富宁国家基本气象站与安广区域站温压观测资料对比分析

引言

均一气象资料是气候变化研究的基础，随着社会发展和城市规模扩大，许多气象台站都因观测环境受损而被迫迁站，影响了气象观测资料的代表性、准确性、和比较性 [1]。通过分析研究气象台站历史沿革信息，可为气候资料订正提供参考。富宁县国家基本气象站位于云南省东南部，近年来在城市化进程和城市热岛效应 [2] 影响下，城区与郊区气象要素出现差异，气象探测环境受到严重影响。经国务院气象主管机构审批，该站拟搬迁至新址并正式开始业务运行。按《地面气象观测规范》规定，2021 年 12 月起新旧址开展对比观测，已在安广站积累 3 年的观测资料。本文以此为基础，对两址气温、气压差异进行分析，为气象业务服务和科研中气象资料的正确使用提供指导。

1 资料与方法

1 资料来源

研究资料源自富宁县国家基本气象站和安广区域站，包含富宁站和安广站 2024 年的月平均气温、月极端最高气温、月极端最低气温、月平均气压、月极端最高气压、月极端最低气压观测数据，资料序列完整。本文在对比分析两地观测资料差异时，通过计算两站资料差值，反映两站数据差异；为检验迁站前后资料的差异性，采用T 检验分析两站资料的均值和方差。富宁县国家基本气象站始建于 1957 年 1 月，随着城镇化的发展，周围的建筑影响了台站的正常观测，目前气象观测环境评估仅 72 分。旧址观测资料已难以准确反映当地天气气候特点，遂于 2022 年启动站址搬迁工作。安广站位于现址东南方约 2.8km 的新华镇环城南路，周边多为林地，无高大建筑、污染源和干扰源，气象探测环境评分 98 分，符合气象探测环境保护的要求，具体位置变化见表1。

2 统计方法

统计富宁国家基本气象站和安广区域站 2024 年月平均气温、极端气温、月平均气压、极端气压等地面常规资料，计算两站差值平均及标准差 [3][4] ；为分析两站气象要素差异原因，以富宁国家基本气象站、安广区域站为参照，经相关分析确定富宁基本站与安广区域站气象要素变化是否一致；并运用T 检验法分析检验两站资料的均一性[5]。

2.1 差值比较

依据对比观测期间的气象资料，对照富宁国家基本气象站和安广区域站气温、气压的观测数据，统计并计算各月相关要素两站址对比差值。对比差值 X_i=A_i -Ui，其中Ai 和Ui 分别代表第 i 次新旧站址观测值，对比差值能直观地呈现两站观测值的相对偏差。

2.2 T 检验

T 检验适用于样本量较小（如 n<30 ），总体标准差σ 未知的正态分布资料。基于 T 分布理论推断差异发生概率，比较两个平均数差异显著性。为判断富宁国家基本气象站与安广区域站近 ³ 年 1-12 月月平均气温、气压差异显著性，确定两站址气温、气压资料能否合并统计，对富宁国家基本气象站与安广区域站近 3 年 1-12 月月平均气温、气压资料进行均值显著性检验。给定信度 α=0.05 ，若 P<0.05 则存在显著差异。

2 数据分析

2.1 气温对比分析

2.1 差值检验

从表 2 可知，富宁两站月平均气温全年差值 7% ，各月安广站均低于富宁站，差值范围 1-2.2^∘C ；两站月极端最高气温差值较大，范围 -5-0‰ ，1-4 月、6 月、9-10 月安广站高于富宁站，其余月份安广站低于富宁站，最大差值 -5% ，出现在 9 月，次大的为 -4℃，出现在1 月 ; 两站月极端最低气温差值 0.2-2.6^∘C ，仅 2 月差值相近，全年安广站低于富宁站，最大差值2.6℃出现在 1 月、9 月。

2.2 T 检验

由表3 可知，6＼～10 月平均气温、7＼～9 月极端最低气温P 值均小于0.05，说明安广站和富宁站存在显著差异，无法做合并统计。而其他月份气温要素没有显著差异，资料可以合并统计。说明 6＼～10 月平均气温、7＼～9 月极端最低温差异显著。

2.3 温度差值比较及原因（1）海拔因素

根据台站沿革数据，安广区域站海拔高度比富宁国家基本站海拔高度高 209.8m 。因气温随海拔高度变化，根据平均温度垂直递减率 0.65^qC/100m 计算，理论上安广站气温应比富宁站低 4 C 。然而实际观测数据显示，两站气温的实测差值与理论计算值仍存在一定差异，且富宁站气温整体偏高，这表明除海拔因素外，其他因素也在一定程度上影响了两站气温的差异。

（2）站址环境因素

随着城市化进程的推进，富宁站观测场周边环境发生了显著变化。原本以植被为主的地表被逐渐打破，四周建筑物不断增多，观测环境已受到不同程度的影响 [6]。富宁站址位于城区，周围人口密集，居民生活及交通运输活动频繁，排放出大量热量至大气中。近年来，人们活动日益密集，车辆尾气排放逐渐增多，导致空气中二氧化碳等温室气体浓度增大，气溶胶浓度也明显增加。这些气体具有显著的温室效应作用，能够透过太阳的短波辐射使大地增温，同时吸收地面放射到太空的长波辐射，从而增强了城市热岛效应[7]。相比之下，安广站周边环境较为开阔，多为大面积的山地，建筑物距离较远且数量较少，植被覆盖率高[8]，辐射冷却作用强烈。安广站的热容量和导热率偏小，具有明显的降温增湿作用，空气流动顺畅，因此安广站气温普遍低于富宁站。

