1935-2021年重庆地面气象台站元数据变动特征分析①

廖伟， 朱君， 赵美艳， 李奇临， 盖长松

重庆市气象信息与技术保障中心，重庆 401147

气象台站元数据是气象观测记录数据的重要背景信息,是了解气象数据、管理气象数据、应用气象数据所必需的基础信息[1],其涉及的站址迁移、观测要素的增减、观测仪器的变化、观测时制和观测时次的变更等内容都对气象资料的均一性和比较性产生影响,能够为气候资料应用、气候预测及其变化研究等领域提供重要的背景信息[2-7].世界气象组织(WMO)和许多国家都十分重视台站元数据的收集、存档和利用,并成为国际间气象数据交换所提供的重要内容之一[1].

近年来,黄晓龙等[8]开展了四川省内气象台站建站至2016年的元数据变动特征分析;刘霄等[9]对四川省内的地面气象台站元数据文件质量进行了分析,总结了台站元数据文件整编的工作得失,促进了当地气象档案工作和气象业务的优化和完善;张智等[10]对宁夏地面气象台站元数据的变化特点及质量进行评估,对站址迁移、观测仪器变动次数的空间分布等内容进行研究.本文以重庆地区地面气象台站1935-2021年的元数据为基础,研究其变动特征,拟为重庆本地气候资料处理、应用及研究提供基础信息.

1 资料和方法

2022年4月,中国气象局组织开展各省市地面气象观测台站元数据汇交整理工作,本文在此基础上,通过收集、整理、查阅重庆市地面气象观测记录月报表、年报表、地面气象观测数据文件(A文件)、地面分钟观测数据文件(J文件)、地面气象年报数据文件(Y文件)以及《台站档案》,对重庆市1935-2021年37个地面气象台站(含2个已撤销站)的元数据(LD文件)进行了汇编整理和统计分析.地面气象台站元数据(LD文件)内容涉及台站名称(01项)、区站号(02项)、台站级别(03项)、所属机构(04项)、台站位置(05[55]项)、台站周围障碍物(06项)、观测要素(07项)、观测仪器(08项)、观测时制(09项)、观测时间(10项)、守班情况(11项)、其他变动事项(12项)、图像文件(13项)、观测记录(14项)、观测规范(15项)、数据来源(19项)、文件编报人员(20项)[1].

本文着重从站址迁移、观测要素的增减、观测仪器的变化、观测时制和观测时间的变更这几个角度出发,统计整理37个LD文件各主要项的变动次数,浅析重庆地面气象台站元数据变动特征.

2 元数据变动特征

2.1 总体概况

重庆37个地面气象台站1935-2019年元数据各项内容共变动16 997次,平均每站变动459.4次.如图1所示,变动次数最多的项目是观测仪器(08项)(10 196次),占比约60%,其次为观测要素(07项)(1 663次),占比约10%;变动次数最少的项目是文件编报人员(20项)(37次),其次是区站号(02项)(38次).观测要素(07项)和观测仪器(08项)这2项的变动占比高达70%,构成了地面台站元数据变动的主要构成部分.

按站统计(图2),变动次数排名前三的台站依次为酉阳站(719次)、沙坪坝站(659次)以及北碚站(644次),此3站的建站时间早、台站级别高是导致变动较多的主要原因.变动少的台站依次为金佛山站(245次)、陈家坪站(267次)和大足站(352次).

图1 元数据各项变动次数

图2 各台站元数据变动次数

2.2 主要项变动特征

2.2.1 台站位置(05项)

根据表1可知,重庆地区气象台站最早于1935年建站,建站年份集中在1957年(9站)以及1959年(13站).除了沙坪坝站、城口站、长寿站及陈家坪站外其余33站均有迁站,截至2021年,共计迁站76次.迁站最多的是北碚站(6次),其次是武隆站(5次).迁站较多年份是1954年(5次)、1961年(5次)、2015年(4次).

如表2所示,从迁站年代来看,1935-1960年迁站20次,1961-1970年迁站13次,1971-1980年迁站4次,1981-1990年迁站1次,1991-2000年迁站9次,2001-2010年迁站12次,2011-2021年迁站17次.五六十年代及近几年迁站频繁,80年代迁站最少.早些年由于建站经验不足导致1954-1960年期间台站迁站次数比较多,近年来由于城市化加剧,测场环境改变导致2011-2021年迁站次数仅次于建站初期.从迁站距离来看,迁站小于1 000 m的有23次,占比最高,达31%,迁站距离在1 000～2 000 m之间的有8次,2 000～5 000 m有9次,5 000～10 000 m有7次,迁站距离超过10 000 m的有9次.

表1 各台站迁站情况整理

表2 按年代统计台站迁站距离出现次数

2.2.2 观测要素(07项)的增减

07项总共变动1 663次,是仅次于观测仪器变动的第二大项.变动集中在1957年(179次)、1959年(258次)及1980年(174次).50年代变化较多的原因是台站大都在这几年建站,而1980年变化较多则是因为新观测规范[12]的实施,各台站观测任务调整,导致变化次数较多.

