薊州國家氣象觀測站遷站數據對比分析及評估

黃金穎 張 虹 趙 然 孫小林

（1天津市薊州區氣象局，天津 301900；2天津市薊州區預警信息發布中心，天津 301900）

地面氣象觀測是指對地球表面一定范圍內的氣象狀況及其變化過程進行系統、連續的觀察和測定，可為深入做好本地區天氣預報、氣候分析和研究以及積極開展本地區氣象決策服務工作提供重要基礎[1-2]。地面觀測資料具有代表性、準確性、比較性，而周邊探測環境的變化直接或間接影響觀測資料的代表性、準確性和比較性。隨著社會經濟發展、城市化加快以及周邊建設規劃的推進，薊州國家氣象觀測站四周探測環境有了很大變化，對氣象探測資料的代表性和準確性產生了一定影響。為了解薊州國家氣象觀測站站址遷移前后觀測資料的差異，正確利用遷站前后觀測資料，根據相關文件規定和關于站址遷移及其對比觀測的有關規定，新址、舊址需要同時進行平行對比觀測。

1 研究區概況與研究方法

1.1 新、舊觀測場探測環境概況

薊州國家氣象觀測站舊址的地理位置為東經117°24'、北緯 40°02'，觀測場海拔高度 15.7 m。 由于城市建設的快速發展，氣象站周邊也規劃為城市重點發展區域，周圍建筑物不斷增加，人口也逐漸密集，對氣象探測環境影響較明顯，已經不符合探測環境的要求。為了保證氣象觀測資料的代表性、準確性、比較性，新建觀測場位于舊址東方約3.6 km處的漁陽鎮七里峰村南（地理位置為東經117°26'57″、北緯 40°02'52″，觀測場海拔高度 32.0 m），二者均屬山前平原地帶，地勢平坦，東側、南側、西側均為農田，四周開闊。在開展對比觀測之前對新站的探測環境進行綜合評估，綜合得分92.2分，符合氣象觀測場探測環境的要求。新址開展對比觀測時間為2014年12 月 31 日 20：00（世界時）。

1.2 資料來源與方法

本文通過選取2015年1—12月新、舊觀測站的逐日氣象觀測資料，選取觀測要素有氣溫（最高、最低）、降水量、相對濕度、風向、風速，采用差值、差值標準差、降水量累計相對差值、風向相符率及顯著性檢驗等方法對新、舊站址平行觀測時期的數據進行綜合分析及評估[3-7]。

2 結果與分析

2.1 各要素資料差值及標準差

2.1.1 氣溫。通過對薊州國家氣象觀測站新址與舊址氣溫（表1）對比發現，新址各月氣溫（平均氣溫、最低氣溫、最高氣溫）均低于舊址，其中最低氣溫幅度相差最大，最低氣溫在1月、10月相差較為明顯；其次為平均氣溫，年相差幅度為-1.4℃，以8—10月相差較大；最高氣溫年相差幅度相對最小，為-0.9℃。分析新址氣溫低于舊址的原因：一是氣溫隨海拔高度升高而降低，而新址海拔高度較舊址高16.4 m，但溫度降低幅度較小；二是觀測站周邊探測環境的影響，舊址位于城區中心的商業街，為人口稠密區，其周邊城市建筑密集，商業活動較多、交通運輸發達，而新址位于城郊，遠離居民生活區，再加上觀測場地勢較高、四周開闊，因而新址的氣溫普遍比舊址低。城市熱島效應可能是新址氣溫相對低于舊址的主要原因。

表1 薊州國家氣象觀測站新、舊址氣溫差值及差值標準差 單位：℃

通過計算差值標準差發現，新、舊址氣溫（平均氣溫、最低氣溫、最高氣溫）年差值偏離平均狀況的幅度并不大，其中最高氣溫的年差值最小，僅為0.4℃；平均氣溫月差值標準差為0.3～1.0℃；最低氣溫月差值標準差波動較大，為0.8～1.8℃。綜合分析，新址氣溫觀測值與舊址具有一致性。

