台站搬迁后大风天气增多原因浅析

摘要：本文针对合川国家基本气象站搬迁后大风天气记录频次显著增多的现象展开研究。通过对比分析搬迁前后气象数据，并综合考察地形地貌变迁、城市发展及大气环流背景等因素，深入探讨了该现象的内在成因。研究结果表明，新站址地形抬升、下垫面粗糙度降低是导致风速记录增大的直接且主要的原因；城市热岛效应及下垫面属性改变对局地风场起到了增强作用；而大尺度环流背景为大风天气提供了必要的环境条件。研究旨在为当地气象观测数据的科学解读、长序列数据的均一性修正、防灾减灾工作以及未来台站规划提供理论依据与参考。

关键词：气象站搬迁；地形地貌；大风；城市气候；观测环境；数据均一性

引言

合川区位于重庆西北部，地处嘉陵江、渠江、涪江三江交汇处，属四川盆地东部丘陵地带，其独特的地理位置使其气象条件复杂多变，对区域农业生产、城市规划和居民生活具有重要影响。合川国家基本气象站作为国家气象观测网的关键站点，其数据的连续性、代表性和准确性至关重要。该站于2014年迁址，并于2015年初正式启用新站址记录数据。对比分析发现，新站记录的大风（本文指瞬时风速≥17.0m/s）天气日数较旧址呈现数量级上的增长。这一突变究竟是真实气候变化的反映，还是观测环境改变导致的“观测偏差”，成为一个亟待解答的科学问题。深入剖析这一变化背后的主导因素，对于准确理解本地真实气候规律、评估观测数据序列的代表性、进行长序列数据的均一性处理以及提升气象防灾减灾的精准性具有极其重要的现实意义。

1.合川国家基本气象站概况及搬迁情况

合川国家基本气象站始建于1959年，其旧址位于合川城区内（北纬29°58′，东经106°17′），海拔高度约230.6米。站址周边随着城市扩张逐渐被居民楼、学校等建筑物包围，观测环境受到显著影响，尤其是对风场的观测，由于建筑物遮挡和摩擦作用，其记录值可能存在系统性偏小的问题。为遵循《气象设施和气象探测环境保护条例》，保障气象探测信息的准确性和代表性，台站于2014年迁至新址。新址位于合川区郊外的铜梁洞山顶（北纬29°58′，东经106°16′），海拔高度升至约364.5米，较旧址抬升133.9米。新站周边地形相对开阔，下垫面为草地，仪器暴露度极佳，符合国家基本站的建设标准。由此可见，地理位置、海拔高度及周边环境的巨大差异，必然对气象要素，特别是风要素的观测产生根本性影响。本次搬迁本质上是一次对观测环境的重大改变，在分析数据时必须将环境变化作为首要考量因素。

2.搬迁前后大风天气频次对比

为科学评估搬迁影响，本研究选取搬迁前后各10年（2005-2014年、2015-2024年）的瞬时风速数据进行分析。统计标准为日最大瞬时风速≥17.0m/s（即风力≥8级）定义为一个大风日。

统计结果如下：

（1）搬迁前10年（2005-2014）：共出现大风日3次，年平均频次为0.3次。其中春季1次，夏季1次，秋季1次，冬季0次。历史极值仅为18.5m/s。

（2）搬迁后10年（2015-2024）：共出现大风日19次，年平均频次激增至1.9次，为搬迁前的6.3倍，增幅极其显著。其中春季9次，夏季7次，秋季2次，冬季1次。极大风速值记录被多次刷新，最高达25.8m/s（10级）。

进一步分析表明：

（1）季节性变化：搬迁前大风日在各季节分布较为均匀。搬迁后，大风日高度集中在春、夏两季，占总数的84.2%。这与春夏季强对流天气高发的气候背景相吻合，说明新站更能捕捉到由中小尺度天气系统（如飑线、雷暴大风）造成的瞬时大风。

（2）日变化特征：对搬迁后大风过程的分析发现，其多发时段常在午后至傍晚（14-20时），这与一日中热力不稳定能量最强的时段一致，暗示了热力强迫与地形抬升的叠加效应。

上述对比清晰地表明，台站记录到的大风频次在搬迁后发生了跃变。这种突变在时间上与搬迁事件高度吻合，因此不能简单地归因于气候变化，而必须从观测环境改变中寻找主要原因。

