丹徒國家基本氣象站遷站氣溫資料的對比分析

邢鈺媛?曹陽?張芯瑜?王秀琴?劉楊?巫培源

摘 要：選取丹徒國家基本氣象站新、舊2個地址2015年1月—2017年6月的對比觀測資料，根據氣候季節劃分，對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行均值比較和t檢驗分析。結果表明，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；晴日各氣溫數據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定性較差，季最低氣溫和季氣溫日較差差異相對突出；雨日各氣溫數據差異不明顯，降水對2個地址各氣溫數據差異的影響程度較無降水情況明顯偏弱。下墊面性質和周邊環境是導致新舊址氣溫存在差異的最主要原因。

關鍵詞：遷站；對比分析；氣候季節；氣溫；t檢驗

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

丹徒國家基本氣象站于1980年建立，現已連續觀測氣象要素42年。隨著城市化建設進程推進，原觀測場因建筑物遮擋嚴重不再具有地面氣象觀測的代表性，而站址變遷在改善周邊探測環境的同時，也會因地理位置和周邊環境等變化對各氣象要素造成影響[1-2]。

不同站點遷站后各氣象要素的變化情況和差異形成原因不盡相同，南京國家基準氣候站遷站后因周邊環境、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，風速明顯偏大。霸州國家基本氣象站因新舊址儀器設備不同和舊址存在熱島效應，遷站后新站氣溫、地表溫度和各深層地溫偏低，而濕度、極大風速和最大風速偏大[3]。

氣溫和降水量是地面氣象觀測中最常見的氣象要素。江蘇省降水量自南向北在春、秋、冬季呈減少趨勢，在夏季呈增加趨勢；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個氣象站新、舊2個地址的氣溫資料相關性極高，冬季新址氣溫偏低，夏、秋兩季較高，個別月份存在顯著差異，最低氣溫的標準偏差較大[5]。甘肅崆峒站新址氣溫低于舊址，海拔和觀測環境的不同對氣溫差異影響最顯著；降水對2個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，較無降水情況更明顯[6]。目前，有關晴雨情況對氣象站對比觀測期間氣溫差異影響的相關報道較少，根據氣候季節劃分，對丹徒國家基本氣象站對比觀測期間的氣象資料進行分析，探討新舊址全季度、晴日和雨日的氣溫差異及其形成原因，為后續研究不同天氣過程的氣溫變化規律和精細化預報提供依據。

1 資料和方法

1.1 測站基本情況

丹徒國家基本氣象站舊址位于鎮江市丁卯橋路175-1號，119°28′E，32°11′N，海拔27.3 m；2014年選定新址位于鎮江市秋山路106號，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《地面氣象觀測規范》總則中站址遷移及對比觀測要求，自2015年1月1—2017年6月30日在新、舊2個地址對氣溫、降水量、風向、風速等氣象要素進行對比觀測，2020年1月1日正式遷站，均采用自動觀測設備。

1.2 資料選取和氣候季節劃分

選取丹徒國家基本氣象站對比觀測期間氣象資料，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GB/T 42074—2022《氣候季節劃分》對2015—2017年進行氣候季節劃分，數據源選用舊址氣溫數據。其中，2014年冬季和2017年夏季無完整季度數據，選用現有資料進行分析。

1.3 研究方法和數據處理

根據已有對比觀測資料，選取連續≥3 d降水量均為0的過程作為晴日，而連續≥3 d均有降水量的過程作為雨日，保證2個地址晴雨情況一致，計算時不統計各過程第一日和最后一日。根據氣候季節劃分，計算新舊址2015年春季至2017年春季各季度氣溫數據差值（新址—舊址）及其標準差，計算晴日和雨日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準差。氣溫數據包括平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫和氣溫日較差，均進行t檢驗分析（顯著性水平0.05）。

選用Microsoft Excel 2016軟件進行數據整理、差值及標準差計算，采用IBM SPSS Statistics 22進行t檢驗分析。

2 結果與分析

2.1 全季度氣溫季節對比

2.1.1 差值及標準差統計

除季氣溫日較差和2015年秋季的季最高氣溫差值為正值外，其余氣溫數據的均為負值，其中季最低氣溫差異最大；2015年各季度氣溫數據的差值基本均最大，而季最高氣溫春季和夏季的差值較??；2015年差值基本夏季最小，2016年則秋季最小。表明各氣溫數據存在年際差異，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個地址春季和冬季的氣溫差異相對突出。

