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摘 要：为了解安徽铜陵国家基本气象站新旧址气象要素对比观测数据差异，分别选取2011年7月、10月及2012年1月新站和旧站气温、相对湿度、风向风速等要素观测数据进行对比分析，同时利用旧站近20a和新站1a相应观测资料月、年平均值进行连续性检验。结果表明：新旧站气温差值范围在-0.5～0.8℃之间；新站相对湿度较旧站高3～9个百分点；新站风速较旧站偏大，新旧站最多风向及频率略有偏差，但主导风向未变；通过t检验发现：除8月份风速存在显著性差异外，其余要素均无显著差异。造成气象观测数据差异主要与新旧观测站地理位置、周边环境、海拔高度及下垫面性质等因素有关。
关键词：基本站；迁徙；气象资料；对比分析；铜陵
中图分类号 P412.1 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2016）10-0145-03
铜陵地面气象观测站属于国家基本气象站，其观测资料参加全球交换。2007年以来，随着城市化的发展，铜陵县城关镇北郊箬笠山站（旧站）气象观测环境遭到破坏，部分气象观测数据已不具有代表性、准确性、比较性。2011年7月新观测站建成，并与旧站开始进行对比观测。为了解新、旧观测站因地理位置，周围环境等不同而形成气象观测数据差异，选取2站同期气温、风向风速、相对湿度等气象要素进行对比分析，并用旧站近20a和新站1a相应观测资料月、年平均值进行资料序列连续性检验，了解气象要素观测数据变化情况，为气象服务和科研工作者合理使用气象资料提供参考。
1 新旧测站参数及周边环境对比
铜陵新、旧气象观测站参数情况见表1。从表1可以看出新、旧站直线距离相距6 620.5m，观测场海拔高度相差26.5m。
图1为新旧测站的地坪圈遮蔽图和人为障碍物仰角对比图。由图1（A）可见，旧站被高大的人为障碍物近距离包围，特别是其西北方被人为障碍物遮挡，仰角达23.0°，探测环境已不符合气象观测规范要求。由图1（B）可见，新测站在郊外，远离城市，四周空旷，最大仰角5.5°，符合气象探测环境标准要求。
A：旧测站，B：新测站
2 资料与方法
选取新、旧站2011年7月、10月及2012年1月同期气温、相对湿度、风向风速等观测资料，运用差值统计方法，分析、查找2站气象观测数据的差异和原因，同时采用旧站近20a和新站1a相应观测资料月、年平均值进行t检验，分析迁站前后气象资料序列的连续性。
3 新旧站气象要素对比观测资料分析
3.1 气温
3.1.1 月平均气温 由表2可以看出，新旧站7月、1月平均气温新站比旧站分别偏高0.3℃、0.2℃，而10月平均气温2站持平。从图2a日平均气温来看，7月2站差值在-0.7～1.1℃，新站比旧站偏高的有24d，占观测天数的77%，偏低的有6d，占观测天数的19%，相同的有1d；10月2站差值在-0.9～0.7℃，新站比旧站偏高的天数为15d，占观测天数的48%，偏低的有12d，占观测天数的39%，相同的有4d；1月2站差值在-0.8～0.5℃，新站比旧站偏高的有22d，占观测天数的71%，偏低的有7d，占观测天数的23%，相同的有2d。
3.1.2 月平均最高、最低气温 由表2可见，新站7月、1月平均最高、最低气温比旧站分别偏高0.1℃、0.2℃，而10月最高气温偏低0.1℃，最低气温2站持平。从图2b日最高气温来看，7月、1月新站高于旧站的分别有19d、20d，分别占观测天数的61%、65%，偏低的分别有10d、8d，分别占观测天数的32%、23%，相同的分别有2d和3d，差值在-1.1～1.5℃和-0.8～0.5℃，而10月新站低于旧站有19d，占观测天数的61%，偏高的有11d，占观测天数的35%，相同的有1d，差值在-0.7～0.9℃；从图2c日最低气温来看，7月、1月新站高于旧站分别有22d、21d，占观测天数的71%和68%，偏低的分别有8d、10d，占观测天数的23%和32%，7月相同的有1d，差值分别在-1.6～1.1℃和-2.4～0.7℃；而10月新站高于旧站有17d，占观测天数的55%，偏低的有11d，占观测天数的35%，相同的有3d，差值在-1.3～0.8℃。
3.1.3 月极端最高、最低气温 由表2可知，7月、10月、1月极端最高气温新站比旧站平均偏低0.3℃，差值分别为
