三亚站气温序列非均一性检验订正及其变化特征分析

利用RHtestsV4软件包中的PMF方法对三亚国家基本气象站1959—2020年的逐月气温序列进行均一性检验,结果显示,气温序列存在非均一性。月平均气温和月平均最高气温序列突变主要是由迁站引起,月平均最低气温序列的不连续受观测时次变更和迁站共同影响。对于观测时次变更引起的突变选用QM订正法进行订正;对于迁站引起的突变,采用高度订正法将迁站后的气温序列订正到迁站前同高度。通过订正得到三亚国家基本气象站均一化的月气温序列,对订正结果进行趋势分析,结果表明:1959—2020年三亚年平均气温、年平均最高气温和最低气温均呈增温趋势,增温幅度分别为0.27、0.24和0.46℃/10a,其中,年平均最低气温的增温趋势最强;月平均气温、月平均最低气温序列在不同月份均呈显著性增温趋势,冬季的增温趋势强于夏季,月平均最高气温在夏季的增温趋势强于其他季节。本研究结论有利于气候资料持续应用,也为今后气候变化、气候预测等相关科研提供参考依据。

新疆太阳总辐射资料的均一性检验与气候学估算式的再探讨

参照新疆105个气象台站"元数据",在对12个辐射站逐月日照百分率与月总辐射资料序列进行质量控制检验的基础上,对无效值与缺测值进行了插补订正,继而以Potter非均一性客观检验方法对资料序列进行了非均一性检测,同时以SNTH方法对产生间断的序列进行了相应的非均一化订正。在均一化的月总辐射与月日照百分率资料序列基础上,探讨了利用辐射气候学估算总辐射的最佳方案及其系数的空间差异与年变化特征。结果表明:(1)月日照百分率序列仅乌鲁木齐与伊宁站有间断现象,而月辐射资料序列间断的有乌鲁木齐、伊宁、阿勒泰、哈密、和田站,且并非都与日照百分率序列同步间断。其中,和田、阿勒泰站月辐射资料序列非均一化现象最严重;(2)月辐射序列的间断大多出现在冬半年,这可能与冬季空中气溶胶含量的突然增加有关;(3)在利用辐射气候学估算式Q=Q0(a+bS)对新疆总辐射进行估算时,采用"单站单月式"效果最佳,单站平均绝对误差为3%～8%,系数a、b具有明显的空间分布特征与季节变化特征。除伊宁站外,两者还具有显著且稳定的互补关系;(4)新疆的年总辐射分布特征为自东向西、自南向北依次递减,天山山区为低值中心。秋季纬向特征最明显,冬季次之,春季转为经向,夏季多呈"涡状",且南北疆两大盆地辐射差异小。

多种均一性检验方法比较研究

气候资料的均一性检验对气候观测及变化研究有着重要作用。本文从四川省160个台站近50年气温资料中,选取具有连续观测记录的站点105个,综合SNHT(标准正态均一性检验)、Buishand检验、Pettitt检验、MASH(均一性序列多元分析)、TPR(二位相回归检验)和von Neumann比率法,对该省年平均气温进行均一性检验。结果表明有42个台站存在序列间断点,占40%;而不均一台站中,因迁站导致的有29个,更换仪器引起的有19个。对气温序列分年代统计发现不均一台站数目有增加的趋势,其中20世纪60—70和80—90年代不均一性均由台站迁移所致。评估不同检验方法的敏感度和适用性,发现SNHT法与Buishand法、Pettitt法检验结果相符率为48.6%,TPR法与其他方法相符率偏低,但该法不涉及邻近站是否均一,在分析中可做补充判断。参考四川省地形特征分析,SNHT法在盆地及山地台站的断点显露率最高,分别为67.6%和57.1%,漏检和误判较少;高原地区SNHT法和Buishand法显露率较高,其中Buishand法漏检和误判率最低。鉴于减小对元数据依赖度的均一化检验思路,应采用多种检验方法综合,有助于气候资料在区域气候变化研究中的有效利用。

环渤海沿岸海表温度资料的均一性检验与订正

本文对环渤海沿岸具有代表性且资料完整的6个海洋观测站的月均海表温度(SST)序列作均一性检验和订正。我国海洋观测站密集度低,难以选择参考序列,本文首先采用不依赖参考序列的惩罚最大F检验(PMFT)方法对SST序列检验,利用详尽的元数据对检验结果进行确认,再对不连续点订正,该方法适用于元数据详尽的海洋观测站。对于元数据不详尽的观测站,使用惩罚最大T检验(PMT)方法,选取与海洋台站距离近且相关显著的气象观测站的均一化地面气温序列来制作参考序列,对SST序列进行检验和订正。结果表明,环渤海地区SST序列都存在一定非均一性,观测站较大距离迁移和观测系统变更(从人工观测到自动化观测)是造成非均一性的重要原因。订正后的环渤海地区年平均SST增温趋势更加明显。本文使用不同方法来检验SST序列的均一性,该思路对沿海其他海区观测站SST均一性检验和订正有一定参考价值和应用前景,可为沿海气候变化研究提供科学准确的第一手资料。

