宋瑩華　于旭平　顏秉芝

摘要 通過對臨沭縣國家一般氣象站1962—2014年的氣溫、相對濕度、風(fēng)速、降水、日照、蒸發(fā)等氣象資料進行分析，探討探測環(huán)境變化對氣象要素的影響。結(jié)果表明：隨著觀測場周圍建筑障礙物的增多，臨沭站年平均氣溫增加，年平均風(fēng)速減小，年日照時數(shù)和年蒸發(fā)量減少，年平均相對濕度減小，年降水量相對變化不明顯。

關(guān)鍵詞 探測環(huán)境；變化；氣象要素；影響；山東臨沭

中圖分類號 P412.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）21-0191-03

氣象數(shù)據(jù)資料是通過固定安裝在地面氣象觀測場內(nèi)的各種儀器探測得到的，地面氣象觀測場場內(nèi)儀器安置和場外周圍環(huán)境必須符合觀測技術(shù)上的要求。氣象探測環(huán)境是為避開各種干擾，保證氣象探測設(shè)施準(zhǔn)確獲得氣象探測信息所必需的最小距離構(gòu)成的環(huán)境空間[1]，是氣象觀測數(shù)據(jù)代表性、準(zhǔn)確性、比較性的重要保證。中國氣象局《地面氣象觀測規(guī)范》對地面氣象觀測場環(huán)境條件要求：觀測場四周必須空曠平坦，避免建在陡坡、洼地或附近有高大建筑物的地方。但隨著城市化進程的不斷發(fā)展，城市住房建設(shè)使得氣象觀測場被高大建筑物包圍，氣象探測環(huán)境不斷受到影響和破壞，這樣觀測到的氣象數(shù)據(jù)與實際大氣數(shù)據(jù)有所偏差，逐漸失去代表性，影響了數(shù)據(jù)資料的應(yīng)用準(zhǔn)確性。近年來，有關(guān)研究表明探測環(huán)境變化對氣象要素的影響是十分明顯的[2-6]。通過對臨沭站氣象數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，研究探測環(huán)境變化對臨沭站氣象要素的影響及受探測環(huán)境變化影響的變化規(guī)律，為氣象資料的應(yīng)用和探測環(huán)境保護提供有意義的參考。

1 資料來源與處理方法

資料來源于臨沭國家一般氣象站1962—2014年氣溫、相對濕度、風(fēng)速、降水量、日照時數(shù)、蒸發(fā)量等53年氣象觀測數(shù)據(jù)（日照數(shù)據(jù)為46年，蒸發(fā)數(shù)據(jù)為45年），對以上數(shù)據(jù)進行求歷年值平均，5年滑動平均，進行變化趨勢分析，研究各氣象要素歷年變化規(guī)律。

2 站址概況

臨沭縣地處山東省臨沂市與江蘇省交界處，氣象站于1962年1月1日建站，地理位置位于臨沭縣夏莊鎮(zhèn)東南湖。建站時周圍觀測環(huán)境空曠，沒有高大建筑物，符合氣象探測環(huán)境要求。因城市規(guī)劃原因于1999年1月1日遷至臨沭鎮(zhèn)（原夏莊鎮(zhèn)）三八嶺。2008年以后觀測場四周相繼建成多處住宅樓，并栽種樹木，現(xiàn)址周邊逐漸形成居民生活區(qū)。觀測場已被建筑物、樹木包圍，致使該站氣象探測環(huán)境受到嚴(yán)重破壞。原址已不適合氣象觀測，臨沭站已被迫于2015年遷站。

由臨沭站觀測場舊址周圍障礙物距離高度比例圖可以看出整個觀測場幾乎都被高大障礙物包圍，形成特殊的局地小氣候條件，所觀測到的氣象資料已不能代表當(dāng)?shù)卮蠓秶臍夂蛱攸c，嚴(yán)重影響氣象探測資料的代表性、準(zhǔn)確性。

3 各氣象要素的變化與探測環(huán)境的關(guān)系

3.1 年平均溫度的變化

圖1為臨沭站1962—2014年平均氣溫變化趨勢圖，由圖可知，近53年臨沭年平均氣溫為13.5 ℃，整體呈現(xiàn)升高趨勢，每10年升高0.28 ℃，年平均氣溫最高值出現(xiàn)在2014年，為14.8 ℃。年平均氣溫最低值出現(xiàn)在1969年，為12.1 ℃。1990年以前氣溫資料序列比較均勻，變化幅度緩慢。1995年之后氣溫呈現(xiàn)連續(xù)上升趨勢，且均高于歷史平均值，年平均氣溫在逐年升高。按年代際劃分，1960年代和1970年代比多年平均值偏低0.4 ℃，1980年代比多年平均值偏低0.2 ℃，1990年代和2000年代比多年平均值偏高0.5 ℃，1988年以前年平均氣溫大多低于多年平均氣溫，1988年以后大多高于多年平均氣溫，并且與平均氣溫的差值增大，增溫趨勢明顯，這與全球氣候變暖大趨勢一致，但也與觀測環(huán)境影響有重要的關(guān)系。