-0.4℃、-0.5℃、0.0℃；极端最低气温新站比旧站平均偏高0.3℃，差值分别为0.8℃、0.3℃、-0.2℃。由此可见，在7、10、1月新站月极端最高气温平均比旧站偏低0.3℃的情况下，新站月极端最低气温比旧站平均高0.3℃，这说明新站气温日较差比旧站小。
差值对比
3.2 风向风速
3.2.1 风速 新、旧站7月、10月、1月同期日逐时次月平均风速变化情况如图3。由图3可知，新站7、10、1月一日内逐时次月平均风速均大于旧站，差值范围分别在0.2～0.8m/s、0.0～1.0m/s、0.1～1.1m/s，从1d内24h月平均风速来看，7月、10月、1月新站比旧站分别平均偏大0.93m/s、0.49m/s、0.57m/s。此外，7月、10月、1月日逐时次月平均风速最大差值均出现在16：00，而最小差值分别出现在凌晨2：00、19：00、凌晨5：00；两站夜间风速差值偏小，白天差值偏大，而且风速越大差值越大。
图3 2011年7、10月和2012年1月测站新旧址一日内逐时次月平均风速变化曲线
3.2.2 风向 新、旧站7月、10月、1月风向频率相符情况如图4。由图4可知，7月新、旧站最多风向均为WSW，出现频率分别为11%、21%，而次多风向新站为N和NNE，出现频率均为10%，旧站为ENE，出现频率为18%。10月新、旧站最多风向均为ENE，出现频率分别为22%、40%，而次多风向新站为NE，出现频率均为16%；旧站为E，出现频率均为13%；1月新站最多风向为NE，出现频率为23%，次多风向为NNE，出现频率均为21%，第三多的是ENE，频率为18%；旧站最多风向为ENE，出现频率为49%，次多风向为NE，出现频率为14%。而当观测风速大于0.2m/s时，根据新址与旧址风向角度差小于22.5°时可以认为2地风向相符[10]的规定，1月新、旧站风向基本一致。 图4 2011年7、10月和2012年1月新旧站月风向玫瑰图比较
3.3 相对湿度 新、旧站7月、10月、1月同期日逐时次月平均相对湿度变化情况如图5。由图5可见，7、10、1月2站同期日逐时次月平均相对湿度差值范围分别在1%～4%、2%～7%、7%～11%，差值平均分别为3%、4%、9%；新、旧站相对湿度夜间差值偏大，白天差值偏小；冬季差值最大，夏季差值最小。
3.4 气象要素对比观测数据差异原因
3.4.1 海拔高度、城市热岛效应对气温的影响 新站气温比旧站偏高，主要由海拔高度造成。2站拔海高度差26.5m，按照近地面层的平均递减率0.65℃/100m计算，减去0.16℃后，表2中7月、10月、1月总体气温新站比旧站平均偏低0.1℃左右。这是由于旧站位于县城，人口密集，生产、生活及交通运输排放的热量比郊区大，城市热岛效应影响大于郊外，且在春（秋）季较为明显，冬季次之。
3.4.2 周围环境对风速的影响 新站7月、10月、1月风速大于旧站，主要是旧站受城市化发展影响，周围高大建筑物增多，特别是位于其西北方新建的铜陵县医院大楼，仰角达23.0°（图1A），地面摩擦增大，不仅阻挡了气流，而且在其背风面形成的湍流也削弱风速；而新站地处郊区，四周空旷（图1B），气流畅通，风速更贴近自然气候的风速。
3.4.3 下垫面性质对相对湿度的影响 相对湿度新站大于旧站。2站相距约6.6km，旧站在城区，新站在郊外，2地植被面不同，且距新站观测场100m外的东、西、北边皆为人工湖（西湖），植被的蒸腾、湖水蒸发作用使新站的相对湿度增大，而旧站位于城区，受城市热岛效应影响，气温略有升高，湿度也会降低。
4 新站与旧站前20a资料检验
假设[x0]为某要素月（年）平均值，假定样本容量为[n]月（年），这[n]年相应要素月（年）平均值的样本序列为x1，x2，…，xi，…，xn，统计量
5 小结
（1）铜陵国家基本站迁站对比观测资料分析表明，新旧站气温差值范围在-0.5～0.8℃、新站较旧站风速偏大、相对湿度偏高；2站主导风向均未发生改变，表现为夏季盛行WSW，冬春季盛行ENE。
（2）海拔高度差及“城市热岛效应”是造成2站气温差异的主要因素；风速差异主要影响因素是周围环境改变；相对湿度的差异与2站的下垫面性质等因素有关。
（3）t检验结果表明，除8月风速存在差异显著外，其余月、年平均气温、降水量、平均相对湿度、平均风速等均未通过显著性检验。对整个资料序列的影响究竟如何评估，尚需新址更长一段时间资料进一步综合分析研究。
参考文献
[1]中国气象局.地面气象观测规范[M].北京：气象出版社，2003.