2.1.2 降水量。分析新址與舊址月降水量數據（表2）可知，新址夏季（6—8月）降水量多于舊址，差值平均值為0.1～1.6 mm；4月、12月與舊址降水量持平，其余月份新址降水量均少于舊址；差值平均值整體相差不明顯，差值年均值為-0.2 mm；9月差值平均值最明顯，為-2.6 mm。從表2的差值標準差來看，除7月、9月標準差較大外，其余月份差值標準差均較小，降水量年差值標準差僅為2.9 mm。綜合分析，新、舊址降水量觀測值具有一致性。降水差異原因可能為下墊面不同，且夏季降水局地性比較明顯。

表2 薊州國家氣象觀測站新、舊址各氣象要素對比

2.1.3 相對濕度。分析發現，薊州國家氣象觀測站新址相對濕度大于舊址，其中9月差值表現為最大，而其年均值僅為5.1%。分析差值標準差（表2）發現，新、舊址的差異偏離平均狀況不明顯。總體來看，新、舊址相對濕度觀測值具有一致性。相對濕度有差異的原因主要有新址周邊綠化覆蓋率較高，且新址的氣溫普遍比舊址低，絕對濕度相同時，溫度低則相對濕度大。

2.1.4 2 min平均風速。通過對薊州國家氣象觀測站新、舊站址2 min平均風速進行差值及差值標準差分析發現，2 min平均風速月均值差異幅度并不大，除1—4月外，其他月份僅為0.1～0.4 m/s，年均值僅為0.4 m/s。分析其差值標準差也發現，新、舊址風速觀測數值差異不大，月差值標準差最大為0.4 m/s，年差值標準差為0.3 m/s。因此，新、舊址2 min平均風速觀測值具有一致性。新址平均風速較舊址稍大的原因主要為新址四周環境較開闊，周圍建筑物遮擋少。

2.2 降水量累計相對差值

通過計算薊州國家氣象觀測站新、舊址降水量累計相對差值發現，除了4月、6—8月以外，新址降水量均小于舊址，二者差異偏離舊址的年平均幅度達到-26.9%（圖1）。從逐月來看，累計相對差值較大的為1月、3月。這2個月舊址降水量分別為1.6、2.2 mm，降水量不大，且降水量受局地性影響比較大。新址沒有出現有效降水，因而1月、3月降水量累計相對差值較大。另外，9月和11月的降水量累計相對差值也較大，為-55.9%～-55.8%。

2.3 風向相符率

對新、舊站址的逐日風向相符率進行分析發現，觀測期間有159 d定時風向角度差＜22.5°、相符率達到50%以上，占統計日數的43.6%。對新、舊址定時風向的對比發現，當同一時次風向出現不一致情況時，兩者的大背景風向表現為一致。因此，新址與舊址的定時風向一致性較高。

2.4 顯著性檢驗

利用舊址1997—2016年的平均氣溫、相對濕度、平均風速、降水量等月（年）值序列，與新址2015年各要素對應的月（年）值進行差異顯著性檢驗（表3）。各要素年值檢驗結果發現，平均氣溫、平均相對濕度、平均降水量年值未通過差異顯著性檢驗，而年平均風速通過差異顯著性檢驗。這表明新、舊址年平均氣溫、年平均降水量和平均相對濕度差異較小，連續性較好，平均風速連續性相對較差。各要素月值檢驗結果發現，2月的平均風速和9月、11月、12月的平均相對濕度t檢驗結果大于Tα=0.05=2.086，除11月平均相對濕度大于Tα=0.01=2.845有極顯著差異外，其他月份數據差異較小。這表明新址觀測資料連續性相對較好，可以與舊址觀測資料合并使用。

表3 薊州國家氣象觀測站新、舊址各氣象要素顯著性檢驗

3 結論與討論

對比薊州國家氣象觀測站新址和舊址的觀測資料得出：新址和舊址的氣溫、降水量、相對濕度、風向、風速差異不大，一致性較高。對降水量累計相對偏差及各要素差異顯著性檢驗分析發現，受探測環境影響，新、舊址個別月份相對濕度、風速觀測數據差異明顯。綜合分析，新址遠離城區，周邊無高層建筑等障礙物遮擋，人員和活動相對較少，探測環境相對舊址更具優勢；且新址與舊址處于同一氣候區，觀測資料具有可用性，新址能夠更好地代表該區域的氣候特征，站址遷移基本不會對開展的各項業務造成較大影響。