泸西县石洞气象站与基本站自动观测资料对比分析

普琼珍，杨长荣

(泸西县气象局，云南 泸西 652499)

0 引言

泸西县位于云南省红河、文山、昆明、曲靖4州市交汇处，冬无严寒，夏无酷暑，春暖秋凉，光照充足，无霜期长；全年分为雨季和旱季，降水呈夏秋季多雨多湿，冬春季干燥少雨的特征；境内多属北亚热带季风气候区，垂直分布着南亚热带、中亚热带、北亚热带、南温带和中温带5个气候类型[1]。还有学者认为，其气候成因(1)杨长荣，普琼珍，构箭勇，等.泸西气象站资料相关性代表性及其成因分析[C]//程建刚，解明恩，王灵，等.2011年云南气象监测与信息网络技术文集.云南省气象局，观网与网络处.2011：392-397.主要与地理位置、地形特点、盛行气流、昆明准静止锋等因素有关[2]。基于以上因子，为了更好地分析评估[3]拟迁站——泸西县石洞对比气象站5年来的自动观测资料，特选取20世纪50年代初建站，并通过与1980～2007年的省内外215个站点气象资料作相关分析[4]后，得出气象资料具有较好的代表性、比较性、准确性的基本站泸西站(2)杨长荣，普琼珍，构箭勇，等.泸西国家基本站56886[C]//解明恩，刘劲松，李建，等.大理国家气候观象台试点成果汇编之二 云南省32个基本(准)气象站台站资料代表性分析报告.云南省气象局，大理国家气候观象台.2011：23-25.，作多元对比(3)高志伟，苏毓芝.大理市自动气象站与人工站观测资料对比分析[J].云南气象，2005，25(3)：57-60.、回归分析李文孝，杨玛雄，朱桢国.威信县新旧气象站对比观测分析[J].云南气象，2021，40(4)：83-88.，以综合评价拟迁站点的规范性[5]。

泸西县基本气象站位于24°32′N，100°46′E，气压表海拔高度1 704.3 m，配备江苏无线电科学研究所有限公司DZZ4-1211型自动气象站(4)江苏省无线电科学研究所.自动气象站维修培训教材.，2003年起实现气压、气温、湿度、液态降水、风速、风向、天气现象、日照、地温等气象要素的24小时自动观测[6]，资料取值以4次定时观测为准，20时为日界。

泸西县新建对比观测点石洞自动气象站(拟迁站)，位于24°31′N，100°44′E，气压表海拔高度1 752.3 m(在基本站西南方1 km内的最高点小高丘顶上)，同样配备江苏无线电科学研究所有限公司的DZZ4型自动气象站，2014年底实现气压、气温、湿度、液态降水、风速、风向、天气现象、日照、地温等气象要素的24小时自动观测，资料取值同样以4次定时观测为准，20时为日界。

1 观测资料的差异及形成原因分析

采用多元统计[7]对比分析法，表1列出了泸西2015～2019年基本站与石洞站自动观测要素差值(按每天4次定时观测统计的月、年平均观测资料，极值从24次观测选取)。

表1 2015～2019年泸西县基本站与石洞对比站同步自动观测气象要素差值

1.1 气压

从月平均气压差值图1可以看出，月平均气压相差在 4.5～5.1 hPa。 数据呈规律性分布，离散性较小，明显呈冬春季偏高，夏秋季偏低特征，符合季、年天气变化规律。

图1 基本站与石洞站月平均气压差

从表1可以看出，基本站2015～2019年平均气压较石洞站高4.8 hPa，这从石洞站气压传感器海拔高度为1 752.3 m，基本站为1 704.3 m，得出两站高差48 m，石洞站气压应下降5.3 hPa，符合理想状态下，在海拔3 000 m内，海拔每上升9 m，大气压强就降低100 Pa(1 hPa)的规律。 5年极端最高气压差值在4.8～5.2 hPa，年极高气压差值5.2 hPa；5年极端最低气压差在4.4～ 4.9 hPa，年极低差4.7 hPa，贴近两站的年平均气压差值4.8 hPa，其平均差值可用作资料订正指标。

(1)相关系数公式：

(1)

(2)双样本方差F检验公式：

(2)

更进一步分析，根据相关系数公式(1)和双样本方差F检验公式(2)计算得出表2，可知2015～2019年基本站与石洞对比站逐月平均气压的相关系数趋于1，双样本方差(F)检验值<1.85的临界值，显著性水平达到 0.01，因此，海拔高差48 m的地形环境差异是影响气压的主要因子，两站气压数据相关性良好，石洞站气压观测系统同步采样数据代表性、准确性、比较性较好。

