黔东地区基本气象站选址与拟迁新站气象要素对比分析

黔东地区基本气象站选址与拟迁新站气象要素对比分析

1电梯楼下垫面环境铜仁市碧江区的基本气象站位于铜仁市碧江区。自1954年迁至该市以来，已经收集了59a的气象数据。该网站最初的探测环境良好。然而，随着城市建设的发展，在西、北、以东500米范围内，有7栋高层的高层电梯楼和大量的中、低建筑，周围逐渐进入城市建筑的周边地区。周围的底部都是水泥地板，探测环境受到严重破坏。经中国气候局批准，该站将迁往璧江区郊区云东坂山顶。周围的环境相对较宽，视野开阔，底部没有受到人为破坏。新网站的探测环境良好。两个网站之间的距离约为1公里，高差为70.5米。本文利用新址和现址的自动观测资料,采用差值统计法对各气象要素进行对比分析,找出两站址之间的气象要素差异,并对因观测环境变迁引起气象要素差异的主要原因进行初步探讨,为观测资料的订正及延续应用提供借鉴依据。2自动观测资料针对气候资料在实际工作中的应用情况,本文采用的主要资料为铜仁站(现址和新址)2012年1、4、7月3个月的同期气压(上、中、下旬及月平均本站气压和极端最高、最低本站气压)、气温(上、中、下旬及月平均气温、月极端最高、最低气温)、相对湿度(月平均相对湿度、最小相对湿度)、降水量(各旬、月降水总量、各月1日最大降水量)、风向风速(10min平均风向风速)等自动观测资料。采用差值统计方法,以新址值减现址值得到1、4、7月各相关要素的差值。3新版本与旧版本的气象要素差异分析3.1参数估计与结果分析空气温度是代表大气冷热程度的物理量,它的变化能够反映局地环境的改变或差异。从表1中可看出,新址月平均气温、日最高最低平均气温在2012年1、4、7月份均比旧址偏低0.7~0.8℃,且差值较稳定,无明显波动和振荡现象出现,说明2套自动站设备运行状况良好,数据采集精度高,资料可用性强。但从极端气温的对比分析来看,新址和现址的差异较明显,其中1月份无论是极端最高或是极端最低气温,新址都比现址偏低较多,分别偏低-1.6℃和-1.2℃,随着气温的不断升高,其差值逐渐缩小,极值出现的时间也相同,体现了较好的时间一致性。经分析,产生温度差异的原因主要来自以下3个方面:一是新址和现址观测场拨海高度不同会产生温度差异,由于气温是随拨海高度升高而降低的,按照平均气温垂直递减率0.65℃/100m来计算,新址拨海高度比现址高出70.5m,高差会导致温度下降0.46℃,这一数值与所统计的实测差值有一定差异,偏小0.34℃,说明两站的气温差别除了拨海高度引起变化外,还有其它方面的因素影响;二是两站周围环境的不同影响着温度的变化,由于现址位于铜仁市碧江区老城区,人口稠密,建筑密度大,受居民生活、汽车尾气排放等因素影响,有较明显的城市热岛效应作用;而新址位于城郊的山顶上,远离居民闹市区,受人类活动影响较小,观测场地势较高,四周开阔,人为干扰小,因此城市的热岛增温作用是造成现址气温高于新址的主要因素之一;三是不同下垫面性质也会产生温度差异,现址下垫面多为水泥地面,热容量和导热率都较大,而新址为绿色地面,辐射冷却较为强烈,也是导致产生温差的原因之一。3.2偏低回归系统中hpa/回收率气压就是大气压强或压力,气压的变化一定程度上可以反映大气的密度变化,与水汽含量、风速、对流强度等密切相关。从表2中容易看到,各月各旬平均气压及最高、最低气压的月平均数值及全月极端最高最低气压数值均为新址明显低于现址,且数据偏低较多,在-7.8~9.2hPa之间。在1月份气压月平均值新址偏低最大,差值达-8.9hPa,4月次之,偏低8.3hPa,7月偏低最小,低8.0hPa。月最高最低平均气压和极端最高最低气压差值的变化趋势均与平均气压的变化规律一致,且差值稳定,波动幅度小,气压极值出现日期也完全相同,产生差异的原因主要为气压随拨海高度升高是降低的,由于新站址观测场海拔高度比旧站址高70.5m,在近地面层中,气压随海拔高度的变化可以根据拉普拉斯气压高度差简化订正公式△P=–△H/8来计算,计算结果为△P=–8.8hPa,与1、4、7月的月平均气压实测差值-8.0~-8.9hPa是相符的,说明引起气压变化差异的因素主要是海拨高度,而其它因素影响很小。