邢鈺媛?曹陽(yáng)?張芯瑜?王秀琴?劉楊?巫培源

摘 要：選取丹徒國(guó)家基本氣象站新、舊2個(gè)地址2015年1月—2017年6月的對(duì)比觀測(cè)資料，根據(jù)氣候季節(jié)劃分，對(duì)新舊址各季度平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫和氣溫日較差進(jìn)行均值比較和t檢驗(yàn)分析。結(jié)果表明，新址全季度、晴日和雨日各季度的季平均氣溫、季最高氣溫和季最低氣溫基本均低于舊址，季氣溫日較差和季總降水量則偏高，均在2015年差異更明顯；晴日各氣溫?cái)?shù)據(jù)變化情況與全季度基本一致，且差異更為明顯，春季氣溫日變化最大且穩(wěn)定性較差，季最低氣溫和季氣溫日較差差異相對(duì)突出；雨日各氣溫?cái)?shù)據(jù)差異不明顯，降水對(duì)2個(gè)地址各氣溫?cái)?shù)據(jù)差異的影響程度較無(wú)降水情況明顯偏弱。下墊面性質(zhì)和周邊環(huán)境是導(dǎo)致新舊址氣溫存在差異的最主要原因。

關(guān)鍵詞：遷站；對(duì)比分析；氣候季節(jié)；氣溫；t檢驗(yàn)

中圖分類號(hào)：P413.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B文章編號(hào)：2095–3305（2024）01–0-04

丹徒國(guó)家基本氣象站于1980年建立，現(xiàn)已連續(xù)觀測(cè)氣象要素42年。隨著城市化建設(shè)進(jìn)程推進(jìn)，原觀測(cè)場(chǎng)因建筑物遮擋嚴(yán)重不再具有地面氣象觀測(cè)的代表性，而站址變遷在改善周邊探測(cè)環(huán)境的同時(shí)，也會(huì)因地理位置和周邊環(huán)境等變化對(duì)各氣象要素造成影響[1-2]。

不同站點(diǎn)遷站后各氣象要素的變化情況和差異形成原因不盡相同，南京國(guó)家基準(zhǔn)氣候站遷站后因周邊環(huán)境、地理位置和海拔差異的影響，新址月平均氣溫偏低0.6 ℃，月最高氣溫偏低0.7 ℃，月最低氣溫偏低0.4 ℃，降水量偏多，風(fēng)速明顯偏大。霸州國(guó)家基本氣象站因新舊址儀器設(shè)備不同和舊址存在熱島效應(yīng)，遷站后新站氣溫、地表溫度和各深層地溫偏低，而濕度、極大風(fēng)速和最大風(fēng)速偏大[3]。

氣溫和降水量是地面氣象觀測(cè)中最常見(jiàn)的氣象要素。江蘇省降水量自南向北在春、秋、冬季呈減少趨勢(shì)，在夏季呈增加趨勢(shì)；平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫變暖幅度分別為0.265、0.175、0.040 ℃/10年[4]。北疆3個(gè)氣象站新、舊2個(gè)地址的氣溫資料相關(guān)性極高，冬季新址氣溫偏低，夏、秋兩季較高，個(gè)別月份存在顯著差異，最低氣溫的標(biāo)準(zhǔn)偏差較大[5]。甘肅崆峒站新址氣溫低于舊址，海拔和觀測(cè)環(huán)境的不同對(duì)氣溫差異影響最顯著；降水對(duì)2個(gè)地址氣溫差異的影響程度為日最高氣溫＜日平均氣溫＜日最低氣溫，較無(wú)降水情況更明顯[6]。目前，有關(guān)晴雨情況對(duì)氣象站對(duì)比觀測(cè)期間氣溫差異影響的相關(guān)報(bào)道較少，根據(jù)氣候季節(jié)劃分，對(duì)丹徒國(guó)家基本氣象站對(duì)比觀測(cè)期間的氣象資料進(jìn)行分析，探討新舊址全季度、晴日和雨日的氣溫差異及其形成原因，為后續(xù)研究不同天氣過(guò)程的氣溫變化規(guī)律和精細(xì)化預(yù)報(bào)提供依據(jù)。