表2 2015～2019年基本站与石洞对比站观测数据相关系数和方差(F)检验显著性水平表(ɑ =0.01)

1.2 气温

从图2可以看出，基本站与石洞站2015～2019年逐月平均气温相差在-1.1～0.4 ℃，冬春季比夏秋季差值稍大，这与夏秋季多雨多湿、温度少变，冬春季干旱少雨、气温多变的气候特点有关。其中，冬春季除2016年2月为弱的正差值外，其余都为负差值，这与冬春季昆明准静止锋控制泸西县内部分地区有关，也跟其先入境地是基本站息息相关，整体数据呈规律性分布，离散性较小。

图2 基本站与石洞站月平均气温差

从表1可以看出，基本站与石洞站2015～2019年年平均气温差-0.1 ℃，应符合海拔升高100 m，气温下降0.6 ℃引起的对比站下降0.3 ℃之变化规律，但由于地形环境和天气系统原因[8]，也可能出现负差值。如图3所示，从地理环境上看，基本站虽与石洞对比站相距约1 km，却地处东北边孤立、空旷的田野里，气流通风良好，是昆明准静止锋入境路径，而石洞对比站却位于相对西南边的小山坡顶上，是偏西气流先行入境之地，两站可谓是拉锯徘徊，必争之地的“鹬蚌相争、渔翁得利”的具体表现，温、雨、湿自然与之相呼相应。从表1中还可看出，两站2015～2019各年平均气温差在0.0 ℃附近，而年极低气温却在0.3～-1.5 ℃，其中2017和2019年出现明显差值达-1.2 ℃和-1.5 ℃，相比其它年份明显增高，这是因为受大气环流异常影响，2017～2019年，泸西县基本站年平均气温较上年为略高到偏高到特高，即使在2019年1～2月出现明显阶段性低温阴雨，达寒潮标准情况下，基本站与其西边距离约7 km、海拔上升102 m，观测场具有良好的代表性、比较性、准确性的泸西县通用机场站相比，2月的平均气温差值也还为-0.3 ℃(5)杨长荣，普琼珍，顾华，等.泸西县通用机场气象站与基本站自动观测资料的对比分析[J].云南气象，2021，41(2)：84 -88.，故在昆明准静止锋的偏东气流入侵下，位置偏东的基本站，受其反复拉锯徘徊影响，出现间歇性低温阴雨；而位置偏西，主要受偏西气流控制的石洞站、机场站，虽地处较高海拔，却有相对较高的气温，故有明显高值。另外，紧挨着观测场边上，有个储水的圆形水池，偏北方向约200 m的山脚下，有个20世纪90年代开办的砖厂，其烟囱(排放烟气的脱硫塔)顶部在观测场下几米的地方，日夜排放热气流(烟囱约高40 m，其间烟囱位置和高度有过小幅度的变化，也曾间歇性熄炉停火过)，其厂房顶在烧砖时还有许多通气口在释放热量，砖厂旁边还有个不断释放尾气的汽车驾校，这些气溶胶颗粒、温室气体、水蒸汽在观测场周边形成微弱的热岛效应[9]。虽然石洞站年最多风向为西南风，在境内盛行西南风的夏秋季，对两站测场无影响，但在盛行偏北风的冬春季，热气流经过上升南移后热量大部耗散，余热恰好覆盖了对比站观测场，使其升温更明显，或是原因之一；其二或是在地面辐射冷却下夜间产生逆温层，致使气温升高，故而5年平均气温出现逆差也是有可能的，但山顶出现逆温层，是不符合气象学规律的。

图3 2022年1月16日拍摄的泸西县基本气象站与石洞气象站地形环境示意图

从图2还可看出，每年冬春季的1～3月和10～12月的月平均气温差值大都呈负数，在-1.1～0.3 ℃，其它4～9月则在-0.3～0.4 ℃，冬春季月平均气温差值达-0.7 ℃，明显违背海拔下降应增温的规律，而夏秋季的月平均气温差值却随海拔下降增大差值达0.4 ℃，二者相差两倍多，故违背规律的冬春季气温明显增高现象，是由这个热岛效应因子引起 。