3.3湿度特征和新现象值相对湿度是表征大气干湿程度的物理量,与水汽含量直接相关,空气湿度的变化一定程度上可表征天气变化,既是大气的一个重要物理量,也是构成天气气候要素之一。从表3可看出:除7月下旬新址平均相对湿度比现址要小外,其它各旬平均相对湿度新址比现址都要大,差异最大在1月、4月中旬和7月上中旬,均偏大6%;在全月平均值中,4月新址和旧址相对湿度差异最大,新址平均大于现址5%,1月次之,偏大4%,7月偏大3%,差值最小。月相对湿度最小值新现址7月相差最大,新址大于现址7%,1月和4月差值相同,均偏大4%,且1、4、7月最小值出现日期均一致。综合来看:相对湿度总体上是新址大于现址,春季差值最大,冬季次之,夏季最小。相对湿度偏大的原因主要是新址四周及下垫面植被覆盖率显著高于现址,由于植物的蒸腾作用使新址上空含水量增加,从而增大了空气中的相对湿度。3.4最大风速风向表4是用EL型自记风24次10min风速风向平均观测统计结果,资料表明:新址风速比现址明显偏大,月平均偏大0.6~1.0m/s,一日最大风速亦是新址比旧址风速偏大,数值偏大3.5~5.8m/s,且在风速越大时新址偏大越明显,在新址风速达到10.3m/s时,现址只有4.5m/s。全月最大风速风向及出现日期差异也很大,只有1月份的一日最大风速风向接近,仅偏差一个方位,出现日期也相同,静风频率新址则是明显少于现址,月最多风向方位差异大,除1月份新址最多风向与现址第2最多风向同为ENE风向外,4月、7月2站的最多风向都不是同一风向,而月最多风向频率新址较旧址低,在7月偏低最明显,偏低12%,说明旧址的风速偏小,而新观测场的风更具多样化,静风出现得更少。出现这种明显的差异,主要是由于现址观测场四周高层建筑物的遮挡造成的,影响现址观测场风向风速的高层建筑物主要分布在西南方向、西面、北面及东北面,这些建筑物距离观测场均在500m范围内,其高度均超过25层。这些高层建筑物不仅造成现址风速严重偏小,静风频率出现严重偏大,而且还不同程度地改变了风向,是造成与新址风向风速差异偏大的主要因素。3.5地小气候特征降水量可反映一个地方的雨水丰沛程度,尽管降水的形成机制较复杂,既受大气环流影响,也受地面环境因素制约,但表3基本能反映出局地小气候特征及其差异。从降水对比观测资料看到:降水量1月和7月新址略多于旧址,而4月份则相反,但差值都很小,经分析主要是由于自动站雨量传感器测量误差所致,从表5中可看出,只有在强降水时才产生较大差值,主要是受地形及降水过程时天气系统的差异影响造成强降水时新址降水明显多于现址。3.6地面和冬季温度比较从表6统计结果看出:1月和7月地面温度不论是上、中、下旬平均值、月平均值,还是日最高最低平均值新址均比现址偏低,差值范围在-0.1~-1.5℃之间,而4月份除了日最低平均值新址略低于现址外,其余均比现址偏高,差值范围在0.2~1.7℃之间,而地面极端最高最低温度出现日期两站基本一致,都出现在同一天当中,分析结果表明:冬季和夏季现址地面增温效果还是明显的,主要是受城市热岛效应的影响所致,而春季由于冷暖空气频繁交替,温度变化差异大,是导致新址地面温度高于现址的因素之一。4气象要素的对比①新址和现址气象要素值存在着明显偏差,造成这些差异的主要因素除了两址的海拨高度不同造成的影响外,还有就是两址的气象探测环境不同而造成的差异,特别是现址四周被各种高低层建筑包围,下垫面人为硬化等环境破坏现象严重影响了四周空气的流通,呈现一定的城市热岛效应,造成现址气象资料的代表性越来越差;而新址则处于城郊海拔较高的气流通畅的山顶,四周绿地面积较多,无影响观测的障碍物,能够真实地探测到各气象要素的变化,真实地反映出当地的天气气候变化环流状况。②铜仁站在2012年1、4、7月新址和现址同期对比观测的结果表明:新址的月平均气温比现址偏低0.8℃,气压偏低8.0~8.9hPa,新址的相对湿度比现址偏高3%~5%,风速则比现址偏大0.6~1.0m/s,且新址的静风出现频率明显比现址偏小,而小量级的降水差异不大,强降水时新址则比现址明显偏多,地表温度1月和7月新址比现址均偏低,而4月则出现相反情况,说明现址在冬季和夏季呈现