新旧双牌国家观测站观测数据差异分析

王刚 胡拥军 汤浩 蒋雅婷

摘 要：双牌国家一般观测站2018年1月1日正式启用新址。虽然新旧站址直线距离只有7.9km，但两地地形、环境都存在着较大的差异，找出资料序列的差异性对观测资料的连续性、比较性分析都有着重要的意义。我们利用2016-2017年的观测资料对比分析发现：新站各气象要素与旧站均有较大的差异：气压、气温偏低，降雨量偏少，风速偏大，能见度漂移范围更大。

关键词：观测站迁址;数据差异;气象要素;对比分析

由于城市建设扩展，致使双牌国家观测站原所在区域逐渐发展成为双牌县城的中心地段，气象站周边新建的高层建筑致使温度、风速等气象数据失去了代表性，为了保证气象观测资料的准确性、代表性、比较性，全面改观地面观测环境，将观测场迁移至开发区工业园佑里村，虽然新旧址距离只有7.9km左右，但旧址在城镇中心，新址为工业园小山上，地形、环境存在较大差异，尤其是海拔高度和周围环境发生变化，造成气象观测要素出现差异，找出各观测数据的差异性并分析具有着重要意义。

一、新旧站环境状况

1.双牌一般站旧址。双牌站在1970年7月建站于北纬25°58′00″，东经111°39′00″，海拔高度167.8米。建站之初周边地势较平坦，视野较开阔，零星分布居民住房，土壤质地为壤土，山顶四周都是农田，山底南面紧靠着207国道，交通便利，气象探测环境很好。随着城市的发展，双牌站周边气象探测环境逐渐遭到破坏，目前观测场四周不符合要求的遮挡方位达278.0°，并且西面受到整座山脉的影响，日出、日落方向障碍物最大仰角分别为7.9°、20.8°，2007年和2013年气象探测环境评分分别为82.1分和72.2分。近两年来，随着城市规划，周围高楼更是接地而起，影响最大的为东南方向的鸿宇世纪广场距离230米，规划建设251米，严重影响当前的探测环境。

2.双牌一般站新址。双牌站新迁站址位于双牌县开发区工业园佑里村南山岭（山顶），北纬26°01′56″，东经111°39′24″，占地30亩，观测场海拔高度为205米，距南面工业园大道为323.0米，工业园大道地平面海拔高度150.0米，高度相差55.0米，100.0米范围无水塘，西面323.0米为洛湛铁路。山坡种有稀疏的小杂树，北面范围内以山为主，工业园大道南面为地势较低的工业园区厂房。距离西面通讯铁塔160.0米。1千米范围内障碍物的仰角都在2度以内，受双牌县城地形的影响，西面有连绵山体遮挡仰角大于7度，但是距离有3000米，影响不是很大。相对远离城区，视野范围内无高大建（构）筑物，山顶平整，四周视野开阔，无大型工厂，无高大建筑物，无障碍物，探测环境评分99。

二、资料来源与分析方法

选取2016-2017年新旧址对比观测资料，以及近30年历年平均统计资料分析。本文所有数据图是利用origin软件制作。气压采用全年各月的平均值比较;气温使用月平均气温和月极端最高最低气温分别比较;降水除新旧址月降水量比较，加入了与历年平均同期相比;风向风速采用的是全年每日的极大风向风速玫瑰图对比分析;能见度使用日平均的10分钟平均滑动能见度根据水平能见度等级划分统计日数。通过对两址的主要气象要素分析，从而找出新旧站址之间的数据差异。

三、单要素数据差异分析

1.本站气压。气压的定义为作用在单位面积上的大气压力，它是由单位面积上空气柱垂直延伸至大气上层的总重量。气象上以hpa为单位。气压随着高度的增大而减小。

从图1中各月份新旧址平均气压比较可以看出，12个月的差值趋于一致，均在4.6hpa左右。很明显，差值主要是由新旧址海拔高度影响，旧址167.8米，新址为205米，相差37.2米，根据拉普拉斯气压高度差的订正公式△p=-△H/8，算出△p等于4.65hpa，很好的印证了新旧址气压要素数据的准确性。

2.气温。气温是表示空气冷热程度的物理量，常用的单位是摄氏度（℃），下表是双牌2016年新旧观测站对比观测数据（月平均气温，月极端最高最低气温）的统计。

从表中可以清楚看出，各月平均气温差值均在-0.5至0.1℃之间，差別最大的为1月和10月。月极端最高气温差值在-0.8至0.6℃之间，差别最大的月份为5月。月极端最低气温差值在-1至0.5℃之间，差别最大的出现在3月。从年平均气温来看，现址为18.6℃，新址为18.4℃，差别为0.2℃。

新旧址处于相同气候区，并且仪器的型号性能指标、安装方法都一样，系统的误差可以忽略不计。究其原因，旧址现处于县城正中心，人口多，房屋密、汽车尾气排放量大，新址位于开发区，四周开阔，绿化多，人口较少，车辆少，根据城市热岛效应可以用来解释新址比旧址气温略偏低。另一方面，新址海拔高度为205米，比旧址海拔高度高出37米左右，根据近地层大气的热力性质，也可验证新址气温略偏低一点。

3.降水。降水是指从天空降落到地面上的液态或固态的水。降水的多少与地方的气候息息相关，而降水的强度决定着一场雨是好是坏，小则滋润农作物，湿沉颗粒物，大则城市内涝，冲垮河堤。因此，分析好降雨量的差别对于未来作好公众预报预警有着至关重要的作用。

从图2中可以看出，1、2、9-12月新、旧址降水相近，差值都在10个毫米以内。但从3月至8月，两址降雨量差异明显，其中3月偏少28%，4月偏少24%，5月偏少22%，6月偏少26%，7月相差最大，显著偏少63%，8月偏少21%。显而易见，差异明显的时段都是出现在汛期的主要时段。汛期降雨强度大，局地性强，同时也受地形的影响。而非汛期降水系统影响范围广，强度小。汛期时，中低层多为南风控制，对流系统由南逐渐北移，先抵达旧址，后至新址，旧址西南，东南方向多山脉山地，对流系统在越山过程中得到发展。在逐渐北移过程中，处于山谷地带，随着降雨不断发生，系统内部逐渐减弱，到达新址时降水有所减弱。在非汛期，降水多由冷空气影响产生，冷空气影响范围广，由北及南产生比较均匀的降水。