同理，其月极端最高气温相差在-0.2～1.1 ℃，年平均极高差0.5 ℃，符合规律；冬春季月极端最高气温相差在0.0～0.9 ℃，夏秋季则为-0.2～1.1 ℃，其分段月极端平均最高气温差分别为0.5 ℃和0.7 ℃。由于极高气温观测数据大都出现在温高、湿小、西南风多的午后，下垫面基本不受这个热岛效应影响，其值可作订正指标。

同样，基本站与石洞站月极端最低气温相差在-4.0～0.7 ℃，年极低差0.3 ℃，也符合上面提到的相应影响变化；冬春季月极端最低气温相差在-4.0～0.7 ℃，夏秋季则为-1.3～0.7 ℃，其分段月极端平均最低气温差分别为-2.4 ℃和-1.0 ℃，明显呈冬春季变化大于夏秋季特点，是因为极端最低气温大都出现在夜间或清晨，西南风小、湿大，温度变化迅敏之时，下垫面受小热影响变化相对较大，符合地形环境及其风场分布影响特征。烟囱(排放烟气的脱硫塔))相对于基本站，却因方向错位和其底部都高于基本站，虽仅距基本站约1.1 km，但四周空旷，气流通畅，无热岛效应等，故测场不受其影响。

进一步分析，从表2可知，2015～2019年基本站与石洞对比站5年逐月平均气温的相关系数趋于1，二总体样本方差(F)检验值1.123 2，<1.53临界值，显著性水平达到0.01，同样说明热岛效应的影响可以不计，但要注意其稳定性，以调整参考订正指标。

综上所述，冬春季影响石洞对比站气温差异的因子除了海拔高度、昆明准静止锋和偏西气流外，还有其观测场下北边日夜烧砖释放热量、排放热气流的烟囱、汽车驾校的尾气等共同组成的热岛效应影响，虽仅为1%的影响因子，可忽略不计，但要注意其连续性，以做资料应用订正指标调整；夏秋季，则在最多风西南风作用下，气温基本不受影响，故资料还是具有代表性、准确性和比较性的。

1.3 湿度

从图4可以看出，基本站与石洞站2015～2019年各月平均相对湿度差值在-5%～10%，差值明显呈冬春季增大，夏秋季减小分布，这与干季湿度变化较大，雨季相对变化较小的规律是相匹配的，但由于热岛效应的存在，其值应该也略受影响，这从相对湿度的定义[10]“单位体积空气内实际所含的水气密度(用d1表示)和同温度下饱和水气密度(用d2表示)的百分比，即RH(%)=(d1/d2)× 100%”来看，在有烟囱等小热源影响的冬春季，其平均差基本呈正增大也是符合规律的，故作分段订正指标才符合实际情况。

图4 基本站与石洞站月平均相对湿度差

从表1得出，两站5年平均相对湿度差为3%，冬春季月平均相对湿度相差在-1%～10%，夏秋季则为-5%～7%分布特点，其分季平均相对湿度差均为6%，说明热岛效应影响微弱，可略去不计，其值可作订正指标。

同样，两站年极端最小相对湿度平均差值2%，冬春季月最小相对湿度相差在-1%～4%，夏秋季在-3%～4%，其分季月最小相对湿度差分别为3%、4%，可作为订正参考指标。

从表2中看出，两站2015～2019年逐月相对湿度要素的相关系数同样趋于1，双样本方差(F)检验值1.488 3，<1.85临界值，显著性水平达到0.01，相关性较好，同样说明基本不受热岛效应影响，其数据具有好的代表性、准确和比较性。

1.4 降水

从基本站与石洞站2015～2019年月降水量差值图5中看出，其变化在-15%～92%，除2019年冬春季有明显大值区偏离外，其余离散性都较小，总体为正偏差居多；从表1看，2015～2019年两站年降水量差呈3%特征，也说明基本站年总降水量略大于石洞站，总体呈降水大时其差值也增大，降水小时相对较小的分布。论其原因，同气温影响所述，主要为冬春季受大气环流异常影响，2017～2019年，泸西县基本站在昆明准静止锋的偏东气流入侵下，位置偏东的基本站，受其反复拉锯徘徊影响，2019年2月出现明显间歇性低温阴雨天气；而位置偏西，主要受偏西气流控制的石洞站，虽地处较高海拔，却相对温高少雨，故出现正差值[11]；夏秋季，则受西太平洋副热带高压与伊朗高压之间辐合区、西太平洋副热带高压西侧边缘偏南气流、西南涡、冷锋切变、台风减弱后西行低压、南支低槽影响，降水频率增大，降水时空分布不均匀也是此时期的地域特点[12]。这主要是随海拔高度的升高，降水先增加后降低的规律决定，但两站相距不过2 km，海拔高度只相差48 m，由天气系统影响产生的降水差值也相对不明显，故出现相应的正负差值分布效应也属正常。

