方位有樹林，它同樣會阻擋太陽輻射，秋季和冬季這種影響尤其明顯。因此，2014-01，原址的平均氣溫要比現址低得多，差值是2.2 ℃。一年中最低氣溫多出現在5：00～8：00，而秋季、冬季和春季早上的太陽偏南，受地形和遮擋物的影響，原址的最低氣溫較低。一般情況下，最高氣溫出現在午后，此時，由于太陽高度角大，周圍環境對氣溫的影響大大減弱。但是，現址會產生一定的熱島效應，日最高氣溫受探測環境的影響不大，所以，原址的氣溫日較差會更大。

2.3 運用回歸法訂正平均氣溫

平均氣溫、平均氣壓、平均濕度、平均風速的相關系數和訂正方程如表2所示。

表2 平均氣溫、平均氣壓、平均濕度、平均風速相關系數和訂正方程

由于現址和原址的氣溫資料有明顯的差異，所以，為了保證相關資料能夠繼續使用，消除原址探測環境對其的影響，必須在允許范圍內合理訂正原址資料，而最常見的使用方法就是回歸法。統計、分析現址和原址的日平均氣溫資料可知，各月對應資料的相關性較好。在此，采用一元線性回歸方程進行訂正，應用最小二乘法計算出方程系數，具體公式6 小結

對比2014年現址和原址的資料可知，由于臺站海拔、位置、地形和探測環境不同，兩地獲取的氣象資料也有明顯的差別。氣溫的年平均值相近，現址4—9月的平均氣溫低，原址高，其余月份則相反，現址的氣溫日較差小于原址。另外，觀測站現址各月的氣壓值小于原址，各月差值比較接近，平均差值是19.1 hPa；現址的月、年平均濕度小于原址，年均差值是5；現址月、年平均風速值大于原址，大風出現的概率增加；現址的年主導風向與原址相比有明顯的不同，現址出現最多的風向是SSE，原址出現最多的風向是NW。

由相關分析可知，氣象臺站搬遷后，主要的氣象要素都發生了變化。在使用遷址前后的資料時，要充分考慮各方面因素對其的影響。要想讓資料在時間序列上保持均一，保證其應用的準確性，就必須合理訂正遷址前的資料。在計算兩地同要素的單相關系數時，相關性最好的要素依次是氣壓、氣溫、濕度和風速。這時，嘗試用一元線性回歸方程來訂正資料是一種簡便、易行的辦法。本文通過SPSS統計求得了各月回歸方程，在具體應用時，可根據資料的不同使用需求酌情運用訂正公式。

參考文獻

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