王麗娜，王若升，薛 啟，趙 慧

（平?jīng)鍪袣庀缶郑拭C 平?jīng)?44000）

甘肅崆峒國家基本氣象站（簡稱崆峒站）建址于1937年，由于各種原因，先后曾經(jīng)4次遷站，最近一次是由于城市建設的不斷擴展，舊址（1954年1月1日—2014年10月31日）周圍建筑物增加，氣象觀測資料的準確性、代表性受到較大影響，舊址的觀測環(huán)境已不具備地面氣象觀測要求的條件。為了保證氣象觀測資料的準確性、代表性和比較性，改善地面氣象觀測環(huán)境，于2014年11月1日崆峒站新址在平?jīng)鍪嗅轻汲菂^(qū)西西南方建成，為掌握新舊址因地理位置、海拔高度及周圍環(huán)境不同形成的兩地氣象要素差異，根據(jù)《地面氣象觀測規(guī)范》總則中站址遷移及對比觀測要求，于2015年12月31日與舊址開始進行對比觀測[1-2]，并于2017年1月1日正式啟用。

遷站會使臺站觀測環(huán)境發(fā)生改變，而觀測環(huán)境的改變又影響到觀測資料的連續(xù)性，關于這一點，很多學者做了相關研究工作，李又君等通過對比分析遷站前后觀測資料的差異[3-11]，方便恰當、合理地使用遷站前后氣象資料，以減少或避免資料由于城市化、非均一性等因素導致錯誤結論；石登科等對臺站遷徙前后長序列資料的均一性做了分析研究，并做了檢驗和訂正，這些工作為資料的訂正提供了依據(jù)[12-14]。而崆峒站也是因為受城市化影響，探測環(huán)境發(fā)生改變不符合觀測規(guī)范而搬遷，急需分析資料的連續(xù)性是否可用。本文以崆峒站新舊址12個月對比觀測資料為基礎，采用多種統(tǒng)計分析方法，重點分析新舊址氣溫差異及產(chǎn)生原因，了解氣溫要素資料變化情況，為氣象服務和科研工作者合理使用氣象資料提供參考。

1 新、舊址環(huán)境概況

崆峒站舊址位于甘肅省平?jīng)鍪行驴坡?號（市氣象局院內(nèi)），該地址已使用61 a。由于經(jīng)濟發(fā)展和城市規(guī)劃建設，觀測場周圍逐漸被住宅樓、酒店等建筑物包圍，氣象探測環(huán)境嚴重惡化，對基本觀測質(zhì)量造成嚴重影響，舊址環(huán)境已不能滿足《地面氣象觀測規(guī)范》中對氣象觀測站探測環(huán)境的要求。新址位于崆峒城區(qū)西南方，處在城區(qū)上風方，屬崆峒區(qū)柳湖鄉(xiāng)土壩村三里塬社，距舊址直線距離2.79 km，比舊址海拔高119.6 m（表1）。新址距舊址較近，兩站地形地貌基本相同，氣候代表性無大改變，資料同化性高。新址地勢平坦、視野開闊、氣流暢通，周邊無永久性人為建筑，探測環(huán)境評估得分95.6分，觀測環(huán)境較好，滿足《地面氣象觀測規(guī)范》中對氣象觀測站周圍環(huán)境的要求。

表1 崆峒新、舊址環(huán)境對比

2 資料及對比統(tǒng)計

平?jīng)鍪嗅轻紖^(qū)地處甘肅省東部，六盤山東麓，屬隴東黃土高原丘陵溝壑區(qū)，境內(nèi)西北高峻多山，東南丘陵起伏，中部河谷密布，地形較為復雜。尤其崆峒站新舊址的海拔高度相差達100 m以上，臺站遷徙會給觀測資料帶來一定的影響和差異。

本文資料為崆峒站2016年1—12月新、舊址同期逐時、日氣溫要素資料，統(tǒng)計出同期月氣溫（月平均氣溫、月平均最高氣溫、月平均最低氣溫、月極端最高氣溫、月極端最低氣溫）要素資料。采用方差、均值差異、相關與回歸、顯著性檢驗等統(tǒng)計方法[15]，分析了新舊址同期對比時段氣溫產(chǎn)生差異的原因。用差值統(tǒng)計方法，由新址觀測值減舊址觀測值得各月氣溫差值（表2）。