图5 基本站与石洞站月雨量差

更进一步分析，表2中两站5年各月降水量的相关系数趋于1，双样本方差(F)检验值1.046 9，<1.85临界值，显著性水平达到0.01，相关性较好。又从两个站点都采用上海气象仪器有限公司的同一型号SL3-1翻斗式雨量传感器的现象看，数据是匹配的，两站数据具有较好的代表性、准确性、比较性，可得出年的订正指标。

1.5 风向风速

经过计算，得出石洞站2015～2019各年最多风向皆为西南风，与基本站历年最多风向频率南西南相差一个小方位，符合规律。从图3看，石洞站地处基本站的西南方小高丘上，位于其盛行风南西南风方位附近，最多风向频率同样符合地理环境制约和采样数据多少的分布特征。

图6 基本站与石洞站月平均风速差

从两站2015～2019年逐月平均风速差值图6上看，月平均风速差值在-1.2～-0.2 m/s，数据离散性较小。 从表1看出，两站年平均风速差-0.5 m/s，年平均风速差-22.6 %，符合随海拔高度增加风速增大的规律。

进一步分析，两站5年各月平均风速的相关系数趋于1，双样本方差(F)检验值1.558 5，也是 <1.85临界值，显著性水平达到 0.01，说明同步观测风资料与基本站相关性、时间变化相似性非常好，具有较好的代表性、准确性、比较性和连续性，可用作年的订正指标。

1.6 0 cm地温

从图7看出，两站2015～2019年逐月0 cm月平均地温在-0.7～1.9 ℃，数据趋势离散性较小。其中，2019年基本站年平均气温为特高，年极高气温33.6 ℃出现在季节转换，开始盛行SSW风的5月(多数年份如此)，该月地温明显偏高；2015年3月出现负值，也是由于在昆明准静止锋的影响，出现间歇性低温阴雨天气；而受偏西气流控制的石洞站，虽地处较高海拔，却有相对较高的地温，加上热岛效应影响，就有了明显的季节性差异。

图7 基本站与石洞站0 cm地温月平均值差

从表1可以看出，两站年平均地温差0.7 ℃，年极高差8.6 ℃，年极低差-0.5 ℃，前项符合海拔变化规律，中间这项则由于极高地温观测数据大都出现在温高湿小、西南风大、热量交换迅速的正午，故不受热岛效应影响，后一项极端最低地温却因大都出现在夜间或清晨，西南风较小、湿度较大，温度变化迅敏的时候，下垫面受热岛效应影响变化相对较大，故出现负值，但因数据离散性较小，不再作分段订正指标。

更进一步分析，表2中两站5年各月的0 cm平均地温相关系数趋于1，二总体样本方差(F)检验值1.111 5 <1.53临界值，显著性水平达到0.01，相关性好，同样说明对比站0 cm地温资料受微弱的热岛效应影响可忽略不计，资料具有代表性、准确性、比较性。

1.7 浅层地温

两站2015～2019年逐月浅层月平均地温数据趋势离散性较小，与0 cm平均地温变化趋势相似，符合规律。从表1得知，5 cm月平均地温在-0.6～1.7 ℃，10 cm月平均地温在-0.6～1.6 ℃，15 cm月平均地温在-0.6～1.6 ℃，20 cm月平均地温在-0.7～1.8 ℃，其年平均值差分别为：0.8 ℃、0.7 ℃、0.7 ℃、0.7 ℃，可作订正指标。

进一步分析，表2中两站5年各月的浅层地温相关系数趋于1，二总体样本方差(F)检验值在1.002附近，显著性达到0.01，相关性良好，同样说明对比站浅层地温资料的代表性、准确性、比较性好，海拔高差48 m 的地理环境差异是其主要影响因子，微弱的热岛效应影响不了浅层地温的观测值。

1.8 天气现象

从地理环境和气候特点上看，两站虽然地形环境差异明显，一个在盆地，一个在小山丘顶上，相距仅1 km左右，海拔相差也只有48 m，加上四周没有明显的影响物，故除大风稍增多外，其余天气现象应该大致相同，统计的实际意义不大，故不再做有关对比分析。

