眉縣兩次氣象站遷址對溫度資料序列的影響分析

李恩莉 韓潔 喬丹揚

摘要：選取經歷兩次遷址的眉縣氣象站和周邊2個未遷過站址的參照站1974～2017年年平均氣溫、年平均最高氣溫、年平均最低氣溫資料，對比分析了遷址對眉縣站溫度序列的影響。結果表明：兩次遷址和城市熱島效應的共同影響使得眉縣站溫度變化趨勢與參照站產生較大差異。眉縣站44年來年平均氣溫和最高氣溫升幅比參照站明顯，最低氣溫升幅小于參照站;近44年兩站氣溫差值隨時間波動位相基本一致，且與眉縣站兩次遷址時間剛好對應;年平均氣溫差值序列有3個不連續點，年平均最高氣溫差值序列有4個不連續點，年平均最低氣溫差值序列有5個不連續點，每個時段平均值差異顯著{熱島效應和遷址使得眉縣站溫度年代變化趨勢不一致;造成氣溫差異的主要原因是測站周圍環境的變化和下墊面性質的變化。

關鍵詞：遷址;溫度;差值;影響

中圖分類號：TP311.5 文獻標識碼：A 文章編號：1674—9944（2019）18-0038-04

1引言

隨著經濟和城市化進程的發展，很多過去位于城市郊區甚至鄉村的地面氣象觀測臺站現在都變成了城市中心或者商業區內站，周邊觀測環境發生了不同程度的變化，使得一些觀測站不再適合作為氣象觀測的站點。觀測環境的改變很大程度上影響了氣象觀測資料數據的“三性”，給以此為支撐的氣象業務、科研等氣象工作以及其他行業、部門的氣象基礎保障工作帶來不利影響。

眉縣氣象站始建于1958年11月1日，位于107°44E、34°16N，海拔高度為518.5m，記錄開始于1959年1月1日，由于城市規劃的原因于1981年-1月1日遷址，新站址位于107°44E、34°16N，海拔高度為517.6m;隨著縣城經濟的不斷發展及縣城規模的不斷擴大，使得眉縣氣象站逐漸發展成人口活動密集的縣城中，周邊高大建筑物逐年增加，氣象數據逐漸失去了代表性，為了全面改觀地面觀測環境，2016年1月1日眉縣氣象站再次遷址，遷至107°44E、34°18N，海拔高度為490.8m。文中選取位于城區之外的陳倉氣象站和風翔氣象站作為參照站，分析眉縣站兩次遷址前后溫度的變化和影響。為氣候分析、氣候預測等業務中應用該站溫度資料提供參考。

2資料與研究方法

參照站的選取條件是：一是兩個觀測站建站以來測場周圍觀測環境變化不大，又位于鄉鎮;二是測站近44年站址無變動。因此選取的兩個參照站是陳倉氣象站和風翔氣象站。資料處理方法是用兩個站的同期平均溫度算數平均后作為參照站序列，能夠消除可能存在的單站氣溫觀測誤差，使參照站的溫度更為合理。因陳倉氣象站是1973年建站的，因此選取的氣溫資料長度1974～2017年，序列長度44年，歷年均值為1981～2010年30年的氣候平均值。

本文利用一元回歸方程線性趨勢、T檢驗、差值分析等氣候統計方法，分析眉縣站與參照站年平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫的變化趨勢，眉縣站溫度資料序列不連續的斷點，用Mann—Kendan突變檢驗，檢驗兩站溫度差值序列在44年時間尺度上是否存在氣候突變現象。

3結果與分析

3.1年平均氣溫變化趨勢差異

眉縣站與參照站44年平均氣溫分別為13.0℃和12.5℃，表明多年平均氣溫眉縣站比參考站高0.5℃。從眉縣站和參照站1974～2017年年平均氣溫的年際變化看（圖1），兩站氣溫的年際波動位相和特征一致，相關系數達到0.896，44年均呈明顯的升高變化趨勢，具有一致性，但趨勢系數略有差異，眉縣站的趨勢系數為0.413℃/10a，而參照站為0.412℃/10a，時間相關系數分別為0.523和0.339。表明，眉縣站44年的升溫比參照站明顯。

