云南省地面氣象站站址環境與變動情況分析

劉博文，師麗娜

（1.云南省氣象臺，昆明650034；2.云南省墨江縣氣象局，墨江654800）

1 引言

世界氣象組織（WMO）所屬的儀器和觀測方法委員會（CIMO）有關技術要求表明：“氣象站應設計成能按照氣象站的類型進行有代表性的測量”。因此，天氣站網中的氣象站應能滿足天氣尺度要求的觀測。短期預報要求在一個有限區域內由較密集的站網進行較多時次的觀測，以便能監測出一些小尺度天氣現象。氣象站的代表性誤差要遠大于單純的儀器系統誤差，故在氣候變化研究中，須詳細考查氣象臺站的歷史沿革，某些對儀器安裝環境特別敏感的氣象要素，如降水、風和溫度，周圍環境變遷的資料尤為重要，保持氣象站址的長期穩定和妥善處理遷站前后的資料連續是氣候變化研究的必要條件，不恰當的臺站搬遷往往會導致虛假的“氣候突變”現象發生[1-2]。本文重點分析了云南省地面氣象觀測站站址近40a 的變化情況，并就部分特殊站址的變化進行了簡要分析。

2 云南氣象觀測站網概況

目前云南省氣象部門擁有125個地面氣象觀測站（10個國家基準氣候站、24個國家基本氣象站、91個國家一般氣象站），1 個氣候觀象臺（大理國家氣候觀象臺），5 個高空探測站（昆明、思茅、蒙自、麗江、騰沖），9 個新一代天氣雷達站（昆明、昭通、文山、普洱、德宏、麗江、大理、臨滄、曲靖），5個輻射觀測站（昆明、景洪、騰沖、蒙自、麗江），6 個酸雨觀測站（昆明、麗江、思茅、騰沖、楚雄、硯山），14個GNSS/MET站，22個二維閃電定位監測站，2個大氣成分觀測站（昆明、沾益），1 個大氣本底站（香格里拉區域大氣本底站），36 個土壤水分觀測站，2 個氣象衛星資料接收站（呈貢、祥云），3200多個區域自動站，其中國家級自動站445個。

3 云南地面氣象觀測站歷史沿革述略

云南最早的氣象觀測始于1893 年蒙自海關[3]。1927年陳一得先生在昆明創辦“私立一得測候所”，1936年在太華山創建省立昆明氣象測候所（1938年5月正式觀測），是全國開展地面氣象觀測較早的省份之一[4]。新中國成立后，云南氣象觀測站網建設始于1950 年，到1959 年底，全省地面氣象觀測網基本建成，并且統一了觀測儀器和觀測規范，觀測記錄質量有了顯著提高。1950～1959 年建成臺站115 個，1960～1969年建成5個，1970～1979年建成2個，目前全省運行的125 個地面氣象站均在20 世紀80 年代以前建成。

一個完整的現代地面氣象觀測系統應由觀測平臺、觀測儀器、資料處理等部分組成。地面氣象站的觀測平臺以觀測場為基點，觀測場以國家統一制定的《地面氣象觀測規范》為標準進行建設，目前的現代地面氣象觀測場布局，見圖1。

在2002年以前，云南地面氣象站的觀測儀器主要是水銀氣壓表、干球溫度表、濕球溫度表、毛發濕度表、風傳感器、溫濕度計、氣壓計、風自記記錄器、虹吸雨量計等感應元件，它們將直接感應到的大氣物理特性和化學特性，轉換成機械的、電磁的或其他物理量來測量。云南地面觀測網建立之初，按照中央氣象局規定，統一的觀測項目有：能見度、云（云狀、云量、云底高度）、天氣現象、風向、風速、氣溫、濕度、降水、氣壓、積雪深度、地面狀態、地溫、日照、蒸發等，每天進行4 次或8 次定時的人工觀測與記錄、查算、編報。2002年后，全省地面氣象觀測從人工觀測逐漸轉換為自動氣象站觀測，全省125 個國家級氣象站在2002～2009 年間，通過中央和地方政府共同投資建設，完成了自動氣象站的單套運行，與人工觀測雙軌運行兩年后，執行以自動站為主，為了防止雷電對自動氣象站設備的損壞，觀測場內布設了防雷裝置[5]，人工觀測備份的機制。