經(jīng)與臺站歷史沿革資料對比發(fā)現(xiàn)，1999年臺站受城市規(guī)劃影響遷站，由建筑密集的市區(qū)遷往觀測環(huán)境相對較好的郊區(qū)。遷站前受周圍環(huán)境影響，1994—1999年氣溫較常年值偏高，遷站后觀測場周圍環(huán)境空曠，氣溫變化平緩，符合氣候自然變化規(guī)律。2011年觀測場現(xiàn)址西北方向300 m處規(guī)劃建設(shè)26層某單位宿舍樓，2012年觀測場南側(cè)170 m處規(guī)劃建設(shè)商品房（18層和24層），觀測場東方向至南、至西方向已被高樓大廈包圍，高大的建筑物致使該站氣象探測環(huán)境受到巨大影響，2011年后年平均氣溫升高明顯。觀測場周圍環(huán)境對氣溫的影響是很明顯的，建筑物的不斷增多、建筑物高度提升和與臺站觀測場距離縮短都是造成觀測場氣溫升高的重要因素[7]。白天建筑物受陽光直射，因熱容量小能夠強烈吸收太陽短波輻射而迅速升溫，其放射出的長波輻射就會加熱周圍空氣，使觀測場周圍氣溫升高。臨沭站2014年平均氣溫達(dá)到歷史最高值，充分顯示了周圍環(huán)境對氣溫的重要影響。

3.2 相對濕度的變化

圖2為歷年平均濕度變化趨勢圖，由圖2可知，1962—2014年歷年平均相對濕度為70%，相對濕度波動幅度較大，數(shù)值呈現(xiàn)逐年緩慢減小趨勢，每10年減小0.23%。年平均相對濕度最高值出現(xiàn)在1964年，為76%。年平均相對濕度最低值為65%，出現(xiàn)在1966年、1968年、1988年和2011年。臺站周圍建筑物的增加，地表植被和自然土壤面積減少導(dǎo)致地表蒸發(fā)加大，使相對濕度呈現(xiàn)減小趨勢，但可以判斷相對濕度受環(huán)境變化影響不明顯。

3.3 年平均風(fēng)速的變化

觀測站四周障礙物對風(fēng)向風(fēng)速的影響很大，周圍建筑物數(shù)量增多和高度增加會阻擋空氣的自然流動，造成觀測場附近的風(fēng)速變小。由圖3可知，臨沭站1962—2014年歷年平均風(fēng)速為2.8 m/s，年平均風(fēng)速呈現(xiàn)明顯減小趨勢，每10年減小0.27 m/s。按年代際劃分，1960年代平均風(fēng)速比多年平均值偏高1.0 m/s，1970年代比多年平均值偏高0.1 m/s，1980年代比多年平均值偏低0.8 m/s，1990年代比多年平均值偏低0.1 m/s，2000年代比多年平均值偏低0.1 m/s，2011—2014年比多年平均值偏低0.8 m/s。1980年代以后年平均風(fēng)速減小幅度較大，均低于歷年平均值，最小值出現(xiàn)在1991年，為1.8 m/s。風(fēng)速減小趨勢非常明顯。

觀測場周圍障礙物對風(fēng)的影響引起的偏差，表現(xiàn)于2個方面：一是對風(fēng)速的影響，即使很小的建筑物也能導(dǎo)致風(fēng)速的重大變化，尤其是在障礙物的背風(fēng)側(cè)；二是對風(fēng)向的影響，由于建筑物影響而產(chǎn)生的局地渦流被誤認(rèn)為是風(fēng)向的正常偏移。站址周圍建筑物的增多，對觀測場起到了屏障作用，加上渦流現(xiàn)象，就會導(dǎo)致風(fēng)向風(fēng)速的數(shù)據(jù)有較大的偏差[8]。臨沭站歷年年平均風(fēng)速呈現(xiàn)減小趨勢，主要是測站周圍障礙物增多使風(fēng)速減小造成的。從障礙物距高比圖中可以看出，臨沭站觀測場周圍幾乎被近處的樹木和遠(yuǎn)處的高樓大廈全部遮擋，形成較大的包圍圈，嚴(yán)重阻擋空氣的自然流動，導(dǎo)致觀測到的風(fēng)向改變，風(fēng)速變小。2011年后臨沭站風(fēng)速減小趨勢變大。

3.4 年降水量的變化

由臨沭站1962—2014年降水量變化趨勢圖看出，臨沭站1962—2014年年降水量呈現(xiàn)緩慢增加趨勢，每10年增加5.9 mm。歷年平均降水量為855.6 mm，年降水量最大值為1 320.8 mm，出現(xiàn)在1974年，年降水量最小值為522.1 mm，出現(xiàn)在1966年。降水量值年變化的增減趨勢不明顯，主要是氣候變化所致，臺站周圍環(huán)境變化對降水量影響不明顯。