我国太阳总辐射月总量资料的均一性检验及订正

采用建站在30 a以上的月总辐射资料,以相关性最好的月份为代表月份,以经过均一性检验的日照资料为参考序列,用Potter法进行总辐射资料的均一性检验。结果表明,存在1个或2个间断点的测站占总数的58.6%;无间断点的测站占总数的34.3%。出现间断点的年份以20世纪70年代最多,其次是90年代。90年代初全国辐射仪器的换型对辐射资料没有普遍明显的影响。最后用回归法对存在间断点的绝大多数测站进行了均一性订正,订正后辐射和日照的年平均相关系数普遍增大,平均增大近5%。

东北地区月气温序列的均一性检验和订正

本文采用惩罚最大T检验(PMT)方法,结合台站历史沿革信息,对东北地区129个气象站月最高气温和最低气温资料进行均一性检验和订正,并与已有均一化数据集(CHHT)进行对比分析。结果表明:气温的非均一性在空间上普遍存在,最高温和最低温分别检测出断点74个和94个,资料拼接和迁站是造成非均一性的重要因素。均一性检验和订正提高了东北地区最高气温和最低气温的空间一致性,线性趋势空间分布更加合理,订正之后变化趋势略有增加,年平均最高气温和最低气温分别由0.1和0.22℃·(10 a)^(-1)增至0.17和0.33℃·(10a)^(-1),与CHHT相比,两套数据时间相关系数在0.9以上,对东北地区气候长期演变趋势基本一致,东北地区年平均最高气温和最低气温均呈显著升温趋势,采用PMT得到的年平均最高气温和最低气温变化趋势较CHHT分别偏高0.05和0.03℃·(10 a)^(-1),在线性趋势空间分布上PMT均一化检验订正结果较CHHT略有改善。

基于Γ分布的气压序列非均一性检验方法初探

通过对安徽省内23个代表台站1961—2006年平均气压序列均一性检验的研究,提出了一种基于Γ分布气压序列非均一性检验方法——Γ检验法。以桐城市数据为例,给出了检验和分析的具体过程,最后将该方法检验结果与常见的基于正态分布的SNHT法检验结果进行了对比分析,结果表明:该方法具有更广泛的使用范围和较高的准确性,可以检验大部分年平均气压的非均一性。检验结果表明:气压计高度的调整、台站迁址是安徽省内气压序列非均一性的主要原因。

江淮流域年降水量和温度的均一性检验

采用SNHT方法对江淮流域内苏皖两省41个代表站1961—2003年逐年降水量和平均温度序列进行均一性检验,结果表明绝大部分台站年降水和温度资料质量基本可靠,站址迁移是引起年降水和年平均温度非均一性的主要原因。

中国探空位势高度资料的非均一性检验与订正

利用加拿大环境部气候研究中心研发的PMFT均一化检验方法,结合国家气象信息中心整理的中国区域各探空台站元数据信息,对我国123个探空台站各标准等压面月平均探空位势高度资料进行了非均一性检验和订正。结果表明:仪器换型、探测系统升级以及辐射订正方法改变是造成中国区域月平均探空位势高度资料不均一的主要原因。两个观测时次位势高度序列不均一的台站数随高度的增加而增加。各标准等压面上月平均位势高度序列不均一的探空台站平均订正幅度也随着位势高度的升高而增大。并且两个观测时次各标准等压面位势高度序列均为负订正,表明我国各标准等压面位势高度资料存在系统性偏高的问题。123个探空台站在对流层顶和对流层高层位势高度序列订正前是位势高度降低趋势,订正后位势高度序列呈增高趋势。对流层中低层原始位势高度序列呈增高趋势,订正后这种增高趋势更加明显。