對于2個地址各氣溫數據差值的標準差，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。說明新舊址春季各氣溫數據差值數據的波動性較大，最低氣溫和氣溫日較差的差值相對不夠穩定。

2.1.2 顯著性檢驗

由表1可知，季平均氣溫和季最高氣溫均無顯著性。季最低氣溫在2015年夏季可達極顯著水平（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年夏季達極顯著水平（P<0.01），在2015年秋季差異顯著（P<0.05）。說明新舊址的季最高氣溫數據一致性最好；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 晴日氣溫季節對比

2.2.1 晴日差值及標準差統計

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，其余的均為負值，其中，季最高氣溫差異最??；除晴日季最高氣溫，其余晴日氣溫數據基本均為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）。表明晴日各氣溫數據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占比有關；新址晴日氣溫低于舊址，差異主要體現在最低氣溫和氣溫日較差，但2個地址晴日最高氣溫相對一致。

對于2個地址晴日各氣溫數據差值的標準差，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

由表3可知，晴日季最高氣溫均無顯著性，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，與全年氣溫數據情況基本一致。

2.3 雨日氣溫季節對比

2.3.1 雨日差值及標準差統計

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值，季氣溫日較差和總降水量的則多為正值；2個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）。表明新舊址各氣溫數據存在年際差異，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個地址雨日各氣溫數據差值的標準差均較小。其中，季平均氣溫的最小，氣溫日較差則最大（表4）。說明新舊址間雨日氣溫差異不明顯，但氣溫日較差的差值穩定性相對較差。

2.3.2 雨日顯著性檢驗

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數據均無顯著性，且t值遠低于臨界值。這說明2個地址在有降水的情況下各氣溫數據一致性好，對全年各氣溫數據差異的影響很小。

3 討論

研究表明，地理位置、海拔、下墊面性質和周邊環境是導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個緯距。對比觀測期間新址的海拔較舊址偏低12.3 m，根據平均溫度垂直遞減率0.65 ℃/100 m計算為新址氣溫升高0.08 ℃，與實際氣溫差值有明顯差異。

地塊城市化程度越高，熱島效應越強[9]；歸一化建筑指數與地表溫度呈正相關線性關系，歸一化植被指數則呈負相關，建設用地溫度普遍高于自然表面和水體[10]。對比觀測期間，新址位于郊區，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°，遠離居民區和工業區，最近水體相距約190 m；舊址位處城區，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21.2°，最近居民區相距約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，能通過植物的蒸騰、陰涼效應和遮陰作用達到增濕降溫效果，且水體較大的比熱容能一定程度抑制氣溫波動，減輕城市熱島效應[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，可能產生較強的熱島效應，更易導致升溫并向四周和大氣中輻射，因而白天的儲熱量快且多，夜間地面降溫相對偏慢[13-14]。城市熱島效應對日最低氣溫的影響較日最高氣溫更大，2個地址不同的下墊面性質和周邊環境可能共同影響導致新址氣溫整體偏低，最低氣溫明顯低于舊址，而2個地址最高氣溫差異不明顯，部分季節舊址高于新址。

春季2個地址氣溫差異較大可能與風向風速有關，統計發現新址出現7級以上大風日數明顯多于舊址，且主要出現在春季。這可能是春季和冬季更易出現冷渦或槽南下導致風速增強的情況；舊址周圍建筑物密集，易阻擋氣流在背風面形成湍流，促使風速減弱。降水對2個地址各氣溫數據差異的影響程度較無降水情況明顯偏弱，可能是新址降水量較舊址偏多，夏季和秋季差異較大，而城市熱環境對城區強降水有促進作用，主要表現在夜間，造成地表熱量變化加速，進而影響氣溫數據[15]。

4 結論

（1）全季度氣溫數據春季穩定性較差；新址氣溫日變化大，各氣溫數據均偏低，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）晴日氣溫數據與全季度氣溫情況基本一致，春季穩定性相對較差；新址晴日各氣溫數據均偏低，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）新舊址雨日氣溫數據差異不明顯，新址雨日氣溫較低，降水量則略多，在2015年差異相對明顯。降水對2個地址各氣溫數據差異的影響程度較無降水情況明顯偏弱。下墊面性質和周邊環境是導致新舊址氣溫存在差異的最主要原因。未來可進一步探討不同天氣過程對新舊址氣溫的影響，利用舊址長期資料和遷站后新址資料，探討了丹徒國家基本氣象站歷年氣溫資料的連續性，為正確應用歷史氣象資料提供理論依據。

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