黔東地區(qū)基本氣象站選址與擬遷新站氣象要素對比分析

黔東地區(qū)基本氣象站選址與擬遷新站氣象要素對比分析

1電梯樓下墊面環(huán)境銅仁市碧江區(qū)的基本氣象站位于銅仁市碧江區(qū)。自1954年遷至該市以來，已經(jīng)收集了59a的氣象數(shù)據(jù)。該網(wǎng)站最初的探測環(huán)境良好。然而，隨著城市建設(shè)的發(fā)展，在西、北、以東500米范圍內(nèi)，有7棟高層的高層電梯樓和大量的中、低建筑，周圍逐漸進入城市建筑的周邊地區(qū)。周圍的底部都是水泥地板，探測環(huán)境受到嚴重破壞。經(jīng)中國氣候局批準，該站將遷往璧江區(qū)郊區(qū)云東坂山頂。周圍的環(huán)境相對較寬，視野開闊，底部沒有受到人為破壞。新網(wǎng)站的探測環(huán)境良好。兩個網(wǎng)站之間的距離約為1公里，高差為70.5米。本文利用新址和現(xiàn)址的自動觀測資料,采用差值統(tǒng)計法對各氣象要素進行對比分析,找出兩站址之間的氣象要素差異,并對因觀測環(huán)境變遷引起氣象要素差異的主要原因進行初步探討,為觀測資料的訂正及延續(xù)應(yīng)用提供借鑒依據(jù)。2自動觀測資料針對氣候資料在實際工作中的應(yīng)用情況,本文采用的主要資料為銅仁站(現(xiàn)址和新址)2012年1、4、7月3個月的同期氣壓(上、中、下旬及月平均本站氣壓和極端最高、最低本站氣壓)、氣溫(上、中、下旬及月平均氣溫、月極端最高、最低氣溫)、相對濕度(月平均相對濕度、最小相對濕度)、降水量(各旬、月降水總量、各月1日最大降水量)、風向風速(10min平均風向風速)等自動觀測資料。采用差值統(tǒng)計方法,以新址值減現(xiàn)址值得到1、4、7月各相關(guān)要素的差值。3新版本與舊版本的氣象要素差異分析3.1參數(shù)估計與結(jié)果分析空氣溫度是代表大氣冷熱程度的物理量,它的變化能夠反映局地環(huán)境的改變或差異。從表1中可看出,新址月平均氣溫、日最高最低平均氣溫在2012年1、4、7月份均比舊址偏低0.7~0.8℃,且差值較穩(wěn)定,無明顯波動和振蕩現(xiàn)象出現(xiàn),說明2套自動站設(shè)備運行狀況良好,數(shù)據(jù)采集精度高,資料可用性強。但從極端氣溫的對比分析來看,新址和現(xiàn)址的差異較明顯,其中1月份無論是極端最高或是極端最低氣溫,新址都比現(xiàn)址偏低較多,分別偏低-1.6℃和-1.2℃,隨著氣溫的不斷升高,其差值逐漸縮小,極值出現(xiàn)的時間也相同,體現(xiàn)了較好的時間一致性。經(jīng)分析,產(chǎn)生溫度差異的原因主要來自以下3個方面:一是新址和現(xiàn)址觀測場撥海高度不同會產(chǎn)生溫度差異,由于氣溫是隨撥海高度升高而降低的,按照平均氣溫垂直遞減率0.65℃/100m來計算,新址撥海高度比現(xiàn)址高出70.5m,高差會導致溫度下降0.46℃,這一數(shù)值與所統(tǒng)計的實測差值有一定差異,偏小0.34℃,說明兩站的氣溫差別除了撥海高度引起變化外,還有其它方面的因素影響;二是兩站周圍環(huán)境的不同影響著溫度的變化,由于現(xiàn)址位于銅仁市碧江區(qū)老城區(qū),人口稠密,建筑密度