圖1 現代地面氣象站觀測場布局圖

2012 年中國氣象局開展縣級綜合業務改革，進一步優化氣象觀測業務。國家地面氣象觀測站開展氣壓、氣溫、濕度、風向、風速、蒸發、輻射、地溫等自動觀測，開展日照、凍土、雪深、電線積冰等觀測,編發冰雹和視程障礙重要天氣報。基準站、基本站開展云高、云量、能見度和天氣現象觀測，一般站開展能見度和天氣現象觀測。2013～2015 年完成了全省氣象站的新型自動站布設，全省125 個國家級氣象站徹底告別了人工觀測儀器，自動氣象站雙套互為備份運行。

2012 年4 月1 日中國氣象局進行了第一次全國地面氣象觀測業務改革，取消氣壓、溫度、濕度、風自記儀器觀測和人工站月、年報表的制作。2014年1月1日，中國氣象局又進一步調整地面觀測業務，取消了夜間觀測的時次，所有地面氣象觀測站取消雷暴、閃電、颮、龍卷、煙幕、塵卷風、極光、霰、米雪、冰粒、吹雪、雪暴、冰針等13種天氣現象觀測，一般站取消蒸發觀測，人工定時觀測調整為每日5 次（08、11、14、17、20時）。

4 云南地面氣象探測環境的定量評估

氣象探測信息和基礎資料是國家經濟社會建設的重要基礎性資源，也是氣象業務服務和科學研究的基礎性資源。為了全面掌握和科學評估國家級氣象觀測站氣象探測環境現狀，切實加強探測環境保護和管理工作，為氣象觀測站網布局調整和氣象觀測數據質量控制提供基礎資料，云南省氣象局分別于2007 年和2013 年在云南全省范圍內組織開展了125個氣象臺站觀測環境綜合調查評估并內部編印評估報告[6-8]。

圖2 2007年云南氣象探測環境調查各評分等級的站點數比例

圖2 是2007 年云南省首次氣象探測環境現狀評估圖。根據相關技術規定，臺站綜合環境定量評分采用百分制，滿分100分。統計表明：90～99 分共計22站，占全省臺站的17.5%；80～89分45 站，占34.1%；70～79 分20站，占19.0%；60～69 分18 站，占15.9%；60 分 以 下21 站，占13.5%。2013年較2007年探測環境評分有所增加，尤其是玉溪、曲靖、德宏、昆明、版納、普洱等州市評分提高較明顯，主要是2008～2013 年全省有21 個臺站站址進行了遷移，評分增加所致。表1 為2013 年與2007年臺站環境評估數量變化表，各類臺站數量略有變化，但總體平穩。2013 年全省探測環境評分中等以上臺站95個，占76%，差的臺站30個，占24%。

表1 云南氣象探測環境兩年份各等級評分站點數量及變化情況（單位：個）

5 地面氣象觀測站遷站移情況

云南大部分地面氣象觀測站始建于20 世紀50年代中后期，80 年代云南氣象臺站數達到歷史最高，為133個。1980～2003年隨著國家和地方經濟的快速發展，考慮臺站設置的科學性以及解決職工生活不便等多種原因，撤消合并了8個地面氣象站（即下關、落雪、湯丹、大勐龍、潞江壩、孟定、畹町、瀘水）全省氣象臺站由133個減為125個。全省125個地面觀測站絕大多數開始選址時都遠離城鎮、遠離人口密集地，均為當時生活條件較為艱苦的荒郊野外，因此，為改善生活和工作條件，全省氣象臺站自建站后到1960 年代遷站的有26 站次，1970 年代遷站的有16站次。

