洛川国家基准气候站二次迁站观测数据对比评估

2017-08-02蒋小莉王凌军雷延鹏李生袖

陕西气象 2017年4期

关键词：洛川本站差值

蒋小莉，王凌军，雷延鹏，李生袖

(延安市气象局，陕西延安 716000 )

洛川国家基准气候站二次迁站观测数据对比评估

蒋小莉，王凌军，雷延鹏，李生袖

(延安市气象局，陕西延安 716000 )

对洛川国家基准气候站(53942)第二次迁站后的3号站与第一次迁站后的2号站，2015—2016年气温、降水量、相对湿度、平均风速等观测资料进行差异对比评估，并对两次迁站前后3个站点的观测资料进行显著性T检验。结果表明：3号站与2号站平均气温差异不明显，3号站最高气温高于2号站，最低气温低于2号站，相对湿度差异变化在2%左右，2分钟平均风速3号站小于2号站，风向一致性较差，受地形影响明显。迁站前后3个站点温度、相对湿度资料序列可合并使用；本站气压、降水量仅1号站(第一次迁站前的旧站)与2号站的资料序列可合并使用，但经气压高度差订正后的本站气压3个站点资料序列可合并使用；2分钟平均风速资料不可合并使用。3个站点降水量的序列分析待3号站降水量资料完善及序列增加后再行评估。

气象站迁移；观测数据；差异；对比评估

洛川国家基准气候站始建于1954年11月1日，到2012年12月31日站址一直未变。建站近60 a来随着县域经济的不断发展，县城规模的不断扩大，使得原本处于“郊外”的洛川国家基准气候站(以下简称1号站)，逐渐发展为人口活动密集的县城中心，其周边高大建筑物逐年增加，气象数据逐渐失去了代表性。为了全面改观地面观测环境，2013年1月1日洛川国家基准气候站由洛川县城北关迁移至洛川县城关五队桥西路口迎宾大道南侧“郊外”(以下简称2号站)。由于洛川县城市规划的重新调整，洛川国家基准气候站被迫于2015年1月1日再次由2号站迁移到洛川县凤栖镇芦白村西“郊外”(以下简称3号站)。3号站从2015年1月1日开始进行对比观测，已满2年。为了掌握二次迁站前后由于地理位置、海拔高度、周边环境变化所产生的气象要素的差异，根据中国气象局《国家级地面气象观测站迁建撤站暂行规定》[1]要求，1号站、2号站、3号站分别进行相关气象要素的对比观测。王鹏等2015年对1号站和2号站的数据进行了对比分析[2]，本文仅对2号站、3号站2015—2016年气温、降水量、相对湿度、风速(2分钟)的日值、月值、年值和定时观测2分钟风向等进行对比评估。对3个站点月平均值和年平均值进行资料序列的显著性检验，探讨其差异，为使用气象资料提供依据。

1 资料与方法

1.1 观测环境概况

1号站地理位置为35°49′N，109°30′E，观测场海拔高度1 159.8 m，气压感应部分海拔高度1 161.0 m，风速感应器距地高度10.1 m。1号站位于县城重点发展中心，观测场东面和北面为高大建筑物密集区，西面40余m处为沟壑区，沟深近百米，宽数十米，为东西走向。2号站地理位置为35°46′N，109°25′E，观测场海拔高度1 155.9 m，气压感应部分海拔高度1 156.9 m，风速感应器距地高度10.5 m。观测场位于1号站的西北方，直线距离1.2 km，四周空旷，但西北方和南方为沟壑区，且距离观测场仅20余m。观测场海拔高度较1号站低3.9 m，气压感应部分海拔高度较1号站低4.1 m。3号站地理位置为35°47′N，109°22′E，观测场海拔高度1 090.0 m，气压感应部分海拔高度为1 090.9 m，风速感应器距地高度10.5 m。观测场位于2号站的西北方，直线距离4.9 km，四周空旷、平坦，观测场海拔高度较1号站低69.8 m，较2号站低65.9 m；气压感应部分海拔高度较1号站低70.1 m，较2号站低66.0 m。

1.2 资料和方法

利用2号站、3号站2015年1月1日—2016年12月31日气温(平均气温、最高气温、最低气温)、降水量、相对湿度、平均风速(2分钟)的日值、月值、年值和定时观测2分钟风向等资料进行对比评估[3]。分别计算温度、相对湿度、风速的日平均差值，并统计月和年差值平均值及差值标准差，统计对比期降水量的累计相对差值、定时观测2分钟风向的相符率(风速>0.2 m/s时，才统计风向相符率。两站址风向角度差<22.5°即认为两者相符)。利用T检验方法对1号站1993—2012年、2号站2013—2016年、3号站2015—2016年本站气压、平均气温、降水量、平均相对湿度、平均风速(2分钟)的月平均值和年平均值资料序列进行显著性检验。

