文章通过对剑河地面气象观测站1977~2006年迁站前30年与新址后11年的气象站观测资料进行对比分析，得出剑河迁站前、后气象要素存在一定的差异，两址周围探测环境不同、下垫面差异以及城市热岛效应等因素是气象要素观测值存在差异的重要原因。新站的探测环境与旧站相比相对较差，城市热岛效应与人类活动导致气温比旧站偏高；新站西边的山体及周围建筑物使风绕流，其阻碍效应消耗了空气水平运动的动能使风速比旧站小；新站西边的山体对太阳的遮挡使日照时数比旧站少。新站的探测环境较差，用新站资料来整编下一个30年气象资料会对日照有影响。 By comparing and analyzing the observation data of Jianhe Surface meteorological observation sta-tion in the 30 years before the station relocation from 1977 to 2006 and the 11 years after the new site, the paper concludes that there are some differences in meteorological elements before and af-ter the station relocation, and the important reasons for the differences in meteorological elements are the different detection environments around the two sites, the difference in underlying surface and the urban heat island effect. Compared with the old station, the detection environment of the new station is relatively poor, and the urban heat island effect and human activities lead to higher temperature than the old station. The mountain to the west of the new station and the surrounding buildings make the wind flow around, and its blocking effect consumes the kinetic energy of the horizontal movement of the air, making the wind speed smaller than that of the old station. The mountain to the west of the new station blocks the sun so that the number of sunshine hours is less than the old station. The detection environment of the new station is poor, and using the data of the new station to compile meteorological data for the next 30 years will have an impact on sunshine.
文章通过对剑河地面气象观测站1977~2006年迁站前30年与新址后11年的气象站观测资料进行对比分析，得出剑河迁站前、后气象要素存在一定的差异，两址周围探测环境不同、下垫面差异以及城市热岛效应等因素是气象要素观测值存在差异的重要原因。新站的探测环境与旧站相比相对较差，城市热岛效应与人类活动导致气温比旧站偏高；新站西边的山体及周围建筑物使风绕流，其阻碍效应消耗了空气水平运动的动能使风速比旧站小；新站西边的山体对太阳的遮挡使日照时数比旧站少。新站的探测环境较差，用新站资料来整编下一个30年气象资料会对日照有影响。
迁站，探测环境，山体，绕流，遮挡，整编
Lin Teng, Dandan Liu, Linlin He, Hao Liu, Huizhu Zhang
Meteorological Bureau of Songtao Miao Autonomous County, Songtao Guizhou
Received: Dec. 2nd, 2023; accepted: Jan. 2nd, 2024; published: Jan. 9th, 2024
By comparing and analyzing the observation data of Jianhe Surface meteorological observation station in the 30 years before the station relocation from 1977 to 2006 and the 11 years after the new site, the paper concludes that there are some differences in meteorological elements before and after the station relocation, and the important reasons for the differences in meteorological elements are the different detection environments around the two sites, the difference in underlying surface and the urban heat island effect. Compared with the old station, the detection environment of the new station is relatively poor, and the urban heat island effect and human activities lead to higher temperature than the old station. The mountain to the west of the new station and the surrounding buildings make the wind flow around, and its blocking effect consumes the kinetic energy of the horizontal movement of the air, making the wind speed smaller than that of the old station. The mountain to the west of the new station blocks the sun so that the number of sunshine hours is less than the old station. The detection environment of the new station is poor, and using the data of the new station to compile meteorological data for the next 30 years will have an impact on sunshine.