2 基本站资料应用于石洞对比站的订正参考指标

综上所述，得出基本站部分气象资料用于石洞站的参考订正指标如表3。

表3 基本站气象资料用于石洞站相关要素的订正指标

从表3中看出，大部气象要素的年订正指标符合海拔高差引起的变化规律，明显为负值，其中，年平均气温和年极低地温呈正值，冬春季的平均气温和最低气温，则同时出现明显的正差值；夏秋季则只有最低气温为正值；石洞对比站年最多风向西南风，年平均风速为正值，年降水量为负值。在两站大部数据相关系数趋于1，显著性水平达到ɑ=0.01的指标下，两站资料具有较好的相关性，微弱的热岛效应可不计，石洞站资料具有代表性、准确性、比较性，表3中的订正指标可作综合参考应用于各种气象服务中。

3 结论

使用基本站与石洞站2015～2019年60个月的观测资料作对比分析，得出石洞对比站观测资料具有代表性、准确性、比较性，其仪器性能良好，达到综合评估使用的指标。两站资料对比性良好，所列观测要素相关性较好。基本站自动观测资料经订正后可综合应用于石洞站，各项分析结果如下：

石洞站海拔高度比基本站高48 m，实测气压比基本站低4.8 hPa，距标准值仅差0.5 hPa，符合气压随海拔高度变化规律，两站相关系数值为0.998 8，显著性水平达到ɑ=0.01的指标，相关性良好，石洞站气压资料具有良好的代表性、准确性、比较性，其有关数值可做订正指标。

石洞站比基本站的年平均气温高0.1 ℃，年极高差-0.5 ℃，年极低差值-0.3 ℃，大部符合气温随海拔高度变化规律；其中，冬春季月极高、月极低气温差值分别为-0.5 ℃和2.4 ℃，月极低气温差明显出现正值，是受昆明准静止锋和偏西气流不同作用引起，还有其观测场受微弱的热岛效应影响所致；夏秋季则在最多风西南风对峙下，月极高、月极低气温差分别为-0.7 ℃和1.0 ℃，月极低气温影响不明显。两站相关系数值为0.998 0，显著性水平达0.01的指标，相关性较好，可略去热岛效应影响，其代表性、准确性、比较性一般，有关数值可做订正指标综合应用，但应注意小热源的连续性变化而作相应调整。

两站年平均相对湿度差仅为-3%，年极端最小相对湿度相差-2%，冬春季和夏秋季年平均相对湿度差均为-6%，极小差也变化不大，两站相关系数0.964 0，显著性水平达到0.01的指标，相关性较好，说明石洞站湿度观测数据不受热岛效应影响，具有好的代表性、准确性、比较性，2站平均差值可用作资料订正值。

两站降水量年值相差3%，主要为冬春季昆明准静止锋和偏西气流两系统东伸西退，在两站间争夺势力引起的差异，夏秋季则无明显变化，两站逐月降水量相关系数为0.994 4，显著性水平达到0.01，相关性较好，石洞站降水观测资料具有好的代表性、准确性、比较性，其年降水量差值3%可作粗糙订正指标。

石洞对比站5年最多风向为西南风，与基本站历年最多风南西南风相差一个小方位，符合规律，同样具有好的代表性、准确性、比较性。

两站风速年平均差值为0.5 m/s，年平均差值达22.6%，对比站风速总体稍大，符合风速随海拔高度变化规律。两站月平均风速相关系数值为0.938 0，相似性较好，显著性水平达到0.01指标，同样具有好的代表性、准确性和比较性，其年平均差值可作订正指标。

基本站与石洞站0 cm年平均地温差0.7 ℃，年极高差8.6 ℃，年极低差-0.5 ℃，同气温结论相同，对比站冬春季年极低地温高于低海拔的基本站，主要受昆明准静止锋、偏西气流和热岛效应共同影响；0 cm平均地温相关系数趋于1，显著性水平达到 0.01的指标，两站相关性好，其它浅层地温也拟合性较好，说明微弱的热岛效应影响可不计，对比站地温资料具有代表性、准确性和比较性。

两站天气现象资料，除海拔高差引起石洞站大风稍多外，其它大部应基本一致，同样具有好的代表性、准确性和比较性。

致谢：感谢云南省泸西县气象局地面测报组、云南省气象学会黄中艳、云南省泸西县住建局刘碧莹的帮助！