3.2年平均最高氣溫變化趨勢

眉縣站與參照站44年年平均最高氣溫分別為18.9℃和18.1℃，表明多年平均最高氣溫眉縣站比參考站高0.8℃。從眉縣站和參照站1974～2017年年平均最高氣溫的年際變化看（圖2），兩站氣溫的年際波動位相和特征一致，44年均呈明顯的升高變化趨勢，具有一致性，但趨勢系數有所差異，眉縣站的趨勢系數為0.581℃/10a，而參照站為0.492℃/10a。表明，眉縣站44年的最高氣溫的升溫速度比參照站明顯。

3.3年平均最低溫度變化趨勢差異

眉縣站與參照站44年年平均最高氣溫分別為8.6℃和7.9℃，表明多年平均最高氣溫眉縣站比參考站高0.7℃。從眉縣站和參照站1974～2017年年平均最高氣溫的年際變化看（圖3），兩站氣溫的年際波動位相和特征一致，44年均呈明顯的升高變化趨勢，具有一致性，但趨勢系數有所差異，眉縣站的趨勢系數為0.37a，℃/10a，而參照站為0.436℃/10a。表明，眉縣站44年的最低氣溫的升溫速度低于參照站，這一點與平均氣溫和最高氣溫有所不同。

通過對近44年眉縣站與參照站年平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫的分析可見，眉縣站平均溫度、平均最高溫度、平均最低溫度均高于參照站;平均氣溫和最高氣溫的升溫速度均比參照站明顯，其中最高溫度的升溫幅度更為明顯;而與上述二者不同的是，眉縣站最低氣溫的升溫速度卻低于參照站。

3.4兩站氣溫差值變化

兩站氣溫差，反映了濾去大尺度氣候背景變化后兩個站的觀測環境差異。圖4是眉縣站與參照站的溫差演變曲線?？傮w而言，可以看出兩站氣溫差值隨時間波動幅度較大，1974～2017年眉縣站與參照站溫度差異逐年波動位相基本一致，1981～2010年之間溫差較小，2011～2015年溫差增大明顯，而2016年開始又顯著下降，這與眉縣站的遷址時間剛好吻合。在建站初期，也就是1974～1980年的這7年中，平均最低氣溫差值最大，在1.0～1.5℃之間，而平均氣溫和平均最高氣溫差異完全一致，在0.8～0.9℃之間。平均氣溫和平均最高氣溫差值在1974～2016年之間波動位相完全一致，平均最低氣溫差值的波動位相在1997年、2003年與平均氣溫和最高氣溫差值相反，值得注意的是，2016～2017年平均氣溫和最低氣溫差值波動位相一致，而平均最高氣溫則相反。

對平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫進行T檢驗（表1），年平均氣溫差值序列有3個不連續點，年平均最高氣溫差值序列有4個不連續點，年平均最低氣溫差值序列有5個不連續點，每個時段平均值差異顯著，對年平均氣溫而言，第一階段的7年（1974～1980年）兩站溫差在0.8～0.9℃之間波動，平均溫差為0.8l℃。1981年因縣城規劃進行了遷址，遷址后溫差減小為0.38℃，之后的31年里兩站溫差一直在0.2～0.6之間波動，溫度序列較為穩定;直到2012年開始，隨著縣城經濟的飛速發展，測站周圍高大建筑逐年遞增，兩站溫差顯著增大，2015年達最大1.3℃，正是由于眉縣縣城發展和站址周邊觀測環境發生了變化，使得觀測資料失去了“三性”，不符合規范要求。因此，2016年1月1日再次遷址，由縣城中心遷至郊外。遷址后的兩年，兩站溫差明顯減小，但仍比標準溫差偏高0.3℃。對于年平均最高氣溫而言，第一時段（1974～1981年）兩站溫差與平均氣溫相同，平均溫差為0.75℃;第二時段（1981～2006年）兩站溫差在0.4～0.8℃之間波動，平均溫差為0.57℃;第三時段（2007～2015）兩站溫差在0.9～1.4℃之間波動，平均溫差為1.25℃;第四時段即遷址后的兩年兩站溫差下降顯著，平均溫差為0.6℃。對于年平均最低氣溫而言，第一時段（1974～1980年）兩站溫差在0.9～1.5℃之間波動，平均溫差為1.19℃;第二時段（1981～1986）兩站溫差在0.4～0.7℃之間波動，平均溫差為0.51℃;第三時段（1987～2011年）兩站溫差在0.2～0.6℃之間波動，平均溫差為0.36℃;第四時段（2011～2015年）兩站溫差在0.6～1.6℃之間波動，平均溫差為1.2℃;第二次遷址后的兩年兩站溫差下降顯著，平均溫差為0.85℃。