天津地面相对湿度资料的非均一性检验及订正

研究中利用NCEP/DOEAMIP-ⅡReanalysis(R-2)比湿再分析资料和基础观测资料两种参考序列,对天津历史月平均相对湿度数据中存在的非均一性因素进行了检验和订正。结果显示,有9个地面站的相对湿度序列存在显著断点,占台站总数的69%。查阅台站元数据得到导致其突变的主要原因是自动站业务化,其次为迁站和仪器变更。从订正量来看,负订正量比例约占96. 3%,其中分布范围在-5.0%～-1.5%,约占总订正量的80%以上。对比分析订正前后月平均相对湿度序列的方差和趋势变化,均一性订正基本修正了非均一性因素造成的突变影响,减缓相对湿度序列长期出现异常偏干的趋势变化。同时,与朱亚妮等(2015)研制的同类数据产品误差分析发现,两类数据的误差平均值较小,但由于一些主观因素影响使得个别台站MAE、SE误差值达到3. 0%以上,造成MAE、SE误差值范围在0～2%的台站比例分别仅在84. 6%和76. 9%及两者以上。从而,一定程度上能够反映出本研究所采用的数据处理技术手段相对以往具有优越性。

潜江站迁站前后气候资料的均一性检验

利用湖北省潜江气象站和邻近的天门及仙桃两站1971-2009年39年气象资料,通过滑动T检验、M-K检验方法对气温资料的均一性作了检验。对比迁站前后气温等资料的变化表明,潜江站与相邻站同时期气象资料间存在部分差异。与相邻站相比,迁站前后潜江站气象要素中风向风速、气温和雾日有显著变化;迁站前受城市效应影响,潜江站部分风向缺失、风速偏小、雾日偏少、气温偏高。迁站后,风速、雾日、气温等变化趋势与相邻站相比,出现不连续现象,城市效应消失。

黑龙江省人工观测与自动观测气象数据均一性检验

由于人工观测与自动观测在仪器原理及观测方法上均有很大的不同,如何对2 种观测结果进行检验具有重要的现实意义.本文从检验原理及检验方法上进行了论述,并随机选取黑龙江省8 个观测站2005 年1 ～12 月每日02、08、14、20 时的平行观测资料,对所有观测要素的人工站和自动站观测结果进行检验.结果表明：人工观测结果和自动观测结果所有要素无显著差异率接近96% ,均一化水平较高.总体来看,黑龙江省人工站和自动站观测结果在冬、夏季均一性较差,要素间的差异较明显;春、秋季均一性较好,差异性较小.其中差异性要素冬季集中在相对湿度、浅层地温,夏季集中在地温、风速.此外,造成二者差异的原因主要体现在高纬度环境对观测仪器的影响、观测仪器与方法、人工观测误差与人工维护、观测时间等方面.如要进一步完善自动站观测结果,需要针对本省气候特点和影响差异性的原因做出调整和修订.

1979-2012年中国探空相对湿度资料的非均一性检验与订正

利用加拿大环境部气候研究中心研发的PMTred非均一性检验方法,以ERA-interim资料作为参考序列,应用中国区域各探空台站详细的元数据信息为主要断点判断依据,对1979—2012年我国125个探空台站各标准等压面月平均探空相对湿度资料进行了非均一性检验和订正。并结合详细的元数据信息分析了造成我国探空相对湿度序列非均一问题形成的主要原因及对资料的影响程度。结果表明：仪器换型、探测系统资料整理计算方式变化以及辐射订正方法改变和探测系统升级等是造成这一时段中国区域月平均探空相对湿度资料不均一的主要原因。其中,2002年以后的L波段雷达~电子探空仪换型造成了相对湿度资料非常明显的不连续问题,这主要是由于早期59—701型探空仪穿云挂水,造成探测到的相对湿度资料明显偏湿。两个观测时次相对湿度序列不均一的台站数和断点数随高度的增加而增加。各标准等压面上月平均相对湿度序列不均一的探空台站平均订正幅度也随着高度的升高而增大,并且订正量为负值的比例在整套订正资料中所占的比例较高,说明我国的探空月平均相对湿度原始观测资料有明显高估的问题。1979—2012年以来,从全国的情况来看,订正前全国850~300hPa 5个标准等压面全部为相对湿度降低趋势。但是订正后,850~300 hPa这5个标准等压面在1979—2012年相对湿度的变化趋势均不显著。

一种新的基于Γ分布气温序列非均一性检验方法

文章通过对安徽省内20个代表台站1961-2005年月平均气温序列均一性检验的研究,提出了一种新的基于Γ分布气温序列非均一性检验方法——Γ检验法;以合肥为例给出了数据处理和结果分析的全过程,并将该方法检验结果与常见的基于正态分布的SNHT法的检验结果进行了对比分析,结果表明该方法具有更广泛的使用范围和较高的准确性,可以检验大部分气温序列的非均一性;同时说明安徽省内大多数台站的温度资料质量基本可靠,而台站迁移则是造成气温序列非均一性的主要原因。