由于极端最低气温通常在夜间出现，而夜晚大气层结较为稳定，这种稳定状态不利于城市热量的扩散以及地面长波辐射的外逸，从而产生保温效果，使得两站之间的温差有所增大。反观白天，城市大气层结往往呈现出不稳定的状态，城市低层的热量能够快速地向周边扩散，进而导致两站温差相对变小。固极端最低气温受热岛效应的影响最为显著。

（3）下垫面因素

富宁站周围地表以硬化路面为主，而安广站下垫面则以土壤为主。安广站相较于富宁站，其热容量和导热率都明显偏小。富宁站地处城区，下垫面储热量明显高于位于郊区的安广站。在白天，城区下垫面储存了大量热量，而在夜晚，地面降温过程受到温室气体的抑制。通过地—气热交换，城区气温仍然比郊区高。因此，两站下垫面的显著差异也是导致安广站气温低于富宁站址的重要原因之一。

2.2 气压对比分析

2.2.1 差值检验

由表 2 可见，两站月平均气压全年有 34.3hPa 的差值，各月安广站均低于富宁站，差值范围为 27.8～36.8hPa ; 两站月极端最高气压差值较小，范围为 15.2＼～25℃，差值最大的为 25hPa，出现在 10 月，最小的为15.2hPa ，出现在 3 月 ; 两站月极端最低气温差值范围为 27.8＼～36.8hPa，全年安广站低于富宁站，差值最大的为 36.8hPa ，出现在 2 月。

2.2.2 T 检验

由表 5 可知，各月气压要素 P 值均小于 0.05，说明安广站和富宁站均存在显著差异，不能做合并统计。进而得知，6＼～10 月平均气温、7＼～9 月极端最低温差异显著。

表5 富宁站、安广站平均气压差值、极端气压T 检验P 值

2.3 气压差值比较及原因

安广站月平均气压显著低于富宁站，冬季气压差值最大，夏季相对较小，两站年平均气压差值 34.3hpa 。根据拉普拉斯气压高度差简化订正公式 Δp=-ΔH/8 ，计算得 Δp=26.2hpa ，与测差值接近 [9]。由此可知，两站址本站气压存在明显差异，其主要源于两地海拔高度。

3 小结

城市现代化快速发展使观测场受周边环境严重干扰，影响气象观测资料的准确性、代表性和可比性。通过温度、气压等气象要素变化分析得出：

（1）安广站气象要素与富宁站存在偏差。安广站平均气温及极端最高气温、平均气压及极端气压均低于富宁站，而极端最高气温普遍高于富宁站。气象要素的差异主要来自地形差异、海拔及城市热岛效应。

（2）富宁国家基本气象站两址气温、气压均值及极值显著性检验表明，6-10 月平均气温、7-9 月极端最低气温、所有气压数据差异显著，不可合并统计。使用安广站最高温度年值开展科学研究不影响可靠性。

综上所述，由于迁站两址海拔、环境、下垫面等关键因素上存在明显差异，这些差异直接导致了温压资料的显著不同。为确保富宁站历年气象资料的准确性、连续性以及代表性，建议对近十年存在显著差异的记录进行科学合理的订正处理。迁站所引发的观测要素差异严重破坏了富宁气象历史资料时间序列数据的一致性，给气候变化研究带来了极大的不确定性，显著降低了研究成果的可信度。因此，我们必须时刻保持高度警惕，充分认识到保护探测环境的重要性和紧迫性，采取切实有效的措施，以防探测环境再次遭受破坏。

参考文献

[1] 刘燕. 气象站迁站前后主要气象要素的差异性分析及对预报服务工作的影响 [J]. 气象与环境科学，2017，40（2）：138-143。

[2] 黄焕春 . 城市热岛的形成演化机制与规划对策研究 [D]. 天津大学，2014.

[3] 王秋香，刘卫平，刘叶，等. 吐鲁番气象站迁移前后资料的差异分析 [J]. 干旱区地理，2016，39（1）：22-32.

[4] 魏凤英 . 现代气候统计诊断与预测技术 [M]. 北京：气象出版社，1999：17-18

[5] 马开玉，丁裕国，屠其璞，等. 气候统计原理与方法[M]. 北京：气象出版社，1993：101-103.

[6] 周晓，成仕凡，黄小玲，等. 阳春站气象观测环境变化对观测资料的影响 [J]. 广东气象，2008，30（2）：83-85

[7] 袁云贵，宋彦棠. 都匀市气象局迁站对比观测各气象要素差异分析[J]. 贵州气象，2008，32（2）： 32-33

[8] 张晓平，周春珍，郝传静，等. 平阴国家气象站迁移对比观测资料差异分析 [J]. 山东气象，2009，29（3）：29-31

[9] 秦大河 . 气象探测环境和设施保护办法 [M]. 北京 ： 气象出版社，2004