大,受居民生活、汽車尾氣排放等因素影響,有較明顯的城市熱島效應(yīng)作用;而新址位于城郊的山頂上,遠離居民鬧市區(qū),受人類活動影響較小,觀測場地勢較高,四周開闊,人為干擾小,因此城市的熱島增溫作用是造成現(xiàn)址氣溫高于新址的主要因素之一;三是不同下墊面性質(zhì)也會產(chǎn)生溫度差異,現(xiàn)址下墊面多為水泥地面,熱容量和導熱率都較大,而新址為綠色地面,輻射冷卻較為強烈,也是導致產(chǎn)生溫差的原因之一。3.2偏低回歸系統(tǒng)中hpa/回收率氣壓就是大氣壓強或壓力,氣壓的變化一定程度上可以反映大氣的密度變化,與水汽含量、風速、對流強度等密切相關(guān)。從表2中容易看到,各月各旬平均氣壓及最高、最低氣壓的月平均數(shù)值及全月極端最高最低氣壓數(shù)值均為新址明顯低于現(xiàn)址,且數(shù)據(jù)偏低較多,在-7.8~9.2hPa之間。在1月份氣壓月平均值新址偏低最大,差值達-8.9hPa,4月次之,偏低8.3hPa,7月偏低最小,低8.0hPa。月最高最低平均氣壓和極端最高最低氣壓差值的變化趨勢均與平均氣壓的變化規(guī)律一致,且差值穩(wěn)定,波動幅度小,氣壓極值出現(xiàn)日期也完全相同,產(chǎn)生差異的原因主要為氣壓隨撥海高度升高是降低的,由于新站址觀測場海拔高度比舊站址高70.5m,在近地面層中,氣壓隨海拔高度的變化可以根據(jù)拉普拉斯氣壓高度差簡化訂正公式△P=–△H/8來計算,計算結(jié)果為△P=–8.8hPa,與1、4、7月的月平均氣壓實測差值-8.0~-8.9hPa是相符的,說明引起氣壓變化差異的因素主要是海撥高度,而其它因素影響很小。3.3濕度特征和新現(xiàn)象值相對濕度是表征大氣干濕程度的物理量,與水汽含量直接相關(guān),空氣濕度的變化一定程度上可表征天氣變化,既是大氣的一個重要物理量,也是構(gòu)成天氣氣候要素之一。從表3可看出:除7月下旬新址平均相對濕度比現(xiàn)址要小外,其它各旬平均相對濕度新址比現(xiàn)址都要大,差異最大在1月、4月中旬和7月上中旬,均偏大6%;在全月平均值中,4月新址和舊址相對濕度差異最大,新址平均大于現(xiàn)址5%,1月次之,偏大4%,7月偏大3%,差值最小。月相對濕度最小值新現(xiàn)址7月相差最大,新址大于現(xiàn)址7%,1月和4月差值相同,均偏大4%,且1、4、7月最小值出現(xiàn)日期均一致。綜合來看:相對濕度總體上是新址大于現(xiàn)址,春季差值最大,冬季次之,夏季最小。相對濕度偏大的原因主要是新址四周及下墊面植被覆蓋率顯著高于現(xiàn)址,由于植物的蒸騰作用使新址上空含水量增加,從而增大了空氣中的相對濕度。3.4最大風速風向表4是用EL型自記風24次10min風速風向平均觀測統(tǒng)計結(jié)果,資料表明:新址風速比現(xiàn)址明顯偏大,月平均偏大0.6~1.0m/s,一日最大風速亦是新址比舊址風速偏大,數(shù)值偏大3.5~5.8m/s,且在風速越大時新址偏大越明顯,在新址風速達到10.3m/s時,現(xiàn)址只有4.5m/s。