[2]陈城，孟丹.1958-2013年武汉市低空风速变化特征分析[J].长江流域资源与环境，2015，11：30-37.
[3]周昊楠，王秋香，华烨.乌鲁木齐逐月气温资料均一性检验和订正[J].沙漠与绿洲气象，2012，6（1）：27-30.
[4]汪永盛，王家助，高洁.台站迁移气象要素对比观测浅议[J].浙江气象，2003（2）：43-46.
[5]宋超辉，刘小宁，李集明.气温序列非均一性检验方法的研究[J].应用气象学报，1995，6（3）：289-296.
[6]吴必文，温华洋，惠军.基于Γ分布的气压序列非均一性检验方法初探[J].应用气象学报，2008，19（4）：496-501.
[7]永兴等.巧用Excel设计自动站风向角度转换器[J].气象科研与应用，2008（4）：9.
[8]吴华斌，张德苏，陈若荐.阳江新旧站气象观测资料对比分析[J].广东气象，2008，30（增刊Ⅱ）：6-8.
[9]韩兆洲，王斌会.《统计学原理》学习指导及Excel数据统计分析[M].广州：暨南大学出版社，2011.
[10]中国气象局监测网络司关于地面气象观测站站址变动有关问题的函[M].北京：气象出版社，2009.
（责编：吴祚云）
关键词：基本站；迁徙；气象资料；对比分析；铜陵
中图分类号 P412.1 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2016）10-0145-03
铜陵地面气象观测站属于国家基本气象站，其观测资料参加全球交换。2007年以来，随着城市化的发展，铜陵县城关镇北郊箬笠山站（旧站）气象观测环境遭到破坏，部分气象观测数据已不具有代表性、准确性、比较性。2011年7月新观测站建成，并与旧站开始进行对比观测。为了解新、旧观测站因地理位置，周围环境等不同而形成气象观测数据差异，选取2站同期气温、风向风速、相对湿度等气象要素进行对比分析，并用旧站近20a和新站1a相应观测资料月、年平均值进行资料序列连续性检验，了解气象要素观测数据变化情况，为气象服务和科研工作者合理使用气象资料提供参考。
1 新旧测站参数及周边环境对比
铜陵新、旧气象观测站参数情况见表1。从表1可以看出新、旧站直线距离相距6 620.5m，观测场海拔高度相差26.5m。
图1为新旧测站的地坪圈遮蔽图和人为障碍物仰角对比图。由图1（A）可见，旧站被高大的人为障碍物近距离包围，特别是其西北方被人为障碍物遮挡，仰角达23.0°，探测环境已不符合气象观测规范要求。由图1（B）可见，新测站在郊外，远离城市，四周空旷，最大仰角5.5°，符合气象探测环境标准要求。
A：旧测站，B：新测站
2 资料与方法
选取新、旧站2011年7月、10月及2012年1月同期气温、相对湿度、风向风速等观测资料，运用差值统计方法，分析、查找2站气象观测数据的差异和原因，同时采用旧站近20a和新站1a相应观测资料月、年平均值进行t检验，分析迁站前后气象资料序列的连续性。
3 新旧站气象要素对比观测资料分析
3.1 气温
3.1.1 月平均气温 由表2可以看出，新旧站7月、1月平均气温新站比旧站分别偏高0.3℃、0.2℃，而10月平均气温2站持平。从图2a日平均气温来看，7月2站差值在-0.7～1.1℃，新站比旧站偏高的有24d，占观测天数的77%，偏低的有6d，占观测天数的19%，相同的有1d；10月2站差值在-0.9～0.7℃，新站比旧站偏高的天数为15d，占观测天数的48%，偏低的有12d，占观测天数的39%，相同的有4d；1月2站差值在-0.8～0.5℃，新站比旧站偏高的有22d，占观测天数的71%，偏低的有7d，占观测天数的23%，相同的有2d。