变化最多的台站是天城站(77次),其次是北碚站(71次)和巫溪站(68次).天城站由于早些年多次撤站和重新建站(1961年1月1日由万县气象站迁至沙河子上坪姜家堡,1962年6月30日该站撤销;1966年 1月1日万县气象站重新建立,由于姜家堡原站址滑坡,故迁至万县安乐公社上坪大队第八生产队,1968年12月31日撤销;1971年7月1日重新恢复万县气象站并开展工作至今),导致多个年份(1962年7月1日—1965年12月31日及1969年1月1日-1971年6月30日)未进行气象观测,而07项需详细编报各要素实际观测的起止时间,所以天城站变动最为频繁.

2.2.3 观测仪器(08项)的变化

由图1得知,08项总共变动10 196次,是元数据所有内容中占比最高的一项.过半的比重直观地体现了观测仪器的变化在整个元数据整编中的重要性.变化次数如此之大,究其原因可从此项的编报要求说起.该项主要为编报定时器测和自动观测项目的观测仪器设备,一旦设备名称、规格型号、生产国别或厂家以及仪器距地或平台高度、平台距观测场地面高度这几个要素中其中任何一项发生变动,都必须逐条罗列,分别编报,详尽体现各要素在各年代时间段使用的观测仪器信息.

仪器变动最频繁的台站是酉阳站(487次),其次是沙坪坝站(407次)、北碚站(405次),变动次数最少的是金佛山站(121次),陈家坪站(167次)和巫溪站(184次)次之.

如图3所示,仪器变动主要发生在1980年(370次)、2004年(366次)、2014年(399次)、2015年(424次).变动集中在这些年的主要原因是1980年因新地面气象观测规范[12]的实施,台站观测任务有了新的调整,仪器因此也有了相应的变动;2004年自动气象站大规模建设,台站很多要素开始实施自动观测,启用了一批新的自动观测仪器设备;2014年及2015年变动较多则是由于很多设备升级换代,更换了新的厂家和型号.

图3 仪器变动逐年统计分布图

08项主要涉及气压、气温、湿度、风、降水量、蒸发、日照、地温等观测要素仪器的变动.如表3所示,这8要素仪器总共变动4 984次,变动最为频繁的是风向风速仪器(1 069次),其次是气温仪器(992次),变动最少的是蒸发仪器(194次),其次是日照(248次).

表3 八要素观测仪器变动次数及变动集中年份统计

观测仪器变动频繁的年代大都跟新观测规范[11-13]的实施、台站观测任务的调整或者自动观测设备启用的年份基本吻合.其中变动次数最多的风速仪器在20世纪60年代变动最为频繁,因为在此期间所采用的轻型、重型维尔德测风器及EL型电接风向风速计安装高度多次调整;气温仪器变动次数排名第二,该项1961年变动最多的原因在于该年起实施新的地面气象观测规范[11](1961年版),气温仪器距地高度由2.0 m变成了1.5 m,与此相关的百叶箱、干湿球温度表、周转及日转温度计等仪器安装高度都做了相应的变更;降水量仪器同样也是因为1960年雨量器安装高度从2.0 m改为0.7 m导致变动最多;日照仪器自2019年1月1日起启用自动观测,实施人工与自动平行观测,1-4月以人工观测资料为正式记录,5月以后以自动观测资料为正式记录,所以日照仪器在2019年变动最为频繁.

2.2.4 观测时制(09项)和观测时间(10项)的变更

这2项变动主要集中在1960年(41次)和2002年(22次),由于1960年8月前后观测时制由地方平均太阳时改为了北京时,观测时次也做了相应的变更,而2002年大多数台站启用自动观测,台站观测次数因此改变,导致这两年变动次数最多.具体变动特征为: 1935年1月1日至1953年12月31日观测时制为标准时,定时观测次数为24次、16次、8次和6次;1954年1月1日至1960年7月31日观测时制为地方平均太阳时,定时观测次数为4次(01时,07时,13时,19时)、3次(07时,13时,19时);1960年8月1日至今观测时制为北京时,定时观测次数为4次(02时,08时,14时,20时)、3次(08时,14时,20时),2002年启用自动观测以后,台站观测次数增加编报自动观测.

3 结论与讨论

1) 重庆地面气象台站1935-2021年元数据主要项总共变动16 997次,平均每站变动459.4次.变动次数排名前三的台站是酉阳站、沙坪坝站、北碚站,金佛山站、陈家坪站及大足站变动较少.37个地面台站最早1935年建站,建站年份集中在1957年及1959年.截至2021年,台站迁站共计76次,迁站最多的是北碚站,其次是武隆站,迁站较多年份是1954年、1961年、2015年.早些年建站经验不足,近年来城市化加剧、测场环境改变是导致这几年迁站较为频繁的主要原因.

2) 观测要素的变动集中在1957年、1959年及1980年.20世纪50年代因为台站集中建站,1980年由于新观测规范的实施,各台站观测任务调整,导致观测要素变动较多.变动最多的台站是天城站,其次是北碚站和巫溪站;观测时制和观测时间的变更主要集中在1960年和2002年.

3) 气象数据具有时间、空间、地域以及种类和要素多样等特点,针对地面气象观测台站元数据进行特征分析是分析、检验、订正气候资料序列的科学依据.

总体来说,台站元数据是了解、管理、应用气象资料重要的基础信息,元数据的收集和整理与台站日常填报的备注、纪要等信息息息相关,因此为保证元数据的系统性、连续性和完整性,离不开台站及时、规范、准确地填报.元数据及时地追加与完善,能够进一步提高元数据的时效性和可用率,发挥其对气象数据研究的积极作用.