3.大风天气增多原因分析

3.1地形地貌因素（主导因素）

（1）海拔抬升与“海拔效应”：新站海拔较旧址升高133.9米。根据大气边界层理论，距离地面越高，地表摩擦阻力对风速的削弱作用越小。通常，在近地层，风速随高度呈指数增加（遵循风速廓线定律）。粗略估算，仅因海拔抬升，新站的平均风速记录就可能比旧址有显著增加，对于极大风速的放大效应则更为明显。

（2）地形动力抬升作用：新站位于铜梁洞山顶，属于突出的地形抬升区。当气流（尤其是北下冷空气或低空急流）经过时，地形会迫使空气产生动力抬升和加速，产生所谓的“绕流加速”和“越山加速”效应。这对于盛行风向（如偏北风、偏东风）的大风天气有显著的增强作用，使山顶站更容易记录到大风。

（3）下垫面粗糙度变化：这是最直接的原因。旧址位于城市建筑群中，下垫面粗糙度大，地表摩擦作用强，对风速的衰减非常显著。新站址山顶开阔，下垫面为粗糙度很小的草地，摩擦阻力大大降低，气流可以更顺畅地通过，仪器能够更真实地测量到自由大气中的实际风场。从城市冠层到开阔山顶的变迁，是导致大风记录增多的最核心的物理原因。

3.2城市发展因素（叠加因素）

（1）城市热岛效应（ThermalForcing）：合川区持续的城市扩张不仅发生在旧址周边，新站所在区域也逐渐成为城市发展的一部分。大规模的建设活动（道路、建筑）取代了原有的自然植被，导致下垫面热力属性剧变。沥青、混凝土等材料热容量小、升温快，形成了强烈的“城市热岛”。这种热力不均匀性增强了局地热力环流。白天，城区升温快于周边郊区，形成上升气流，郊区空气向城区辐合，这种“城市breeze”效应可能在地形配合下，加剧了局地的风速。

（2）机械动力作用（MechanicalForcing）：城市建筑群虽然总体粗糙度大，但其复杂的结构也会产生独特的动力效应。高层建筑之间可能形成“峡谷效应”，使风流线压缩而加速。此外，城市的不规则布局会促进湍流发展，在特定天气背景下，可能增强阵风的强度和频次。虽然新站本身位于开阔地，但其下风向区域的城市化发展，可能改变了整个区域的风场结构，间接影响新站的观测。

3.3大气环流因素（背景场因素）

在全球变暖的背景下，极端天气气候事件频发、强发已成为共识。尽管本站数据突变的主因是搬迁，但不能忽视大尺度环流背景提供的可能影响。

（1）环流形势变化：有研究表明，近年来，青藏高原热力作用的变化可能影响东亚大气环流。四川盆地东部的低涡系统活动、副热带高压的位置和强度异常，都可能导致冷暖空气在重庆地区交汇更为频繁和剧烈。这不仅增加了降水，也提升了大气的不稳定能量（如对流有效位能CAPE值），为强对流天气（包括雷暴大风、下击暴流）的发生提供了更有利的环境条件。新站因其更优的暴露度，更能捕捉到这些日益增多的强对流事件中的大风。

（2）极端事件频次增加：根据IPCC报告，全球范围内与强对流相关的极端事件在增多。重庆地区也不例外，短时强降水、冰雹、大风等事件呈增多趋势。因此，搬迁后记录到的大风频次增加，可能部分是“更优的观测能力”遇上了“略有增多的天气背景”共同导致的结果。但通过对比周边未搬迁台站的数据，可以初步判断，环流背景的贡献远小于观测环境变化的贡献。

4.结论

（1）观测环境的根本性改变是导致合川站大风记录显著增多的最直接和最主要的原因。其中，新站址海拔显著抬升、下垫面粗糙度急剧降低以及地形动力抬升作用，共同构成了风速记录增大的核心物理机制。

（2）城市发展因素起到了叠加增强的作用。城市热岛效应加剧了局地热力不稳定，城市建筑的动力效应可能改变了区域风场结构，这些都与地形因素耦合，共同增加了新站记录到大风天气的概率。

（3）大尺度环流背景提供了必要的环境条件。在全球气候变化背景下，强对流天气发生的气象条件可能更为有利，新站因其优异的观测能力，更完整地记录下了这些事件，但这并非记录增多的主因。

（4）本次搬迁造成了风要素气候序列的非均一性，在将新站数据与历史序列进行联合分析或用于气候研究时，必须进行严格的均一性检验和订正，否则会得出错误的结论。

参考文献:

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作者简介：蒋松哲（1987.10），男，汉族，四川省邻水县人，本科，工程师，从事研究：综合气象业务。