Keywords:Station Relocation, Detection Environment, Mountain Massif, Flow Around, Shelter, Reorganize (Troops)
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剑河气象局的老站于1959年1月建站，位于老县城柳川镇老城墙第一小学背后山崖处，海拔508.2米，北纬26˚29'，东经108˚38'，区站号57835，后因2002~2006年，国家重点建设项目“三板溪”水电站的建设，剑河县城实施整体搬迁工程，剑河县气象局属于随迁单位。在县委、县人民政府、上级主管部门的支持和扶持下，剑河县气象局在2005~2006年严格按照新县城建设“三高”要求进行办公楼和观测平台建设。2007年1月1日正式搬迁至剑河县新县城(革东镇)。新址的观测场位于新县城中心西北方，面积25 × 25平方米，安装了人工观测设备和七要素自动站设备，建成了600多平方米的极具民族特色的办公、业务大楼。新址位于剑河县革东镇团结路秀山巷2号(城区)，东经108˚26'，北纬26˚44'，观测场海拔高度为527.2米。剑河国家气象站旧站地址(柳川镇)与新站地址(革东镇)，经测量相应的新老气象站相距17.4 km，海拔高度相差16.1米，大气探测环境变化存在差异。按照《地面气象观测规范》 [
资料选取剑河国家气象站新站2007~2017年的11年气象整编资料与旧站1977~2006年迁移前的30年气象观测资料，气象要素为：气温(包括最高、最低气温)、日照、风向及风速。首先计算出所选取的新站11a的气象要素年、月平均值，然后再进行差值计算(即：差值 = 新站11a的月、年平均值 − 旧站30a的月、年平均值)，并分析利用新站与旧站的30年1981~2010年的整编资料与旧站1977~2006年迁移前30年整编资料，用对比分析的方法从而得出结论。
从图1可知，新站的年平均气温比旧站偏高0.2℃。就每月平均气温来看，1、4、12月偏低，偏低在0.1℃~0.4℃之间，其中12月偏低最大，为0.4℃，其它月份均偏高，偏高在0.1℃~0.8℃之间，其中2月偏高最大，为0.8℃。从以上分析可知新站与旧站的气温平均变化差异不大，只在冬季差异稍微明显。
图1. 迁站前后平均气温比较
从旧站30年与新站11年气温资料分析(表略)可知，新站的年平均最高气温比旧站略偏高， 仅为0.1℃，年最低气温新站比旧站略偏高0.1℃。新站的月平均最高温度在2~3、5、7、9、11月比旧站略偏高，略偏高在0.4℃~1.1℃之间，2月、7月偏高较明显，都为偏高1.1℃，1、4、8、12月月平均最高温略偏低，略偏低在0.1℃~1.5℃之间，12月偏低明显，为1.5℃，其中6月份月最高气温持平。新站的月平均最低温度在1月、6月、11月比旧站分别偏低0.8℃、0.1℃、0.3℃，7月份持平，其它月份均偏高，偏高在0.1℃~1.4℃之间，其中月平均最低温度偏高在0.1℃~1.4℃，其中5月偏高最明显，为1.4℃。
对比旧站30年与新站11年气象资料分析两站平均风速和风向频率，新站年平均风速为0.9 m·s−1，旧站年平均风速为1.2 m·s−1，年平均风速新站比旧站减少0.3 m·s−1，月平均风速均减少，减少到0.1~0.5 m·s−1，月平均风速差异在7月最大，为0.5 m·s−1，6、12月风速差值相对较小，新站仅比旧站少0.1 m·s−1(见表1)。
| 时间 | 旧站 | 新站 | 差值 |
|---|---|---|---|
| 1月 | 1.1 | 0.9 | 0.2 |
| 2月 | 1.3 | 0.8 | 0.3 |
| 3月 | 1.4 | 1.1 | 0.3 |
| 4月 | 1.2 | 0.8 | 0.4 |
| 5月 | 1.2 | 0.9 | 0.3 |
| 6月 | 1.1 | 1 | 0.1 |
| 7月 | 1.3 | 0.8 | 0.5 |
| 8月 | 1.1 | 0.9 | 0.2 |
| 9月 | 1.2 | 0.8 | 0.4 |
| 10月 | 1.2 | 0.9 | 0.3 |
| 11月 | 1.3 | 0.9 | 0.4 |