1 資料和方法

1.1 測(cè)站基本情況

丹徒國(guó)家基本氣象站舊址位于鎮(zhèn)江市丁卯橋路175-1號(hào)，119°28′E，32°11′N，海拔27.3 m；2014年選定新址位于鎮(zhèn)江市秋山路106號(hào)，119°29′E，32°09′N，海拔15.0 m，處于舊址東南方，相距3.6 km。根據(jù)《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》總則中站址遷移及對(duì)比觀測(cè)要求，自2015年1月1—2017年6月30日在新、舊2個(gè)地址對(duì)氣溫、降水量、風(fēng)向、風(fēng)速等氣象要素進(jìn)行對(duì)比觀測(cè)，2020年1月1日正式遷站，均采用自動(dòng)觀測(cè)設(shè)備。

1.2 資料選取和氣候季節(jié)劃分

選取丹徒國(guó)家基本氣象站對(duì)比觀測(cè)期間氣象資料，為新舊址2015年1月1—2017年6月30日同期氣溫（日平均氣溫、日最低氣溫、日最高氣溫）和日降水量。根據(jù)GB/T 42074—2022《氣候季節(jié)劃分》對(duì)2015—2017年進(jìn)行氣候季節(jié)劃分，數(shù)據(jù)源選用舊址氣溫?cái)?shù)據(jù)。其中，2014年冬季和2017年夏季無(wú)完整季度數(shù)據(jù)，選用現(xiàn)有資料進(jìn)行分析。

1.3 研究方法和數(shù)據(jù)處理

根據(jù)已有對(duì)比觀測(cè)資料，選取連續(xù)≥3 d降水量均為0的過(guò)程作為晴日，而連續(xù)≥3 d均有降水量的過(guò)程作為雨日，保證2個(gè)地址晴雨情況一致，計(jì)算時(shí)不統(tǒng)計(jì)各過(guò)程第一日和最后一日。根據(jù)氣候季節(jié)劃分，計(jì)算新舊址2015年春季至2017年春季各季度氣溫?cái)?shù)據(jù)差值（新址—舊址）及其標(biāo)準(zhǔn)差，計(jì)算晴日和雨日2014年冬季至2017年夏季各季度的總降水量和氣溫差值及其標(biāo)準(zhǔn)差。氣溫?cái)?shù)據(jù)包括平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫和氣溫日較差，均進(jìn)行t檢驗(yàn)分析（顯著性水平0.05）。

選用Microsoft Excel 2016軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、差值及標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算，采用IBM SPSS Statistics 22進(jìn)行t檢驗(yàn)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 全季度氣溫季節(jié)對(duì)比

2.1.1 差值及標(biāo)準(zhǔn)差統(tǒng)計(jì)

除季氣溫日較差和2015年秋季的季最高氣溫差值為正值外，其余氣溫?cái)?shù)據(jù)的均為負(fù)值，其中季最低氣溫差異最大；2015年各季度氣溫?cái)?shù)據(jù)的差值基本均最大，而季最高氣溫春季和夏季的差值較?。?015年差值基本夏季最小，2016年則秋季最小。表明各氣溫?cái)?shù)據(jù)存在年際差異，2015年差異較明顯；新址氣溫明顯低于舊址，最低氣溫差異最明顯，且2個(gè)地址春季和冬季的氣溫差異相對(duì)突出。

對(duì)于2個(gè)地址各氣溫?cái)?shù)據(jù)差值的標(biāo)準(zhǔn)差，季最高氣溫的最小，季最低氣溫和季氣溫日較差的則較為接近且最大；2015年春季和秋季較大，2016年春季和冬季較大。說(shuō)明新舊址春季各氣溫?cái)?shù)據(jù)差值數(shù)據(jù)的波動(dòng)性較大，最低氣溫和氣溫日較差的差值相對(duì)不夠穩(wěn)定。

2.1.2 顯著性檢驗(yàn)

由表1可知，季平均氣溫和季最高氣溫均無(wú)顯著性。季最低氣溫在2015年夏季可達(dá)極顯著水平（P<0.01），在2015年春季和秋季、2016年冬季則差異顯著（P<0.05）。季氣溫日較差在2015年各季度、2016年春季和冬季、2017年春季均不具有方差齊性，且在2015年夏季達(dá)極顯著水平（P<0.01），在2015年秋季差異顯著（P<0.05）。說(shuō)明新舊址的季最高氣溫?cái)?shù)據(jù)一致性最好；季最低氣溫和季氣溫日較差則存在明顯差異，主要在2015年差異顯著，一致性差。