3.5氣溫差異原因

3.5.1測站周圍環境的變化

由于第一次遷址前溫度差異變化一致，因此重點分析第一次遷址后即1981～2017年氣溫差異的原因。第一次遷址后到第二次遷址前（1981～2015年），遷址初期測站位于郊外，觀測場四周開闊無遮擋，隨著社會經濟和眉縣縣城規模的飛速發展，使得眉縣站逐漸成為縣城中心地帶，人口密集，工業生產以及家庭生活等對大氣有增暖作用，即熱島效應使得兩站溫度差異增加。第二次遷址前后兩站溫度差異的原因之一是由于新站址緯度比原站址偏南2，海拔偏低26.8m，緯度偏南海拔偏低均可造成溫度偏高。

3.5.2下墊面性質的變化

第二次遷址前下墊面多為瀝青、水泥，熱容量和導熱率很大。而遷址后下墊面為植被覆蓋，熱容量和導熱率小，輻射冷卻更為強烈，從而使得兩站溫度差異減小。

3.6兩次遷址對眉縣氣候變化的影響

熱島效應和遷址使得眉縣站溫度年代變化趨勢不一致（表2）。眉縣站80年代與70年代相比，平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫均呈降溫趨勢，降幅分別為0.5℃、0.6℃、0.6℃，而參照站則不同，平均氣溫和最高氣溫為降溫趨勢，最低氣溫為升溫趨勢。90年代與80年代相比，眉縣站與參照站的平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫均為升溫趨勢，且參照站升溫幅度大于眉縣站。21世紀與90年代相比，眉縣站與參照站均為升溫趨勢，平均氣溫和最高氣溫增幅眉縣站大于參照站，最低氣溫增幅參照站大于眉縣站。而2001～2010年的這10年，眉縣站平均溫度、最高氣溫、最低氣溫的升溫幅度均明顯高于參照站。值得注意的是，2016年遷址后相比2015年遷址前，眉縣站平均氣溫升溫0.O℃，最高氣溫下降0.2℃，最低氣溫下降0.3℃，而參考站均為增溫，可見遷址是非常正確的。2017年與2016年相比二者變化相接近。

對眉縣站和參照站1974～2017年44年年平均氣溫差值、最高氣溫差值、最低氣溫差值進行了Mann-Kendall突變檢驗（圖5），得出平均溫度氣候突變點在1982年和2013年，平均最高氣溫氣候突變點在1981年和2010年，平均最低氣溫氣候突變點在1981年和2015年，均在遷址前后，說明兩次遷址改變了眉縣站的溫度序列。

4結論

（1）眉縣站44年來年平均氣溫和最高氣溫升幅比參照站明顯，最低氣溫升幅小于參照站。

（2）近44年兩站氣溫差值隨時間波動位相基本一致，且與眉縣站兩次遷址時間剛好對應。

（3）兩站年平均氣溫差值序列有3個不連續點，年平均最高氣溫差值序列有4個不連續點，年平均最低氣溫差值序列有5個不連續點，每個時段平均值差異顯著。其中，最顯著的兩個不連續點就出現在兩次遷址的時間節點上，導致眉縣站溫度年代際變化趨勢與參照站不同，氣候變暖突變時間點不一致。

（4）造成氣溫差異的主要原因是測站周圍環境的變化和下墊面性質的變化。