3.1.2 月平均最高、最低气温 由表2可见，新站7月、1月平均最高、最低气温比旧站分别偏高0.1℃、0.2℃，而10月最高气温偏低0.1℃，最低气温2站持平。从图2b日最高气温来看，7月、1月新站高于旧站的分别有19d、20d，分别占观测天数的61%、65%，偏低的分别有10d、8d，分别占观测天数的32%、23%，相同的分别有2d和3d，差值在-1.1～1.5℃和-0.8～0.5℃，而10月新站低于旧站有19d，占观测天数的61%，偏高的有11d，占观测天数的35%，相同的有1d，差值在-0.7～0.9℃；从图2c日最低气温来看，7月、1月新站高于旧站分别有22d、21d，占观测天数的71%和68%，偏低的分别有8d、10d，占观测天数的23%和32%，7月相同的有1d，差值分别在-1.6～1.1℃和-2.4～0.7℃；而10月新站高于旧站有17d，占观测天数的55%，偏低的有11d，占观测天数的35%，相同的有3d，差值在-1.3～0.8℃。
3.1.3 月极端最高、最低气温 由表2可知，7月、10月、1月极端最高气温新站比旧站平均偏低0.3℃，差值分别为
-0.4℃、-0.5℃、0.0℃；极端最低气温新站比旧站平均偏高0.3℃，差值分别为0.8℃、0.3℃、-0.2℃。由此可见，在7、10、1月新站月极端最高气温平均比旧站偏低0.3℃的情况下，新站月极端最低气温比旧站平均高0.3℃，这说明新站气温日较差比旧站小。
差值对比
3.2 风向风速
3.2.1 风速 新、旧站7月、10月、1月同期日逐时次月平均风速变化情况如图3。由图3可知，新站7、10、1月一日内逐时次月平均风速均大于旧站，差值范围分别在0.2～0.8m/s、0.0～1.0m/s、0.1～1.1m/s，从1d内24h月平均风速来看，7月、10月、1月新站比旧站分别平均偏大0.93m/s、0.49m/s、0.57m/s。此外，7月、10月、1月日逐时次月平均风速最大差值均出现在16：00，而最小差值分别出现在凌晨2：00、19：00、凌晨5：00；两站夜间风速差值偏小，白天差值偏大，而且风速越大差值越大。
图3 2011年7、10月和2012年1月测站新旧址一日内逐时次月平均风速变化曲线
3.2.2 风向 新、旧站7月、10月、1月风向频率相符情况如图4。由图4可知，7月新、旧站最多风向均为WSW，出现频率分别为11%、21%，而次多风向新站为N和NNE，出现频率均为10%，旧站为ENE，出现频率为18%。10月新、旧站最多风向均为ENE，出现频率分别为22%、40%，而次多风向新站为NE，出现频率均为16%；旧站为E，出现频率均为13%；1月新站最多风向为NE，出现频率为23%，次多风向为NNE，出现频率均为21%，第三多的是ENE，频率为18%；旧站最多风向为ENE，出现频率为49%，次多风向为NE，出现频率为14%。而当观测风速大于0.2m/s时，根据新址与旧址风向角度差小于22.5°时可以认为2地风向相符[10]的规定，1月新、旧站风向基本一致。 图4 2011年7、10月和2012年1月新旧站月风向玫瑰图比较
3.3 相对湿度 新、旧站7月、10月、1月同期日逐时次月平均相对湿度变化情况如图5。由图5可见，7、10、1月2站同期日逐时次月平均相对湿度差值范围分别在1%～4%、2%～7%、7%～11%，差值平均分别为3%、4%、9%；新、旧站相对湿度夜间差值偏大，白天差值偏小；冬季差值最大，夏季差值最小。