徐闻气象站迁站前后气候资料序列的均一性检验

采用1957～2008年徐闻气象站的地面气象要素资料，使用U检验法和T检验法对其迁站前后的气候资料序列进行均一性检验，结果表明，U检验法和丁检验法适用于单站气候资料序列均一性的检验，徐闻气象站的地面气象要素观测资料除年平均气压和年雨日外，其余在迁站前后无显著差异。

塔城地区气象(候)站温度的均一性检验

采用SNHT方法,结合台站历史沿革信息,对塔城地区气象(候)站1960—2006年的年平均温度、年平均最低温度序列进行均一性检验。结果表明,年平均温度资料质量基本可靠,站址迁移是引起年最低温度非均一性的主要原因。

3种方法对中国探空温度资料均一性检验对比分析

利用美国国家气候数据研究中心开发的Pairwise均一性检验订正方法、加拿大环境研究中心开发的PMFT方法和PMT方法,结合20世纪再分析资料和详细的元数据信息对1951—2008年中国123个探空台站的温度资料进行均一性检验和订正。结果表明:3种方法对中国探空温度资料订正幅度和订正前后的趋势变化存在差异。产生差异的主要原因,一方面由于Pairwise方法设计的问题,导致对中国大部分台站同时改变辐射误差订正方法和系统升级造成的断点检测能力较弱;另一方面由于PMFT方法未使用参考序列,不能去除气候变化本身的变化趋势,导致PMFT方法在断点判断上存在漏判的现象。而PMT方法结合20世纪再分析资料的客观判断方法较适合中国探空资料的均一性检验和订正,其订正结果表明,利用该方法得到的中国探空温度数据的统计学特征在低层小于全球尺度探空温度的订正结果,而在高层基本和全球探空数据的订正尺度相当。两个间断点和0.0—0.2℃的订正量所占的比例最大。从中国范围来看,对流层为增温趋势,这种增温趋势随高度的增加逐渐减弱,至对流层顶100 h Pa转为弱的降温趋势。

北疆气象站迁址气温均一性检验与订正

针对北疆呼图壁、精河以及吉木乃3个气象站迁址前后的观测资料进行对比分析,利用旧址20 a(1997—2017年)气温数据和新址3~5 a(2013—2017年)气温数据作对比分析、相关性分析及均一性检验,结果表明:3个气象站新旧两址同期观测所得的气温资料具有极高的相关性;从总体趋势上看,新址3~5 a气温的平均值与旧址20 a平均值对比,月平均气温总体契合度高;从季节变化来看,冬季新址同期对比观测的气温低于旧址,夏秋两季高于旧址,且个别月份存在显著差异。采用一元线性回归法,将新址3~5 a的平均值按月订正到旧址20 a平均值,并用SPSS对订正值进行了严格的T检验,订正后平均气温资料的均一性得到显著提高。

基于三参数Weibull分布的安徽省年最大风速均一性检验

以安徽省56个国家级气象站1980-2018年年最大风速序列为研究对象,采用基于三参数Weibull分布的变点检验方法对年最大风速序列均一性进行检验,以郎溪站数据为例,给出了检验和分析的具体过程,最后将该方法检验结果与PMFT法、SNHT法检验结果进行了对比分析。结果表明:56个站点的年最大风速序列均通过Weibull分布检验,而通过正态分布检验的年最大风速序列只有45个,表明年最大风速序列更符合Weibull分布;Weibull法检测出的18个非均一点中有15个得到印证,检验准确率为83.3%,PMFT法检测出的4个非均一点均由迁站造成,检验准确率为100%,SNHT检测出的20个非均一点中有15个得到印证,检验准确率为75%。造成序列非均一的主要原因是台站迁移、仪器换型、仪器高度调整和探测环境变化等;综合比较发现,PMFT法对年最大风速序列非均一点的敏感程度不如Weibull和SNHT,而SNHT法对待检序列要求较高,且检验准确率不及Weibull法,表明Weibull方法在年最大风速序列的均一性检验中更具有优势。

山东省观测资料的均一性检验

气象台站历史沿革信息包含了可能影响气候资料序列均一性的重要信息,是分析、检验、订正气候资料序列的科学参考依据。通过对站点资料进行均一性检验,再对比台站历史沿革资料,分析了资料非均一性的可能原因。采用山东省123个站建站起至2007年的气温、降水资料,筛选出49个站分别进行4种方法的均一性检验,最终确定22个台站通过检验。对未通过检验的台站,查找沿革,发现迁站是导致非资料均一的主要原因,另外,还有仪器更换、台站加高等原因以及不明原因,需进一步研究。