2.2 晴日氣溫季節(jié)對(duì)比

2.2.1 晴日差值及標(biāo)準(zhǔn)差統(tǒng)計(jì)

除晴日季氣溫日較差、2015年夏季和秋季的晴日季最高氣溫差值為正值外，其余的均為負(fù)值，其中，季最高氣溫差異最?。怀缛占咀罡邭鉁?，其余晴日氣溫?cái)?shù)據(jù)基本均為2015年差值較大；2015年基本夏季最小，秋季最大，2016年則秋季最小，春季最大（表2）。表明晴日各氣溫?cái)?shù)據(jù)與全年情況基本一致，均在2015年差異更明顯，兩年各季度間差異可能與晴日季節(jié)占比有關(guān)；新址晴日氣溫低于舊址，差異主要體現(xiàn)在最低氣溫和氣溫日較差，但2個(gè)地址晴日最高氣溫相對(duì)一致。

對(duì)于2個(gè)地址晴日各氣溫?cái)?shù)據(jù)差值的標(biāo)準(zhǔn)差，季最高氣溫的最小，季最低氣溫和季氣溫日較差的則較為接近且最大；2015年春季和秋季相對(duì)較大，2016年主要為春季，與全年氣溫情況基本一致。

2.2.2 晴日顯著性檢驗(yàn)

由表3可知，晴日季最高氣溫均無(wú)顯著性，晴日季平均氣溫只在2014年冬季差異顯著（P<0.05）。晴日季最低氣溫在2014年冬季可達(dá)極顯著水平（P<0.01），在2015年春季、夏季和秋季則均差異顯著（P<0.05）。晴日季氣溫日較差在2014年冬季不具有方差齊性，且在2015年夏季和秋季極顯著水平（P<0.01），在2014年冬季、2015和2017年春季、2016年夏季差異顯著（P<0.05）。說(shuō)明新舊址晴日季最低氣溫和季氣溫日較差主要在2015年差異顯著，與全年氣溫?cái)?shù)據(jù)情況基本一致。

2.3 雨日氣溫季節(jié)對(duì)比

2.3.1 雨日差值及標(biāo)準(zhǔn)差統(tǒng)計(jì)

2015年降水量主要集中在夏季，2016年則在夏季和秋季；舊址2016年四季總降水量較2015年偏多19.14%，新址偏多1.07%；新址較舊址2015年偏多15.11%，2016年偏少2.35%。

雨日季平均氣溫、季最高氣溫和季最低氣溫差值多為負(fù)值，季氣溫日較差和總降水量的則多為正值；2個(gè)地址雨日氣溫差值均較小，其中，季最低氣溫和季氣溫日較差差異較大；除季氣溫日較差外，其余基本均為2015年差值較大（表4）。表明新舊址各氣溫?cái)?shù)據(jù)存在年際差異，在2015年差異更明顯；新址雨日氣溫略低于舊址，降水量則略多，季最低氣溫和季氣溫日較差的差異最明顯。

2個(gè)地址雨日各氣溫?cái)?shù)據(jù)差值的標(biāo)準(zhǔn)差均較小。其中，季平均氣溫的最小，氣溫日較差則最大（表4）。說(shuō)明新舊址間雨日氣溫差異不明顯，但氣溫日較差的差值穩(wěn)定性相對(duì)較差。

2.3.2 雨日顯著性檢驗(yàn)

由表3可知，顯著性分析可知，新舊址雨日的季總降水量及各氣溫?cái)?shù)據(jù)均無(wú)顯著性，且t值遠(yuǎn)低于臨界值。這說(shuō)明2個(gè)地址在有降水的情況下各氣溫?cái)?shù)據(jù)一致性好，對(duì)全年各氣溫?cái)?shù)據(jù)差異的影響很小。

3 討論

研究表明，地理位置、海拔、下墊面性質(zhì)和周邊環(huán)境是導(dǎo)致新舊址各氣象要素差異的主要原因[7-8]。新舊址緯度相近，新址較舊址偏南0.03個(gè)緯距。對(duì)比觀測(cè)期間新址的海拔較舊址偏低12.3 m，根據(jù)平均溫度垂直遞減率0.65 ℃/100 m計(jì)算為新址氣溫升高0.08 ℃，與實(shí)際氣溫差值有明顯差異。