2 气象要素月(年)数据对比评估

计算3号站与2号站2015年、2016年日平均气温、日最高气温、日最低气温、日平均相对湿度、2分钟日平均风速的差值，并统计求取月、年差值平均值和差值标准差,见表1和表2。差值为正值表明3号站所测要素值高于2号站，差值标准差表明所测要素的稳定性，数值越小说明资料围绕平均值的平均变化幅度越小，即稳定性越好。

2.1 气温

从表1可看出，2015—2016年3号站与2号站日平均气温差异最小，无明显季节变化，差值月平均为-0.4～0.2 ℃，差值年平均为0.0 ℃。日最高气温3号站各月均高于2号站，2015年差异为0.1～0.6 ℃，2016年为0.0～0.7 ℃，年平均差异均为0.4 ℃。日最低温度3号站各月均低于2号站，2015年和2016年差异均为-0.1～0.9 ℃，其中2015年1月，2016年2月、5月差异最大达-0.9 ℃，年平均差异均为-0.5 ℃。由表2可看出， 2015年、2016年日平均气温和日最高气温标准差接近，日最低气温标准差相对较大，最低气温数据相对不够稳定。

2.2 相对湿度

从表1可看出，日平均相对湿度2015年1—4月、11月3号站低于2号站，月最大差异为2%，其余月份3号站相对湿度值高于2号站，月最大差异为1%，年平均无明显差异。2016年总体表现3号站相对湿度高于2号站，6月差值最大为2%，年平均差异为1%。从表2可看出，2015年、2016年相对湿度标准差变化比较平稳，数据相对稳定。

表1 洛川3号站与2号站各要素月(年)差值平均值

表2 洛川3号站与2号站各要素月(年)差值标准差

2.3 风速

从表1可看出，2分钟日平均风速2015—2016年各月差值均为负值，表明3号站风速小于2号站，冬春季差值较大，最大达1.1 m/s，这与2号站四周空旷，西北方和南方距离观测场20余m为沟壑区有密切关系。从表2得出2分钟日平均风速差值标准差变化较稳定，变化幅度平缓。

2.4 风向

从表3可看出，3号站与2号站2015年风向相符率为55%，相符率4月最大为64%，最小为11月，仅有38%；2016年两站风向相符率为63%，最大12月为70%，最小5月为55%。可见3号站与2号站风向一致性较差，也由此证明了风向受地形影响较为明显。

表3 洛川3号站与2号站对比期风向相符率 %

2.5 降水量

由于3号站气象观测为无人值守站，降水量在1—4月、11—12月不观测，而且在2016年5—10月降水量观测期内有12 d降水量缺测，2015年降水日数缺测率达37.5%，2016年达46.0%，因此降水量累计相对差值统计评估无意义。

3 资料序列的显著性检验

3.1 1号站与2号站资料序列显著性检验

利用T检验方法[4]，对洛川1号站20 a(1993—

2012年)观测资料的平均值和2号站4 a(2013—2016年)的平均值进行显著性检验，给定显著性水平为α=0.05，T0.05=2.074。检验要素包括平均本站气压、平均气温、降水量、平均相对湿度、平均风速的月值和年值。从表4可看出，本站气压、平均温度、降水量、平均相对湿度通过了T检验，但2分钟平均风速未通过T检验，充分说明了地形是影响风向风速的主要因素之一。检验结果表明，1号站与2号站本站气压、平均温度、降水量、平均相对湿度资料可合并使用，平均风速资料不可合并序列使用。

表4 洛川1号站与2号站各要素T检验结果

3.2 1号2号站与3号站资料序列显著性检验

同理，利用1号站、2号站22 a(1993—2014年)与3号站2 a(2015—2016年)的本站气压、平均温度、平均相对湿度进行T检验。从表5得出洛川1号站、2号站与3号站平均温度、平均相对湿度通过了α=0.05的显著性检验，但本站气压未能通过T检验，差异显著。检验结果表明，1号站、2号站与3号站平均温度、平均相对湿度资料可合并使用，本站气压资料不可合并序列使用。

表5 洛川1号站、2号站与3号站各要素T检验结果

3.3 本站气压高度差订正

按照《地面气象观测规范》[5]，站址迁移后，新旧站气压感应部分的拔海高度差在1.5～100.0 m以内时，水平距离未超过50 km，可对迁站前本站气压高度差进行订正。订正公式为

Δp=p1(e-0.034 15Δh/t1-1)，

式中Δp为本站气压高度差订正值(hPa)；p1为迁站前历年各月平均本站气压(hPa)；t1为迁站前历年各月平均温度(K，绝对温度)；Δh为迁站前、后气压感应部分的海拔高度差。利用上述公式对气压高度差进行订正，订正值见表6。按照高度差订正后的本站气压资料进行α=0.05的T检验，从表6可看出差异不显著，即经过气压高度差订正后的本站气压1号站、2号站、3号站的序列资料可合并使用。