| 12月 | 1.1 | 1 | 0.1 |
| 年 | 1.2 | 0.9 | 0.3 |
表1. 迁站前后各月、年的风速平均值差值对比(m·s−1)
分析旧站30年与新站11年气象资料，知剑河县风向按16个风向记载，属季风气候区，风向随季节的更替而变换。春季主要吹东风，夏季吹南风，秋季吹西风，冬季吹北风。图2为旧站剑河县30年平均(左)和新站11年(右)平均风向玫瑰图。由图2可知，以百分比计算，旧站东风最多，占全年有风的16.2%，最多集中在3、4、5月，每月百分比在6%~8%之间。南风，占全年有风的14.8%，多分布在10~5月间，每月的百分比在5%左右，平均风向频率为2.9%，偏北风出现的频率为10%，多出现冬季，主要集中在11月至次年2月，静风频率为50%，西风出现的频率为8%。新站也是东风最多，占全年有风的14.7%，最多集中在3、4、5月，每月百分比在6%~7%之间。其次为南风，占全年有风的10.3%，多分布在10~5月间，每月的百分比在4%左右，平均风向频率为2.5%，偏北风出现的频率为9%，多出现冬季，主要集中在11月至次年2月，静风频率为62%，最小的风向频率为西风，仅为2%。从新旧站风向对比来看旧站风向频率分布更均匀一点，新站西风出现的频率比旧站要少，且静风频率比旧站大。
图2. 迁站前后平均风向玫瑰图比较(左为旧站30年平均，右为新站11a平均)
从图3可知，新站的年平均日照时数为968.4小时，旧站年平均日照时数为1112.0小时，新站日照时数比旧站偏少了143.6小时。就每月平均日照时数来看，新站除2月日照时数略偏多8小时外，其余月份均偏少在0.5~35.0小时之间，其中9月偏少最多，为35.0小时。从以上分析可知新站与旧站的日照平均变化差异较大，总体来说是新站日照时数比旧站偏少。
图3. 迁站前后日照时数比较
对比旧站的30年(1977~2006年)与现用30年(1981~2010年)的气象整编资料，旧站整编资料年平均气温与现用整编资料年平均气温相同，月平均气温2~3月、5月、8~9月差值偏少在0.1℃~0.2℃，4月、12月平均气温差值偏高0.2℃外，其余月份相同；日照时数除11~12月差值偏少在0.5~1.2小时外，其余月份差值均偏多在1.1~15.6小时之间，其中7月日照时数差值最大，年日照时数差值达63.5小时(见表2)。以上分析表明气温整编资料变化差异不大，现用日照整编资料比旧站30年整编资料偏少。
| 时间 | 旧站30年平均气温(℃) | 现用30年平均气温(℃) | 旧站30年平均气温与现用30年平均气温差值(℃) | 旧站30年月平均日照时数(小时) | 现用30年平均日照时数 (小时) | 旧站30年平均日照与现用30年平均日照差值(小时) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1月 | 5.8 | 5.8 | 0.0 | 45.0 | 38.5 | 6.5 |
| 2月 | 7.6 | 7.8 | −0.2 | 42.9 | 41.8 | 1.1 |
| 3月 | 11.7 | 11.8 | −0.1 | 64.0 | 59.6 | 4.4 |
| 4月 | 17.4 | 17.2 | 0.2 | 86.8 | 79.9 | 6.9 |
| 5月 | 21.1 | 21.2 | −0.2 | 100.0 | 98.9 | 1.1 |
| 6月 | 24.1 | 24.1 | 0.0 | 102.9 | 97.2 | 5.7 |
| 7月 | 26.1 | 26.1 | 0.0 | 160.7 | 145.1 | 15.6 |
| 8月 | 25.4 | 25.5 | −0.1 | 159.0 | 152.2 | 6.8 |
| 9月 | 22.1 | 22.3 | −0.2 | 124.9 | 117.3 | 7.6 |
| 10月 | 17.5 | 17.5 | 0.0 | 86.9 | 77.4 | 9.5 |
| 11月 | 12.9 | 12.9 | 0.0 | 76.0 | 77.2 | −1.2 |
| 12月 | 8.1 | 7.9 | 0.2 | 62.9 | 63.4 | −0.5 |