3.4 气象要素对比观测数据差异原因
3.4.1 海拔高度、城市热岛效应对气温的影响 新站气温比旧站偏高，主要由海拔高度造成。2站拔海高度差26.5m，按照近地面层的平均递减率0.65℃/100m计算，减去0.16℃后，表2中7月、10月、1月总体气温新站比旧站平均偏低0.1℃左右。这是由于旧站位于县城，人口密集，生产、生活及交通运输排放的热量比郊区大，城市热岛效应影响大于郊外，且在春（秋）季较为明显，冬季次之。
3.4.2 周围环境对风速的影响 新站7月、10月、1月风速大于旧站，主要是旧站受城市化发展影响，周围高大建筑物增多，特别是位于其西北方新建的铜陵县医院大楼，仰角达23.0°（图1A），地面摩擦增大，不仅阻挡了气流，而且在其背风面形成的湍流也削弱风速；而新站地处郊区，四周空旷（图1B），气流畅通，风速更贴近自然气候的风速。
3.4.3 下垫面性质对相对湿度的影响 相对湿度新站大于旧站。2站相距约6.6km，旧站在城区，新站在郊外，2地植被面不同，且距新站观测场100m外的东、西、北边皆为人工湖（西湖），植被的蒸腾、湖水蒸发作用使新站的相对湿度增大，而旧站位于城区，受城市热岛效应影响，气温略有升高，湿度也会降低。
4 新站与旧站前20a资料检验
假设[x0]为某要素月（年）平均值，假定样本容量为[n]月（年），这[n]年相应要素月（年）平均值的样本序列为x1，x2，…，xi，…，xn，统计量
5 小结
（1）铜陵国家基本站迁站对比观测资料分析表明，新旧站气温差值范围在-0.5～0.8℃、新站较旧站风速偏大、相对湿度偏高；2站主导风向均未发生改变，表现为夏季盛行WSW，冬春季盛行ENE。
（2）海拔高度差及“城市热岛效应”是造成2站气温差异的主要因素；风速差异主要影响因素是周围环境改变；相对湿度的差异与2站的下垫面性质等因素有关。
（3）t检验结果表明，除8月风速存在差异显著外，其余月、年平均气温、降水量、平均相对湿度、平均风速等均未通过显著性检验。对整个资料序列的影响究竟如何评估，尚需新址更长一段时间资料进一步综合分析研究。
参考文献
[1]中国气象局.地面气象观测规范[M].北京：气象出版社，2003.
[2]陈城，孟丹.1958-2013年武汉市低空风速变化特征分析[J].长江流域资源与环境，2015，11：30-37.
[3]周昊楠，王秋香，华烨.乌鲁木齐逐月气温资料均一性检验和订正[J].沙漠与绿洲气象，2012，6（1）：27-30.
[4]汪永盛，王家助，高洁.台站迁移气象要素对比观测浅议[J].浙江气象，2003（2）：43-46.
[5]宋超辉，刘小宁，李集明.气温序列非均一性检验方法的研究[J].应用气象学报，1995，6（3）：289-296.
[6]吴必文，温华洋，惠军.基于Γ分布的气压序列非均一性检验方法初探[J].应用气象学报，2008，19（4）：496-501.
[7]永兴等.巧用Excel设计自动站风向角度转换器[J].气象科研与应用，2008（4）：9.
[8]吴华斌，张德苏，陈若荐.阳江新旧站气象观测资料对比分析[J].广东气象，2008，30（增刊Ⅱ）：6-8.
[9]韩兆洲，王斌会.《统计学原理》学习指导及Excel数据统计分析[M].广州：暨南大学出版社，2011.
[10]中国气象局监测网络司关于地面气象观测站站址变动有关问题的函[M].北京：气象出版社，2009.
（责编：吴祚云）