不同下墊面對氣溫觀測的影響分析

賈紅莉

摘 要 對不同下墊面環境中的6個觀測站氣溫觀測（同步觀測）獲得的數據樣本進行了統計分析，對數據的完整性、連續性等做了初步評估，以期為數據的合理應用提供參考依據。

關鍵詞 氣溫；觀測環境；下墊面

中圖分類號：P423 文獻標志碼：B 文章編號：1673-890X（2016）09--02

城市化建設中采用了大量人工構筑物如鋪裝地面、各種建筑墻面等，引起下墊面發生變化，改變了下墊面的熱屬性，再加上較多氣象觀測站的探測環境遭到破壞，導致觀測的氣象要素記錄有所偏差，嚴重影響了氣象探測數據的代表性、連續性。本文以世界氣象組織（WMO）發布的地面觀測站環境分級標準為切入點，創建臺站環境模擬試驗場并開展不同場景觀測試驗，獲取不同下墊面環境因素對要素影響的試驗數據集，為分析試驗資料獲得定量結論提供基礎資料。

1 試驗設計

1.1 試驗站點選址

綜合考慮場地環境科學合理性、試驗安裝的便利性、移動無線傳輸的穩定性以及水電和防雷條件等，經過現場勘查評估，確定成都信息工程學院綜合氣象觀測場為試驗站點布設并開展觀測試驗。該觀測場位于北緯30°357.94”、東經103°5922.96”，海拔488 m，觀測場內部范圍為40 m×80 m，其東面約30 m是3層高辦公樓，北面約40 m是1層高觀測試驗用房，西面是高約5 m的樹木和竹林。

1.2 試驗站點布局

根據選址要求，定義下墊面因子為：人工建筑包括水泥路面、建筑物等，分別對100、30、10 m范圍選取不同下墊面因子的位置作為試驗站點，每個站點分別繪制100、30、10 m的距離圈以表征各站點的觀測環境；根據“溫度觀測環境標準”，站1、站2均為2級站點，100 m圓內下墊面因子均超過10%，而30 m圓內下墊面因子小于10%；站3、站6為3級站點，10 m圓內下墊面因子小于10%，站4、站5均為四級站點。

1.3 試驗設備標定及儀器誤差確定

利用標準化觀測試驗前所進行的一致性對比觀測得到各站溫度儀器誤差，以測站2為參考標準站，測站1、測站3、測站4、測站5、測站6與參考標準站氣溫的相關系數均為0.99，各站與參考站氣溫差的方差均為0，說明測站1到測站6的溫度數據具有很好的一致性。

2 資料分析

2.1 試驗數據資料基本情況

2.1.1 資料完整性

此次試驗時間為2014年3月13日-7月13日，共123 d，應有樣本數為177 120個。

從試驗期間數據記錄完整性統計來看，測站3（本站）記錄總缺測率達20.1%，其次為測站1，缺測率為14.7%，其余4各測站缺測率為7.7%～7.8%。其中3月除測站3缺測26.3%外，其余各站數據記錄完整；4月份測站3缺測31.5%，其余測站缺測率均為6.3%；5月測站3數據記錄完整，其余測站缺測率均為7.4%；6月測站3數據記錄完整，其余測站缺測率均為約15%；7月測站3、測站1缺測率分別為78.8%、72.5%，其余測站缺測率均為約6.3%。

一致性試驗期間數據記錄中，試驗前一致性觀測試驗中數據記錄基本完整；試驗后一致性觀測試驗期間應有資料樣本數11 104個，但實際資料數及其缺測率為：測站1：6 583個，40.7%；測站2：7 168個，35.4%；測站3（本站）：11 045個，0.5%；測站4：7 171個，35.4%；測站5：7 172個，35.4%；測站6：7 168個，35.4%。

2.1.2 資料連續性

經資料誤差訂正，分析試驗期間2014年3月13日-7月13日各站逐分鐘、逐10 min抽樣觀測資料連續性結果為：除測站3及測站4外，其余各站曲線位像基本重合，但均呈明顯階梯式變化，階梯距離從5～60 min，以1小時左右居多；測站3及測站4曲線相對較為連續，但位像卻相差45 min左右，而測站4位像更接近其余各站。由此初步推斷，測站1、測站2、測站5、測站6資料連續性相對較差；測站3及測站4資料連續性相對較好，但測站3資料相對其余各站有明顯的滯后，這很可能是由于測站3資料的時間與其他測站不同步導致。

2.2 一致性觀測試驗分析

對比試驗前與試驗后一致性觀測試驗及結果，對數據進行誤差訂正及延時處理，計算得到測站1、測站3、測站4、測站5、測站6與參考標準站氣溫的相關系數均為0.99，各站與參考站氣溫差的方差均為0，說明測站1至測站6的溫度數據依然具有很好的一致性。

2.3 數據相關性分析

以測站2為標準站，對所有測站試驗數據進行線性回歸計算，結果表明：測站3與標準站的相關系數較其他各測站明顯偏低，對測站3的數據進行了平移處理，發現測站2和測站3之間的相關系數上升，線性回歸的截距變小。

3 不同下墊面對氣溫觀測的影響

3.1 日變化

利用誤差訂正后的分鐘觀測數據，對每日氣溫變化進行統計分析，直觀地反映出了各測站數據的平均水平和變異程度，除了測站3外，其余5個站，最小值、最大值、下四分位數、上四分位數及中位數均沒有明顯偏差，只是各測站資料變異程度在白天大于夜間；4月存在兩個異常值（也稱離群值，是大于1.5倍四分位數間距的數值）。測站3的仍表現出明顯的滯后性，尤其是在日出后氣溫上升較為迅速的時段更為顯著。

3.2 氣溫差頻率分布

各站與參考站2氣溫差所占頻率分布為：參考站與測站1氣溫差在0 ℃時所占頻率最大，其次為正負0.1 ℃時頻率較大，并多在正負0.2 ℃之間；參考站與測站4氣溫差在0.1 ℃時所占頻率最大，其次為0.2 ℃時的頻率較大，并多在正負0.3 ℃之間分布較為平均；參考站與測站5氣溫差在-0.1 ℃時所占頻率最大，其次為0.1 ℃時的頻率較大，其余在正負0.3 ℃之間分布較為平均；參考站與測站6氣溫差在-0.2 ℃時所占頻率最大，其次為-0.3 ℃、-0.1 ℃時的頻率較大，其余為0.0 ℃；參考站與測站3氣溫差在0.1 ℃和-0.3 ℃時所占頻率較大。由此可見，參考站與測站3氣溫差頻率分布較為異常；參考站與測站1氣溫差頻率分布較為平均；而參考站與測站4氣溫差正值較多；參考站與測站5氣溫差負值居多；參考站與測站6氣溫差基本都為負值。

4 小結

試驗測站3資料缺測率偏高，且與其余試驗測站間可能有時差。除測站3、測站4外，其余各測站資料連續性較差。除測站3外，其余各測站數據的平均水平基本一致，無明顯偏差，各測站資料變異程度在白天大于夜間。

參考文獻

[1]中國氣象局.氣象探測環境和設施保護辦法[M].北京：氣象出版社，2004.

[2]李邵云，田萍，梁杰，等.城市發展對氣象要素探測環境的影響分析[J].環境保護與循環經濟，2008（11）：40-43.

（責任編輯：劉昀）