3.5 年日照時數(shù)的變化

由圖4看出，1964—2014年臨沭站年日照時數(shù)整體呈現(xiàn)異常減少趨勢，每10年減少136.8 h。歷年平均日照時數(shù)為2 386.6 h，年日照時數(shù)最高值出現(xiàn)在1978年，為2 741.4 h。年日照時數(shù)最低值出現(xiàn)在2014年，為1 878.1 h。按年代際劃分，1960年代平均日照時數(shù)比多年平均值偏多189.3 h，1970年代比多年平均值偏多159.4 h，1980年代比多年平均值偏多126.6 h，1990年代比多年平均值偏少95.3 h，2000年代比多年平均值偏少232.7 h，2010年代比多年平均值偏少345.5 h。1990年代以后年日照時數(shù)減少幅度較大，均低于歷年平均值，主要階段是1999年后。觀測場周圍建筑物和樹木對日照時數(shù)影響很大，東北方向楊樹林2處（仰角分別為4.5°和6.5°，視寬角分別為34.3°和6.4°）；東南方向為楊樹林（仰角12.0°，視寬角93.4°）；西方向為工藝品廠房2座、中創(chuàng)大廈（仰角9.0°，視寬角4.6°），某單位辦公樓；西北方向300 m處為某單位宿舍樓2座（仰角分別為10.7°和15.1°，視寬角分別為5.4°和9.2°）。東北和東南方向的楊樹林阻擋了部分日光，夏季日出時間較早，會延遲日出后日照時數(shù)的感光，西方和西北方向的建筑物會影響太陽落山前的日照時數(shù)，特別是冬季由于太陽高度角低，日照時數(shù)受環(huán)境影響較大。

3.6 年蒸發(fā)量的變化

由臨沭站1962—2014年蒸發(fā)量變化趨勢圖看出，年蒸發(fā)量總體呈現(xiàn)下降趨勢，每10年減少56.2 mm。年平均蒸發(fā)量為1 510.3 mm，年蒸發(fā)量最大值為1 902.3 mm，出現(xiàn)在1965年，年蒸發(fā)量最小值為1 230.7 mm，出現(xiàn)在2003年，年蒸發(fā)量的減少主要和日照時數(shù)、平均風(fēng)速、氣溫日較差、相對濕度和降水量等因素有關(guān)[9]。年蒸發(fā)量的減少與年日照時數(shù)的減少、年平均風(fēng)速的減小密切相關(guān)，前文分析臨沭站年平均風(fēng)速呈現(xiàn)減小趨勢，年日照時數(shù)呈現(xiàn)減少趨勢，這與申雙和等[10]分析的近45年來影響中國蒸發(fā)皿蒸發(fā)量的主要因子為風(fēng)速和日照時數(shù)的結(jié)論基本一致。

4 結(jié)論

臨沭站周圍高大建筑物建設(shè)等環(huán)境變化導(dǎo)致氣象觀測要素的改變，主要有：①年平均氣溫呈現(xiàn)逐年升高趨勢，且在環(huán)境惡化加快的年份，氣溫升高趨勢加快。②年平均相對濕度呈現(xiàn)減小趨勢，但變化趨勢緩慢，可以判斷相對濕度受環(huán)境變化影響不明顯。③年平均風(fēng)速呈現(xiàn)明顯減小趨勢，每10年減小0.27 m/s，受周圍高大建筑物影響，2011年后風(fēng)速減小趨勢變大。④年降水量呈現(xiàn)緩慢增加趨勢，降水量值年變化的增減趨勢不明顯，主要是氣候變化所致，臺站周圍環(huán)境變化對降水量影響不明顯。⑤臨沭站年日照時數(shù)整體呈現(xiàn)異常減少趨勢，每10年減少136.8 h。日照時數(shù)受周圍環(huán)境影響較大。⑥年蒸發(fā)量總體呈現(xiàn)下降趨勢，年蒸發(fā)量的減少與年日照時數(shù)的減少、年平均風(fēng)速的減小密切相關(guān)。

觀測場周圍環(huán)境變化使觀測到的氣象記錄產(chǎn)生了偏差，造成獲得的氣象數(shù)據(jù)不能真實反映本站大范圍的自然氣象狀況，即所得氣象資料失去了代表性、準(zhǔn)確性和比較性。各地應(yīng)加強保護探測環(huán)境意識，加大保護臺站探測環(huán)境力度，保持氣象站址的長期穩(wěn)定性，減少氣象探測環(huán)境對氣象要素的影響，獲取準(zhǔn)確的氣象觀測數(shù)據(jù)，為天氣預(yù)報、氣候分析和氣象服務(wù)提供重要的依據(jù)。

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