地塊城市化程度越高，熱島效應(yīng)越強(qiáng)[9]；歸一化建筑指數(shù)與地表溫度呈正相關(guān)線性關(guān)系，歸一化植被指數(shù)則呈負(fù)相關(guān)，建設(shè)用地溫度普遍高于自然表面和水體[10]。對(duì)比觀測(cè)期間，新址位于郊區(qū)，周邊多為荒地或植被覆蓋，四周可視范圍障礙物仰角最高只有5.3°，遠(yuǎn)離居民區(qū)和工業(yè)區(qū)，最近水體相距約190 m；舊址位處城區(qū)，周邊多為水泥地面和建筑物，方位0°～164°和268°～360°有成片障礙物，四周可視范圍障礙物仰角最高已達(dá)21.2°，最近居民區(qū)相距約82 m，最近水體相距約417 m。新址地處空曠，有輻射冷卻降溫作用，能通過(guò)植物的蒸騰、陰涼效應(yīng)和遮陰作用達(dá)到增濕降溫效果，且水體較大的比熱容能一定程度抑制氣溫波動(dòng)，減輕城市熱島效應(yīng)[11-12]；而舊址附近建筑用地多，相比于植被和土壤有較大的吸熱率和較小的比熱容，可能產(chǎn)生較強(qiáng)的熱島效應(yīng)，更易導(dǎo)致升溫并向四周和大氣中輻射，因而白天的儲(chǔ)熱量快且多，夜間地面降溫相對(duì)偏慢[13-14]。城市熱島效應(yīng)對(duì)日最低氣溫的影響較日最高氣溫更大，2個(gè)地址不同的下墊面性質(zhì)和周邊環(huán)境可能共同影響導(dǎo)致新址氣溫整體偏低，最低氣溫明顯低于舊址，而2個(gè)地址最高氣溫差異不明顯，部分季節(jié)舊址高于新址。

春季2個(gè)地址氣溫差異較大可能與風(fēng)向風(fēng)速有關(guān)，統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)新址出現(xiàn)7級(jí)以上大風(fēng)日數(shù)明顯多于舊址，且主要出現(xiàn)在春季。這可能是春季和冬季更易出現(xiàn)冷渦或槽南下導(dǎo)致風(fēng)速增強(qiáng)的情況；舊址周圍建筑物密集，易阻擋氣流在背風(fēng)面形成湍流，促使風(fēng)速減弱。降水對(duì)2個(gè)地址各氣溫?cái)?shù)據(jù)差異的影響程度較無(wú)降水情況明顯偏弱，可能是新址降水量較舊址偏多，夏季和秋季差異較大，而城市熱環(huán)境對(duì)城區(qū)強(qiáng)降水有促進(jìn)作用，主要表現(xiàn)在夜間，造成地表熱量變化加速，進(jìn)而影響氣溫?cái)?shù)據(jù)[15]。

4 結(jié)論

（1）全季度氣溫?cái)?shù)據(jù)春季穩(wěn)定性較差；新址氣溫日變化大，各氣溫?cái)?shù)據(jù)均偏低，2015年差異較明顯，且季最低氣溫差異最明顯，春季和冬季差異相對(duì)突出。季最低氣溫和季氣溫日較差主要在2015年差異顯著。

（2）晴日氣溫?cái)?shù)據(jù)與全季度氣溫情況基本一致，春季穩(wěn)定性相對(duì)較差；新址晴日各氣溫?cái)?shù)據(jù)均偏低，存在年際差異，且季最低氣溫和季氣溫日較差差異突出，主要在2015年差異顯著，較全年氣溫情況更明顯。

（3）新舊址雨日氣溫?cái)?shù)據(jù)差異不明顯，新址雨日氣溫較低，降水量則略多，在2015年差異相對(duì)明顯。降水對(duì)2個(gè)地址各氣溫?cái)?shù)據(jù)差異的影響程度較無(wú)降水情況明顯偏弱。下墊面性質(zhì)和周邊環(huán)境是導(dǎo)致新舊址氣溫存在差異的最主要原因。未來(lái)可進(jìn)一步探討不同天氣過(guò)程對(duì)新舊址氣溫的影響，利用舊址長(zhǎng)期資料和遷站后新址資料，探討了丹徒國(guó)家基本氣象站歷年氣溫資料的連續(xù)性，為正確應(yīng)用歷史氣象資料提供理論依據(jù)。

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