3 氣溫對比分析結果

3.1 月平均值

除個別月份外，新舊址月氣溫差值為負，說明新址氣溫一致比舊址低（表2）。新舊址月平均氣溫差值為-1.6～-0.2℃，月平均最高氣溫差值為-2.0～-0.8℃，月平均最低氣溫差值為-0.9～0.1℃，其中，平均氣溫和平均最高氣溫差值最大出現(xiàn)在4月，而平均最低氣溫差值最大出現(xiàn)在9月，說明平均最高氣溫對平均氣溫的影響更大。月極端最高氣溫差值為-2.1～-0.5℃，月極端最低氣溫差值為-2.0～0.7℃，最大差值分別出現(xiàn)在11月和3月，說明極端最高（最低）氣溫對平均氣溫的貢獻率不大。冷暖空氣過渡交替季節(jié)（春、秋季）兩地氣溫差異最大。

從新、舊址各月氣溫差值對比來看，新址氣溫較舊址偏低不超過2.1℃，導致新址氣溫偏低的原因有多方面，一方面新址比舊址海拔高119.6 m，會使新址比舊址氣溫低。另外，（郊外）觀測環(huán)境的改變也是導致新址氣溫偏低的主要原因之一。

3.2 月平均逐時氣溫

由圖1可見，新址比舊址溫度偏低，兩地最大溫差時段出現(xiàn)在12—18時，說明城市熱島效應白天大于夜間，1月差值最大，5月和7月變化趨勢基本一致。由圖2可以看出夜間風速較小，不利于空氣湍流交換，白天風速較夜間大，且新址風速大于舊址，不利于白天增溫，也使得兩地溫差增大。同時因最低氣溫一般出現(xiàn)在清晨，最高氣溫一般出現(xiàn)在白天午后，使得各月最高氣溫差值最大，平均氣溫次之，最低氣溫差值最小。

3.3 典型日的日平均氣溫

圖1 2016年1、5、7月新址與舊址一日內(nèi)逐時次月平均氣溫變化曲線

表2 崆峒新、舊址1—12月氣溫對比及差值 ℃

圖2 2016年1、5、7月新址與舊址一日內(nèi)逐時次月平均風速變化曲線

新、舊址有效對比觀測數(shù)據(jù)為341 d（1—12月，其中有25 d因新址自動站儀器故障導致觀測數(shù)據(jù)缺測或無效）。其中，新、舊址日平均氣溫差異|△T|≤0.5 ℃為 86 d（表3），完全相同的天數(shù)只有 6 d（6月4日，7月28日，10月2日，12月3日、5日、13日），這86 d可看作兩地平均氣溫沒有差異，這種情況占對比期總天數(shù)的25.2%；日平均氣溫差異|△T|在0.5～1.0℃的天數(shù)是127 d，占對比期總天數(shù)的37.2%；日平均氣溫差異|△T|≥1.0℃為128 d，占對比期總天數(shù)的37.5%。新、舊址日平均氣溫差異|△T|值大多數(shù)在1.0℃范圍內(nèi)。新、舊址日平均氣溫差異|△T|≥2.0℃的天數(shù)僅有1 d，為1月2日，溫差最大達2.8℃，可見出現(xiàn)這種情況的幾率很小。

表3 新舊址日平均氣溫差值統(tǒng)計

由圖3可見，全天兩地氣溫曲線近于重合，差異不明顯，夜間新址氣溫較舊址偏高，白天舊址較新址偏高。兩地日平均氣溫均為24.6℃，新址較前一日偏高1.4℃，較后一日偏高0.9℃；舊址較前一日偏高0.8℃，較后一日偏高0.4℃。該日無降水，水平能見度較好。新、舊址當日風向均為偏南風，平均風速分別為1.3、1.1 m/s，全日風向、風速均無大變化。新、舊址日平均氣壓分別為848.1、859.8 hPa，較前一日低 1.5、1.6 hPa，較后一日高 0.4、0.2 hPa。說明本地受熱低壓控制，適中的偏南風，帶走了局地熱量，舊址城市熱島效應則不明顯。

圖3 7月28日新、舊址氣溫日變化曲線

3.4 晴（雨）日溫差對比

考慮了晴（雨）因素時，新舊址日最高氣溫、最低氣溫、平均氣溫的差值見表4，無降水時，新址日最高氣溫較舊址平均偏低1.2℃，日最低氣溫較舊址平均偏低0.5℃，日平均氣溫較舊址平均偏低0.7℃；有降水時，新址日最高氣溫較舊址平均偏低1.1℃，比無降水時高了0.1℃，日最低氣溫、平均氣溫均較舊址平均偏低0.9℃，比無降水時低了0.4、0.2℃?？梢?，降水對兩地日最高氣溫差異影響不大，而對日最低氣溫差異影響較大，對日平均氣溫差異影響則介于二者之間。