圖3 1980～2018年云南地面氣象站遷站次數逐年變化圖

隨著地方經濟建設和城市化進程加快，1980～2018年39a間全省共遷移過98站次的站址，平均2.5站次/a。圖3是1980～2018年云南國家級地面站遷站次數逐年變化圖。由圖可見，近40a 來，云南每年均有遷站情況發生，主要集中在2002 年以后，2017 年達到峰值（10 站次）。歸納云南近40a 來地面氣象站遷址主要原因有以下方面：①自然環境惡劣，工作和生活條件艱苦；②業務維持困難；③城市建設發展影響觀測環境；④自然災害；⑤土地權屬變更。

2007 年全省尚有49 個氣象臺站自建站以來從未遷移過站址，但截至2018 年5 月，全省僅剩26 個站未遷移過站址，與2007 年比較，10a 間減少了23站，減少率為47%。目前剩余的26個站中，有部分站已出現探測環境的惡化，面臨搬遷的風險。

云南地面氣象站自建站以來，大部分臺站進行過1～2次的搬遷，因受諸多因素的影響，有24個臺站出現過3 次以上的搬遷情況（表2），特別是大理、洱源、華寧、晉寧、南華、元陽等6 個站出現4 次站址搬遷（或觀測場平移）。

表2 云南省搬遷3次以上的地面氣象站

續表

6 站址遷移引起的站點海拔高度變化

由于云南地處低緯高原，地形復雜，山地面積占全省的94%，相對于平原地區而言，完全符合條件的氣象站址選擇比較困難，氣象站址遷移過程中避免不了海拔高度的改變。將全省125 個地面氣象觀測站按遷移前后站址海拔高度差分為≤50m、50～100m、100～150m、≥150m 四個等次進行統計（圖4）。從圖4可以看出，遷站前后海拔高差在50m 范圍內的有76站，占全省的60.8%；遷站前后海拔高差在50～100m范圍內的有21 站，占總站數的16.8%；海拔高差在100～150m范圍內的有7站，占總站數的5.6%；海拔高差≥150m的有21站，占總站數的16.8%。在海拔高差≥150m的21站中，有13個站搬遷前后的海拔高差超過了300m（表3），按氣溫直減率換算，對氣溫的最大影響分別為+7.08℃（元陽）和-5.64℃（金平）。

圖4 云南省地面氣象觀測站站址遷移前后海拔高差統計

表3 云南氣象臺站搬遷前后海拔高差≥150m的站點

總體而言，云南地面氣象站遷站前后以海拔高差在50m范圍的臺站居多，共76站，占全省的40%，對氣溫的影響不大（±0.3℃范圍內），遷站前后海拔高差在300m以上的13個臺站對氣溫的影響相對明顯，但僅占全省的10%。

7 結論

通過對云南省觀測站網建設情況、觀測方法變化、探測環境定量評分、遷站原因及遷移站址海拔高度變化分析，得出如下結論：

（1）云南125個國家級地面氣象站已全部完成新型自動站布設，實行了雙套自動氣象站互為備份運行。2007年、2013年組織進行了2次全省氣象探測環境評估，質量為中等以上的臺站占76%，質量差的臺站占24%。

（2）1980～2018年云南共遷移過98站次的地面氣象站站址，平均2.5站次/a。全省有24個臺站出現3 次以上站址遷移，其中有6 個臺站遷址達4次。目前全省僅剩26個站尚未遷移過站址，5個方面的原因導致發生站址遷移。

（3）云南地面氣象站遷站前后以海拔高差在50m 范圍的臺站居多，資料的連續性,均一性較好共50站，占全省的40%，對氣溫的影響不大（±0.3℃范圍內）[9-11]，遷站前后海拔高差在300m 以上的13 個臺站對氣溫等要素影響相對明顯，占全省站點總數的10%，在氣候變化研究中須謹慎處理海拔高差較大的氣象觀測站。

（4）地方經濟快速發展、城市規模擴大是導致氣象臺站搬遷的主要原因，今后保護氣象探測環境與發展地方經濟的矛盾將會越來越突出，為避免再次搬遷，保持氣象站址的長期穩定是各級政府和氣象部門的共同責任。