張子明 張盛超 王 彎 彭士明 楊如勇
(1.湖北省五峰縣氣象局,湖北 五峰 443400;2.湖北省當陽市氣象局,湖北 當陽 444100;3.湖北省枝江市氣象局,湖北 枝江 443200)
隨著五峰區(qū)域經(jīng)濟、社會的快速發(fā)展,使得城鎮(zhèn)區(qū)域面積不斷擴大、工礦企業(yè)增加、人口增多等,造成縣城路面硬化面積逐步增大,各工礦企業(yè)對能源的需求增多,造成大氣中污染物增多,煤燃燒、汽車尾氣、工業(yè)廢氣等排放的粉塵及溫室氣體對大氣下墊面造成重要影響。經(jīng)濟社會的發(fā)展造成氣象探測環(huán)境受到破壞,現(xiàn)址從城郊變成城區(qū),探測環(huán)境不能滿足當前探測需求,氣象資料“三性”受到影響。本文通過對五峰國家基本氣象站的平均氣溫、相對濕度、降水量、風(fēng)速氣象要素進行區(qū)域性和均一性分析,揭示與周邊氣象站的氣象要素變化特征,氣象資料受探測環(huán)境變化影響特征分析,為遷址提供科學(xué)依據(jù)。
選取五峰站周邊200km 范圍內(nèi)未遷址,氣象探測環(huán)境屬于二類的石門、巴東、鶴峰站作為參考站,考慮資料的完整性和一致性,選取其三站1966-2015 年的逐年平均氣溫、降水量、相對濕度、風(fēng)(2min 平均)的觀測資料取平均值形成資料序列,采取差值比較、趨勢比較法分析該站資料與參考站資料的區(qū)域一致性;計算參考站平均氣溫、降水量、相對濕度、風(fēng)(2min 平均)與五峰站的相關(guān)系數(shù)進行均一性分析。
3.1 五峰站觀測資料序列區(qū)域一致性分析
3.1.1 差值比較
計算五峰站年平均氣溫、年降水量、年平均相對濕度和年平均風(fēng)速(2 分鐘)與參考站序列的差值,并分段計算每5 年的平均差值和每10 年的平均差值(差值=五峰站的值-參考站序列的值),比較分析結(jié)果如下:
(1)氣溫
由圖1 可以看出,五峰站與參考站的年平均氣溫差值呈負距平波動,變化范圍在-3.6 至-1.9℃之間。1994 年遷站之后的差值明顯低于遷站前,從2000 年以后開始差值又呈下降,之后呈波動上升狀態(tài)。由此表明五峰站與參考站的年平均氣溫序列自90 年代初開始變化不一致,而五峰站探測環(huán)境的變化也主要從90 年代初開始,因此導(dǎo)致五峰站與參考站氣溫一致性較差的原因主要是遷站引起的。
(2)降水
由圖2 可以看出,五峰站與參考站的年降水量差值序列也呈現(xiàn)波動變化,其變化趨勢與氣溫的變化趨勢一致,五峰站氣溫較參考站氣溫偏低,其降水量大部分年份偏多。
(3)相對濕度
由圖3 可以看出,五峰站與參考站的年平均相對濕度差值在1994 年遷站前基本呈正距平波動,且波動不大。從2000年以后波動幅度較大,2006-2010年呈負距平波動,尤以2005 年~2006 年經(jīng)歷了先急劇減小后急劇上升的現(xiàn)象,初步分析很可能受現(xiàn)址城市化的影響所致,而且隨著城市的規(guī)模不斷擴大減小幅度加大。
圖3 五峰站與參考站年平均相對濕度差值變化圖
(4)風(fēng)速
五峰站年平均風(fēng)速基本小于參考站的年平均風(fēng)速,1994 年遷站前五峰站年平均風(fēng)速較參考站的年平均風(fēng)速差值在-0.7到0.1之間,上世紀80年開始呈波動下降狀態(tài),這可能與城市建設(shè)的發(fā)展導(dǎo)致周邊探測環(huán)境改變有關(guān)。
3.1.2 趨勢比較
對五峰站和參考站年平均氣溫、年降水量、年平均相對濕度和年平均風(fēng)速(2 分鐘)序列分別求取線性趨勢,分析結(jié)果如下:
(1)氣溫
五峰站與參考站氣溫隨時間變化均為上升趨勢,增溫速率均約為0.573℃/10a、0.128℃/10a,1994 年之前五峰站與參考站趨勢線和逐年變化曲線均基本重合,五峰站氣溫區(qū)域一致性好;1994 年后五峰站氣溫上升趨勢明顯大于參考站,區(qū)域一致性開始變差。
(2)降水
五峰站年降水序列線性趨勢平穩(wěn),呈增加趨勢,增加速率為7.56mm/10a,參考站降水也呈增加趨勢,增加速率為3.78mm/10a,但二者增加速率不一致。由于降水具有局地性特點,二者的非一致性有其合理性,可以認為基本一致。
(3)相對濕度
五峰站與參考站相對濕度隨時間變化均為增加趨勢,增加速率分別為0.38/10a、0.263/10a,隨時間推移線性趨勢差異基本相近,表明五峰站現(xiàn)址與參考站區(qū)域一致性較好。
(4)風(fēng)速
五峰站風(fēng)速序列呈線性減少趨勢,為0.077/10a(m/s),參考站風(fēng)速隨時間變化也呈減小趨勢,減小速率為0.102/10a(m/s),二者的變化趨勢一致,隨著時間的推移二者之間的差異呈變小趨勢,表明五峰站與參考站區(qū)域一致性變差。
4.1 根據(jù)差值比較和趨勢比較兩種方法的分析結(jié)果均表明,氣溫在1994 年前區(qū)域一致性好,受遷站引起的探測環(huán)境城的影響,區(qū)域一致性開始變差;風(fēng)速區(qū)域一致性變差;相對濕度和降水一致性均較好。
4.2 均一性總體狀況按平均氣溫、降水量、平均相對濕度、平均風(fēng)速(2 分鐘)4 個要素的分類情況進行綜合分析,若其中兩個要素達到3 類或4 類標準,則認為該臺站序列均一性較差;反之,均一性較好。
綜上所述,五峰站現(xiàn)址觀測資料完整性較好,1994年后臺站探測環(huán)境受到變化影響,現(xiàn)址觀測資料區(qū)域一致性較差,其觀測資料的代表性、準確性、比較性受到較大影響,可以考慮遷站。新址探測環(huán)境受城市化影響較少,其觀測資料的區(qū)域一致性將增強,并可對觀測資料進行進一步訂正,從而滿足氣象業(yè)務(wù)服務(wù)需求,為當?shù)鼐毣瘹庀蠓?wù)需求提供科學(xué)依據(jù)。