全月最大風速風向及出現(xiàn)日期差異也很大,只有1月份的一日最大風速風向接近,僅偏差一個方位,出現(xiàn)日期也相同,靜風頻率新址則是明顯少于現(xiàn)址,月最多風向方位差異大,除1月份新址最多風向與現(xiàn)址第2最多風向同為ENE風向外,4月、7月2站的最多風向都不是同一風向,而月最多風向頻率新址較舊址低,在7月偏低最明顯,偏低12%,說明舊址的風速偏小,而新觀測場的風更具多樣化,靜風出現(xiàn)得更少。出現(xiàn)這種明顯的差異,主要是由于現(xiàn)址觀測場四周高層建筑物的遮擋造成的,影響現(xiàn)址觀測場風向風速的高層建筑物主要分布在西南方向、西面、北面及東北面,這些建筑物距離觀測場均在500m范圍內(nèi),其高度均超過25層。這些高層建筑物不僅造成現(xiàn)址風速嚴重偏小,靜風頻率出現(xiàn)嚴重偏大,而且還不同程度地改變了風向,是造成與新址風向風速差異偏大的主要因素。3.5地小氣候特征降水量可反映一個地方的雨水豐沛程度,盡管降水的形成機制較復雜,既受大氣環(huán)流影響,也受地面環(huán)境因素制約,但表3基本能反映出局地小氣候特征及其差異。從降水對比觀測資料看到:降水量1月和7月新址略多于舊址,而4月份則相反,但差值都很小,經(jīng)分析主要是由于自動站雨量傳感器測量誤差所致,從表5中可看出,只有在強降水時才產(chǎn)生較大差值,主要是受地形及降水過程時天氣系統(tǒng)的差異影響造成強降水時新址降水明顯多于現(xiàn)址。3.6地面和冬季溫度比較從表6統(tǒng)計結(jié)果看出:1月和7月地面溫度不論是上、中、下旬平均值、月平均值,還是日最高最低平均值新址均比現(xiàn)址偏低,差值范圍在-0.1~-1.5℃之間,而4月份除了日最低平均值新址略低于現(xiàn)址外,其余均比現(xiàn)址偏高,差值范圍在0.2~1.7℃之間,而地面極端最高最低溫度出現(xiàn)日期兩站基本一致,都出現(xiàn)在同一天當中,分析結(jié)果表明:冬季和夏季現(xiàn)址地面增溫效果還是明顯的,主要是受城市熱島效應(yīng)的影響所致,而春季由于冷暖空氣頻繁交替,溫度變化差異大,是導致新址地面溫度高于現(xiàn)址的因素之一。4氣象要素的對比①新址和現(xiàn)址氣象要素值存在著明顯偏差,造成這些差異的主要因素除了兩址的海撥高度不同造成的影響外,還有就是兩址的氣象探測環(huán)境不同而造成的差異,特別是現(xiàn)址四周被各種高低層建筑包圍,下墊面人為硬化等環(huán)境破壞現(xiàn)象嚴重影響了四周空氣的流通,呈現(xiàn)一定的城市熱島效應(yīng),造成現(xiàn)址氣象資料的代表性越來越差;而新址則處于城郊海拔較高的氣流通暢的山頂,四周綠地面積較多,無影響觀測的障礙物,能夠真實地探測到各氣象要素的變化,真實地反映出當?shù)氐奶鞖鈿夂蜃兓h(huán)流狀況。②銅仁站在2012年1、4、7月新址和現(xiàn)址同期對比觀測的結(jié)果表明:新址的月平均氣溫比現(xiàn)址偏低0.8℃,氣壓偏低8.0~8.9hPa,新址的相對濕度比現(xiàn)址偏高3%~5%,風速則比現(xiàn)址偏大0.6~1.0m/s,且新址的靜風出現(xiàn)頻率明顯比現(xiàn)址偏小,而小量級的降水差異不大,強降水時新址則比現(xiàn)址明顯偏多,地表溫度1月和7月新址比現(xiàn)址均偏低,而4月則出現(xiàn)相反情況,說明現(xiàn)址在冬季和夏季呈現(xiàn)