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銅陵基本站新舊址對比觀測資料分析

2016-06-08 20:06:10林群星郭丹張寅
安徽農學通報 2016年10期

林群星 郭丹 張寅

摘 要:為了解安徽銅陵國家基本氣象站新舊址氣象要素對比觀測數據差異,分別選取2011年7月、10月及2012年1月新站和舊站氣溫、相對濕度、風向風速等要素觀測數據進行對比分析,同時利用舊站近20a和新站1a相應觀測資料月、年平均值進行連續性檢驗。結果表明:新舊站氣溫差值范圍在-0.5~0.8℃之間;新站相對濕度較舊站高3~9個百分點;新站風速較舊站偏大,新舊站最多風向及頻率略有偏差,但主導風向未變;通過t檢驗發現:除8月份風速存在顯著性差異外,其余要素均無顯著差異。造成氣象觀測數據差異主要與新舊觀測站地理位置、周邊環境、海拔高度及下墊面性質等因素有關。

關鍵詞:基本站;遷徙;氣象資料;對比分析;銅陵

中圖分類號 P412.1 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731(2016)10-0145-03

銅陵地面氣象觀測站屬于國家基本氣象站,其觀測資料參加全球交換。2007年以來,隨著城市化的發展,銅陵縣城關鎮北郊箬笠山站(舊站)氣象觀測環境遭到破壞,部分氣象觀測數據已不具有代表性、準確性、比較性。2011年7月新觀測站建成,并與舊站開始進行對比觀測。為了解新、舊觀測站因地理位置,周圍環境等不同而形成氣象觀測數據差異,選取2站同期氣溫、風向風速、相對濕度等氣象要素進行對比分析,并用舊站近20a和新站1a相應觀測資料月、年平均值進行資料序列連續性檢驗,了解氣象要素觀測數據變化情況,為氣象服務和科研工作者合理使用氣象資料提供參考。

1 新舊測站參數及周邊環境對比

銅陵新、舊氣象觀測站參數情況見表1。從表1可以看出新、舊站直線距離相距6 620.5m,觀測場海拔高度相差26.5m。

圖1為新舊測站的地坪圈遮蔽圖和人為障礙物仰角對比圖。由圖1(A)可見,舊站被高大的人為障礙物近距離包圍,特別是其西北方被人為障礙物遮擋,仰角達23.0°,探測環境已不符合氣象觀測規范要求。由圖1(B)可見,新測站在郊外,遠離城市,四周空曠,最大仰角5.5°,符合氣象探測環境標準要求。

A:舊測站,B:新測站

2 資料與方法

選取新、舊站2011年7月、10月及2012年1月同期氣溫、相對濕度、風向風速等觀測資料,運用差值統計方法,分析、查找2站氣象觀測數據的差異和原因,同時采用舊站近20a和新站1a相應觀測資料月、年平均值進行t檢驗,分析遷站前后氣象資料序列的連續性。

3 新舊站氣象要素對比觀測資料分析

3.1 氣溫

3.1.1 月平均氣溫 由表2可以看出,新舊站7月、1月平均氣溫新站比舊站分別偏高0.3℃、0.2℃,而10月平均氣溫2站持平。從圖2a日平均氣溫來看,7月2站差值在-0.7~1.1℃,新站比舊站偏高的有24d,占觀測天數的77%,偏低的有6d,占觀測天數的19%,相同的有1d;10月2站差值在-0.9~0.7℃,新站比舊站偏高的天數為15d,占觀測天數的48%,偏低的有12d,占觀測天數的39%,相同的有4d;1月2站差值在-0.8~0.5℃,新站比舊站偏高的有22d,占觀測天數的71%,偏低的有7d,占觀測天數的23%,相同的有2d。

3.1.2 月平均最高、最低氣溫 由表2可見,新站7月、1月平均最高、最低氣溫比舊站分別偏高0.1℃、0.2℃,而10月最高氣溫偏低0.1℃,最低氣溫2站持平。從圖2b日最高氣溫來看,7月、1月新站高于舊站的分別有19d、20d,分別占觀測天數的61%、65%,偏低的分別有10d、8d,分別占觀測天數的32%、23%,相同的分別有2d和3d,差值在-1.1~1.5℃和-0.8~0.5℃,而10月新站低于舊站有19d,占觀測天數的61%,偏高的有11d,占觀測天數的35%,相同的有1d,差值在-0.7~0.9℃;從圖2c日最低氣溫來看,7月、1月新站高于舊站分別有22d、21d,占觀測天數的71%和68%,偏低的分別有8d、10d,占觀測天數的23%和32%,7月相同的有1d,差值分別在-1.6~1.1℃和-2.4~0.7℃;而10月新站高于舊站有17d,占觀測天數的55%,偏低的有11d,占觀測天數的35%,相同的有3d,差值在-1.3~0.8℃。