表4 新址與舊址晴（雨）日溫度平均差值對比 ℃

4 新舊址氣溫要素差異影響顯著性分析與相關回歸

4.1 方差的顯著性檢驗

統(tǒng)計新舊址兩地氣溫觀測資料方差，并進行F檢驗，從表5計算結果F值可以看出，各月F值均落在接受區(qū)間內(nèi)（接受區(qū)間：n1=n2=31時，為（0.54，1.84）；n1=n2=30 時，為（0.53，1.88）），表明兩地氣溫方差無顯著差異。

表5 2016年1—12月氣溫資料F計算值

4.2 均值差異的顯著性檢驗

統(tǒng)計新舊址1—12月日最高氣溫、最低氣溫、平均氣溫均值，并對其差異進行顯著性檢驗，給定信度α=0.05，經(jīng)查 t分布表得 Tα=2.0，由表 6 得知|T|＜Tα，表明2組資料沒有顯著差異，其資料可以合并統(tǒng)計。

表6 2016年1—12月氣溫資料T計算值

4.3 相關與回歸

計算新舊址各月氣溫資料相關系數(shù)見表7，由表可見，氣溫相關性較好、系數(shù)基本在0.9以上，其中，平均最高氣溫相關性最大，平均氣溫相關性次之，平均最低氣溫相關性相對最小。對各月新舊址最高、最低、平均氣溫相關系數(shù)進行t假設檢驗，以α=0.05為顯著水平，自由度為n-2，計算得出t值，均遠大于查t值表得臨界值t0.05（2.05），可認為自變量和因變量之間有直線關系，即兩地各月最高氣溫、最低氣溫、平均氣溫之間存在直線關系。

以新址資料作為自變量，舊址訂正后資料作為因變量的回歸方程見表7。各月直線回歸方程及回歸系數(shù)，均通過檢驗，非常顯著。因此，利用直線回歸方程對新址資料做出訂正后，便可考慮合并計算，可以用于日常預報業(yè)務。經(jīng)過溫度回檢后，高溫準確率達99.4%，低溫準確率達97.1%。

5 新舊址氣溫要素差異分析

5.1 觀測環(huán)境

觀測環(huán)境的差異是造成觀測數(shù)據(jù)差值的主要因子。舊址周圍被住宅等建筑物包圍，而新址周圍空曠，無高大建筑物?！俺鞘袩釐u效應”造成舊址平均氣溫高達0.7℃。另外，由圖4可以看出，20世紀90年代以后氣溫一直居高不下，這與近10 a來測站周圍高層建筑物大量增加，觀測場所在位置，已從“郊區(qū)”逐漸變?yōu)椤俺菂^(qū)”是分不開的。

圖4 1951—2015年崆峒站舊址年平均氣溫變化曲線

5.2 海拔高度

新舊址的觀測場海拔高度不同，也會對氣象要素產(chǎn)生影響。根據(jù)氣溫隨海拔高度變化造成的溫度差異，可以按平均溫度垂直遞減率0.6℃/100 m來估算，崆峒站新址比舊址海拔高度高119.6 m，會導致溫度下降0.72℃，但這一數(shù)值與表1中的實測值有一定差異，這說明兩地氣溫差異不僅僅是由海拔高度變化引起的。

5.3 地形因素

新舊址相距2.79 km，地理位置的不同，會造成各氣象要素產(chǎn)生差異。平?jīng)鍪嗅轻紖^(qū)地形復雜，舊址在城區(qū)屬于平地，新址位于山地，周圍空曠，遮蔽物很少，對風的阻擋較小，而舊址與城區(qū)在同一地平線上，風速必然偏小，而風速的大小也是影響氣溫差異的原因之一。

表7 崆峒站新址與舊址氣溫直線回歸方程

6 結論

（1）對比分析崆峒站新舊址氣溫觀測資料發(fā)現(xiàn)，新址氣溫低于舊址。氣溫出現(xiàn)差異的主要原因是新舊址海拔高度、觀測環(huán)境、站址地形、測站下墊面性質(zhì)及熱島效應等多方面因素造成，且海拔高度及觀測環(huán)境的不同引起氣象要素的差異尤為顯著。

（2）對新舊址氣溫資料做相關分析，發(fā)現(xiàn)兩地1—12月氣溫變化趨勢高度一致，呈顯著正相關，其中有最高氣溫相關要好于最低氣溫的情況，且兩地氣溫資料均值差異不顯著，經(jīng)過訂正后仍可保持較好的資料連續(xù)性。

（3）在使用遷址前后的觀測站資料時，應充分考慮遷址氣象要素間的差值，才能保持資料的均一性，避免因為資料的非均一性造成研究分析結果的錯誤。