太原觀象臺站址遷移對氣溫變化的影響分析

于剛義　溪玉香　郗秉韜

摘 要：站址遷移是造成臺站氣溫觀測資料差異的重要原因之一。利用太原觀象臺舊址1993—2012年平均氣溫觀測資料序列，對新址2013年氣溫進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，分析了站址遷移對該站氣溫產(chǎn)生的影響；利用觀象臺2013年新、舊站址逐日氣溫觀測資料，對氣溫進(jìn)行差值平均值和差值標(biāo)準(zhǔn)差分析，定量分析了站址遷移對其氣溫產(chǎn)生的影響程度，并對該站新、舊址觀測資料的應(yīng)用給出了建議。

關(guān)鍵詞：站址遷移；氣溫變化；差異分析；觀測站

中圖分類號：P423 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.12.029

太原觀象臺舊址位于太原市小店區(qū)殷家堡村南，地處城市中心，氣象探測環(huán)境已嚴(yán)重惡化，2013-01-01，該站站址遷移至太原市小店區(qū)北格鎮(zhèn)張花村東北，新、舊站址直線距離18.4 km。由于站址遷移可能對該站觀測資料均一性產(chǎn)生影響，從而影響到該站舊址和新址觀測資料的有效應(yīng)用，本文利用觀象臺舊址1993—2012年間這20年的觀測資料，對其新址2013年的平均氣溫觀測資料進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)；利用觀象臺2013年新、舊站址觀測資料，對氣溫進(jìn)行差值平均值和差值標(biāo)準(zhǔn)差分析，定量分析了該站站址遷移對其氣溫產(chǎn)生的影響程度，并對該站新、舊址觀測資料的應(yīng)用給出了建議，以便為各類氣象資料的應(yīng)用工作提供參考。

1 觀測站環(huán)境狀況變化分析

太原位于黃土高原東部，太原盆地北端。北、西、東三面環(huán)山，中部和南部一角為開闊的汾河河谷平原，整個(gè)地形北高南低呈簸箕形。

太原觀象臺舊址位于太原市小店區(qū)殷家堡村南，1991年太原市創(chuàng)建高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)（1992-11經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)成為國家級高新區(qū)）。站址處于太原國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)中部，氣象觀測環(huán)境逐漸受到破壞。多家單位在觀測場周邊進(jìn)行建設(shè)，嚴(yán)重影響了氣象觀測環(huán)境。由圖1的衛(wèi)星遙感圖像上可以看到舊址地勢平坦，周邊1 km范圍內(nèi)障礙物較多。新址位于太原市正南方向城郊，屬于太原盆地平川地帶， 距離太原市政府約27.7 km，距離小店區(qū)政府約12.7 km，距舊址18.4 km。由圖1的衛(wèi)星遙感圖像上可以看到新址四周均為村莊、農(nóng)田，探測環(huán)境好。

新址與舊址同處于太原城市南側(cè)平川地帶，地形、地貌、土壤性質(zhì)等基本一致。又表1可見兩站址緯度相差10′，經(jīng)度相差02′，海拔高度新址比舊址低2.0 m。新址觀測環(huán)境完全符合氣象探測環(huán)境的技術(shù)要求，能較好地反映本地較大范圍內(nèi)的氣候特點(diǎn)，資料的代表性、準(zhǔn)確性和比較性均比舊址有很大的改善。

2 差值平均值和標(biāo)準(zhǔn)差

2.1 統(tǒng)計(jì)方法

設(shè)Ui、Ai分別為新、舊址某要素同期觀測值，則差值xi、差值平均值 、差值的標(biāo)準(zhǔn)差σ計(jì)算公式分別為：

2.2 差值平均值和標(biāo)準(zhǔn)差統(tǒng)計(jì)結(jié)果

分別計(jì)算2013-01-01日—2013-12-31新、舊址逐日日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫差值。在此基礎(chǔ)上，計(jì)算月差值平均值和差值標(biāo)準(zhǔn)差。為了避免二次平均帶來的誤差，本文年差值沒有采用12個(gè)月差值平均值求取，而是采用了用逐日差值計(jì)算各要素的年差值平均值和差值標(biāo)準(zhǔn)差，結(jié)果如表2所示。

2.3 差值分析

氣溫差值為負(fù)值，表明新址氣溫低于原址，新址氣溫年平均比原址偏低0.47 ℃，最高氣溫、最低氣溫年平均分別比原址偏低0.1 ℃、0.60 ℃。氣溫差值隨季節(jié)變化較小。

氣溫差值標(biāo)準(zhǔn)差表明，氣溫和最高氣溫標(biāo)準(zhǔn)差較小，最低氣溫標(biāo)準(zhǔn)差相對較大，表明新址最低氣溫?cái)?shù)據(jù)比原址偏低較多。這主要是因?yàn)樵分車ㄖ镙^多，被包圍其中，而新址遠(yuǎn)離市區(qū)，四周空曠，更能真實(shí)反映大氣熱量交換規(guī)律。

3 顯著性檢驗(yàn)

利用太原站舊址1993—2012的月（年）氣溫平均值樣本序列x1，x2，…，xi，…，xn，n=20，對新址2012年的相應(yīng)月（年）氣溫資料x0進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

在顯著水平a=0.05，自由度n=20，t檢驗(yàn)臨界值ta=2.09，當(dāng)|t|>ta，則表示新址x0與舊址平均值差異顯著。由檢驗(yàn)結(jié)果可以看出，氣溫月值和年值均通過顯著性檢驗(yàn)，差異不顯著。結(jié)果如表3所示。

4 結(jié)論

新址氣溫低于原址，新址氣溫年平均比原址偏低0.47 ℃，

最高氣溫、最低氣溫年平均分別比原址偏低0.1 ℃、0.60 ℃，無明顯季節(jié)變化規(guī)律。顯著性檢驗(yàn)結(jié)果表明，新址和舊址平均氣溫差異不顯著，但最低溫度有一定的差異。

通過以上分析結(jié)果表明：太原站舊址的觀測資料僅代表城市中心局部氣候狀況，而新址則反映了太原城郊大范圍的天氣氣候狀況。通過分析得出新、舊站址因地理位置和觀測環(huán)境不同所造成的氣溫差異，使數(shù)據(jù)的使用用戶了解新、舊站址相關(guān)氣象要素差值大小、差值的時(shí)間分布，以便在連續(xù)使用該站觀測數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)考慮由于測站的遷移而產(chǎn)生的差異，必要時(shí)要予以訂正。

參考文獻(xiàn)

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

[2]中國氣象局.關(guān)于國家級地面氣象觀測站遷建撤暫行規(guī)定[S].2012.

作者簡介：于剛義（1961—），男，山東文登人，1995年畢業(yè)于保定氣象學(xué)校氣象專業(yè)，助理工程師。

〔編輯：胡雪飛〕