3.1.3 月極端最高、最低氣溫 由表2可知,7月、10月、1月極端最高氣溫新站比舊站平均偏低0.3℃,差值分別為

-0.4℃、-0.5℃、0.0℃;極端最低氣溫新站比舊站平均偏高0.3℃,差值分別為0.8℃、0.3℃、-0.2℃。由此可見,在7、10、1月新站月極端最高氣溫平均比舊站偏低0.3℃的情況下,新站月極端最低氣溫比舊站平均高0.3℃,這說明新站氣溫日較差比舊站小。

差值對比

3.2 風向風速

3.2.1 風速 新、舊站7月、10月、1月同期日逐時次月平均風速變化情況如圖3。由圖3可知,新站7、10、1月一日內逐時次月平均風速均大于舊站,差值范圍分別在0.2~0.8m/s、0.0~1.0m/s、0.1~1.1m/s,從1d內24h月平均風速來看,7月、10月、1月新站比舊站分別平均偏大0.93m/s、0.49m/s、0.57m/s。此外,7月、10月、1月日逐時次月平均風速最大差值均出現在16:00,而最小差值分別出現在凌晨2:00、19:00、凌晨5:00;兩站夜間風速差值偏小,白天差值偏大,而且風速越大差值越大。

圖3 2011年7、10月和2012年1月測站新舊址一日內逐時次月平均風速變化曲線

3.2.2 風向 新、舊站7月、10月、1月風向頻率相符情況如圖4。由圖4可知,7月新、舊站最多風向均為WSW,出現頻率分別為11%、21%,而次多風向新站為N和NNE,出現頻率均為10%,舊站為ENE,出現頻率為18%。10月新、舊站最多風向均為ENE,出現頻率分別為22%、40%,而次多風向新站為NE,出現頻率均為16%;舊站為E,出現頻率均為13%;1月新站最多風向為NE,出現頻率為23%,次多風向為NNE,出現頻率均為21%,第三多的是ENE,頻率為18%;舊站最多風向為ENE,出現頻率為49%,次多風向為NE,出現頻率為14%。而當觀測風速大于0.2m/s時,根據新址與舊址風向角度差小于22.5°時可以認為2地風向相符[10]的規定,1月新、舊站風向基本一致。

圖4 2011年7、10月和2012年1月新舊站月風向玫瑰圖比較

3.3 相對濕度 新、舊站7月、10月、1月同期日逐時次月平均相對濕度變化情況如圖5。由圖5可見,7、10、1月2站同期日逐時次月平均相對濕度差值范圍分別在1%~4%、2%~7%、7%~11%,差值平均分別為3%、4%、9%;新、舊站相對濕度夜間差值偏大,白天差值偏??;冬季差值最大,夏季差值最小。

3.4 氣象要素對比觀測數據差異原因

3.4.1 海拔高度、城市熱島效應對氣溫的影響 新站氣溫比舊站偏高,主要由海拔高度造成。2站拔海高度差26.5m,按照近地面層的平均遞減率0.65℃/100m計算,減去0.16℃后,表2中7月、10月、1月總體氣溫新站比舊站平均偏低0.1℃左右。這是由于舊站位于縣城,人口密集,生產、生活及交通運輸排放的熱量比郊區大,城市熱島效應影響大于郊外,且在春(秋)季較為明顯,冬季次之。

3.4.2 周圍環境對風速的影響 新站7月、10月、1月風速大于舊站,主要是舊站受城市化發展影響,周圍高大建筑物增多,特別是位于其西北方新建的銅陵縣醫院大樓,仰角達23.0°(圖1A),地面摩擦增大,不僅阻擋了氣流,而且在其背風面形成的湍流也削弱風速;而新站地處郊區,四周空曠(圖1B),氣流暢通,風速更貼近自然氣候的風速。

3.4.3 下墊面性質對相對濕度的影響 相對濕度新站大于舊站。2站相距約6.6km,舊站在城區,新站在郊外,2地植被面不同,且距新站觀測場100m外的東、西、北邊皆為人工湖(西湖),植被的蒸騰、湖水蒸發作用使新站的相對濕度增大,而舊站位于城區,受城市熱島效應影響,氣溫略有升高,濕度也會降低。

4 新站與舊站前20a資料檢驗

假設[x0]為某要素月(年)平均值,假定樣本容量為[n]月(年),這[n]年相應要素月(年)平均值的樣本序列為x1,x2,…,xi,…,xn,統計量

5 小結

(1)銅陵國家基本站遷站對比觀測資料分析表明,新舊站氣溫差值范圍在-0.5~0.8℃、新站較舊站風速偏大、相對濕度偏高;2站主導風向均未發生改變,表現為夏季盛行WSW,冬春季盛行ENE。

(2)海拔高度差及“城市熱島效應”是造成2站氣溫差異的主要因素;風速差異主要影響因素是周圍環境改變;相對濕度的差異與2站的下墊面性質等因素有關。

(3)t檢驗結果表明,除8月風速存在差異顯著外,其余月、年平均氣溫、降水量、平均相對濕度、平均風速等均未通過顯著性檢驗。對整個資料序列的影響究竟如何評估,尚需新址更長一段時間資料進一步綜合分析研究。

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(責編:吳祚云)

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