| 年平均 | 16.7 | 16.7 | 0.0 | 1112.0 | 1048.5 | 63.5 |
表2. 旧站的30年(1977~2006年)与现用30年(1981~2010年)的气象整编资料对比
剑河新站现址位于剑河县革东镇团结路秀山巷2号(城区)，东经108˚26'，北纬26˚44'，观测场海拔高度为527.2米。剑河国家气象站旧站地址为(柳川镇)，经纬度为东经108˚38'，北纬26˚29'，观测场海拔高度为511.1米，相应的新老气象站相距17.4 km，海拔高度相差16.1米，大气探测环境变化发生了明显变化，按照《地面气象观测规范》 [
从图5可知，由于新站周围被城市包围，东南方向有建筑物，距离观测场围栏200米处，该建筑物高25层，与观测场高度差70米，按照气象设施和气象探测环境保护条例规定：国家一般气象站高度超过距离的1/8时就影响大气探测环境，显然该建筑物和观测场西边的建筑物超过了规定的高度，影响到气象探测环境。王金凤等 [
图4. 迁站前后观测场环境(左为旧站观测环境，右为新站观测环境)
图5. 新站观测场西边(左)及东南边建筑物(右)
日照时数主要与经纬度、天气及昼夜长短有关，剑河新站经纬度为东经108˚26'，北纬26˚44'、旧站经纬度为东经108˚38'，北纬26˚29'，根据时差 = 经度差值 × 4，由于新旧经纬度差异较小，故经纬度差异对日照时数的影响可忽略不计。从图4、图5知新站西边紧挨着山体，由于山体遮挡导致新站观测场在17时过后就无太阳照射，而旧站周围建筑较少，西边偏离山体较远，太阳在17时过后还能在观测场有照射，可以行成日照，且周围建筑物对太阳的遮挡也较少，因此旧站日照时数普遍比新站多。
由于2007年搬迁至新站，新旧站属于同一气候区，加上现用整编资料只用了新站2007~2010四年资料来计算，所以气温整编资料相同，各月气温资料基本不影响。日照时数由于新站西边山体的影响，使现用整编资料日照时数总体比旧站30年资料偏少。
1) 新站的气温总体来说比旧站气温偏高，主要是由探测环境的改变而引起的。新站位于新县城中心西北方，周围多建筑物且西边为山体，导致空气流通、面散热相对较差，人口相对旧站密集，城市热岛效应明显，对气温升高有增幅作用，而旧站位于城市郊区，观测场周围无明显的高楼，周围空旷，附近为绿地，空气流通较好，大气探测环境更符合要求，所测气温更能接近实际值。
2) 新站比旧站风速偏小，主要是新站西边的建筑物及山体、东南方向的建筑物对风有阻挡作用，而且还会使风绕流，其阻碍效应消耗了空气水平运动的动能，使风速减小，同时新站西边更靠近山体，使西风出现的频率最少，同时周围建筑物较多，使空气流动相对较少，这也是静风出现频率比旧站大的原因。
3) 日照时数新站比旧站偏少，主要是由于新站西边山体遮挡，使新站观测场在17时过后就无太阳照射，而旧站周围建筑较少，西边偏离山体较远，太阳在17时过后还能在观测场有照射，可以行成日照，且周围建筑物对太阳的遮挡也较少，因此旧站日照时数普遍比新站多。
4) 气温整编资料气温相同，各月气温资料基本不影响。日照时数由于新站西边山体的影响，使现用整编资料日照时数比旧站30年资料偏少。
通过以上数据的对比分析发现，新站与旧站的数据差异较明显，新站的探测环境与旧站相比相对较差，城市热岛效应、周围建筑物、西边山体对气象要素造成了较大影响，导致气温偏高、风向风速减少、日照偏少。旧站的探测环境相对较好，旧站的观测资料更具有代表性、准确性，更符合本地区的气候特点，更能反映大气的真实状况。现用气象资料对下一个30年整编资料日照分析有影响，日照时数将偏少。因此剑河气象局大气探测环境较差，政府也建议剑河国家气象站观测场进行搬迁至符合大气探测环境的地方，使气象资料更具有代表性、准确性。
滕 林,刘丹丹,何琳琳,刘 浩,张惠珠. 剑河国家气象站迁站前后气象要素对比分析Comparative Analysis of Meteorological Elements before and after the Relocation of Jianhe National Meteorological Station[J]. 气候变化研究快报, 2024, 13(01): 21-28. https://doi.org/10.12677/CCRL.2024.131003