天長氣象觀測資料完整性、區域一致性和均一性分析

王德燕 董保華 倪克瑩

摘要：由于天長國家一般氣象站自1956年建站以來站址變遷位置不大，現址工作年限已達38年，2017年天長站探測環境惡化，亟待搬遷。本文利用和縣國家一般氣象站和丹徒國家基本氣象站作為兩個參考站，采用差值比較、線性趨勢、相關系數、滑動t檢驗方法，對天長站1980-2017年的年平均氣溫、年降水量、年平均相對濕度和年平均風速進行觀測資料的完整性、區域一致性和均一性分析。結果表明：天長站現址觀測資料序列完整性較好;受氣象探測環境變化的影響，1980年后天長站風速區域一致性較差，氣溫、降水和相對濕度區域一致性較好;天長站現址觀測資料序列的均一性較好，探測環境惡化和儀器更換是影響該站現址觀測資料均一性的主要原因。

關鍵詞：完整性;一致性;均一性;天長

中圖分類號：P416

文獻標識碼：A

1資料和方法

本文對天長國家一般氣象站1980 2017年期間的平均氣溫、降水量、平均相對濕度、平均風速（ 2min）的年均值進行序列分析。將其和參考站和縣和丹徒1980 2017年的平均氣溫、降水量、平均相對濕度、平均風速（ 2min）兩站平均年值相互比較來分析天長站觀測資料序列完整性、區域一致性和均一性分析。

2主要分析

2.1 天長站觀測資料序列完整性分析

1956年建站以來觀測的平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、降水量、平均相對濕度、平均風速（ 2min）按照月值來統計缺測率及數據缺測年月分布狀況，統計結果見表1。

根據表1給出的缺測統計結果，按照表2的標準對各要素的完整性進行分類評估。除了平均風速之外，其他5個要素缺測率均為0，分類結果均屬1類，各要素完整性評估結果均為序列完整，因此，認為天長站現址觀測資料序列完整性較好。

2.2天長站觀測資料序列區域一致性分析

參考站選擇標準：參考站與天長站現址距離較近，屬于同一氣候區;參考站觀測資料序列與天長站現址序列平行年代長;參考站周邊環境較好，多年來探測環境變化少，拔海高度相差較小。

綜合以上3點考慮，在天長站現址周邊半徑為200km左右范圍內，選取丹徒、和縣兩個縣級城市作為參考站，參考站及天長站現址的基本信息見表3。

由表3可見，2個參考站年平均氣溫較接近，年均降水量非常接近，參考站與天長站現址均處于亞熱帶季風氣候區內;資料長度均達到35年以上，且序列完整性好，同時經過調查參考站周圍建筑物較少，多年來探測環境變化不大較穩定;參考站丹徒在被選用的時段內探測環境評分均在80分以上，和縣人口城區人口少，縣城規模小，城市化影響很小。以上各站基本滿足參考站的要求。

為了保證資料一致，以1980年為起始年，終止年一致，因此，各參考站均截取1980 2017年觀測資料，將參考站觀測資料求平均，形成參考站序列與天長站1980 2017年序列進行對比分析。

2.2.1差值比較

計算天長站年平均氣溫、年降水量、年平均相對濕度和年平均風速（ 2min）與參考站序列的差值，并分段計算每5年的平均差值和每10年的平均差值（差值=天長站的值一參考站序列的值），比較分析結果如下：

由圖1可以看出，天長站與參考站的年平均氣溫差值均未負值，表示天長站氣溫小于參考站，差值一般在0.4～0.8之間，大多數差值在-0.6℃左右，與參考站數值差異較大，但差異較為穩定。圖2上看，5年平均氣溫差值維持在-0.5～-0.7℃。圖3上看10年平均氣溫差值在-0.6℃。總體看與參考站存在差異，但差異較為穩定。

由圖4～6可以看出，天長站與參考站的年降水量差差值無明顯異常，城市化所帶來的影響均不明顯，但從圖6看，10年的差值變化呈現增大的趨勢，可以認為天長站與參考站的年降水變化基本一致。

由圖7～9可以看出，天長站與參考站的年平均相對濕度差值在一3%一5%之間浮動，1980年到2003年差值總體穩定，2004-2014年振幅略大于之前的振幅。從5年平均相對濕度差值看1995-2009年期間差值略有增大，10年平均相對濕度差值看，2000-2009年期間天長站與參考站差值略有增加。總體而言，天長站與參考站相對濕度較為一致，但2004年以來差值振幅略大，一致性略差。

由圖10～12可以看出，天長站與參考站的年平均風速差值從1980-1994年差值在0.1～0.8之間，此后均為負值，表示天長站風速呈減小趨勢;且從5年和10年平均風速差值也是由正值轉為負值，風速呈現一定的下降趨勢。2006年到目前總體較為穩定，基本在-0.5～-0.1。總體與參考站存在一定的差異，且差異不穩定，結論認為天長站現址與參考站的一致性略差。

2.2.2趨勢比較

對天長站和參考站年平均氣溫、年降水量、年平均相對濕度和年平均風速（ 2min）序列分別求取線性趨勢，分析結果如下：

2.2.2.1 氣溫

由圖13可知，天長站與參考站氣溫隨時間變化均為上升趨勢，增溫速率均為0.6℃/lOa，1980年開始天長站與參考站的趨勢線偏差基本保持不變，表明1980年起，天長站現址與參考站年平均氣溫均呈現顯著性上升，變化速率基本一致。

2.2.2.2 降水

由圖14可知，天長站年降水序列線性趨勢平穩，略有減少趨勢，1.8mm/lOa，參考站降水也是減少趨勢，減少速率為4.3mm/lOa，二者幾乎一致。另由于降水具有局地性特點，二者相差非一致性有其合理性，可以認為基本一致。

2.2.2.3相對濕度

由圖15可知，天長站與參考站相對濕度隨時間變化均為減小趨勢，減小速率均為3/lOa（%），表明天長站現址與參考站區域一致性總體趨勢基本一致。

2.2.2.4風速

由圖16可知，天長站與參考站風速隨時間變化均為減小趨勢，減小速率分別為0.6/lOa（m/s）、0.3/lOa（m/s），天長站下降速率明顯大于參考站，表明天長站受城市化影響更加明顯，與參考站區域一致性較差。

2.3天長站觀測資料序列均一性分析

對天長站1980-2017年觀測的平均氣溫、降水量、平均相對濕度和平均風速（ 2min）等要素的年值序列進行均一性分析。

按照參考站的選取原則，選取丹徒、和縣，并分別計算與天長站的相關系數，序列長度為38，均能通過顯著性檢驗（a=0.001），取兩個參考站的平均值作為參考序列。氣溫和濕度資料，采用差值序列進行檢驗，降水和風速資料，采用比值序列進行檢驗。

基于天長站詳實的歷史沿革記錄，挑出遷站、儀器變更、觀測時間或統計方法變更、臺站環境變化等有記錄的時間點（見表4）進行針對性的統計檢驗，判斷在該時間是否存在不連續點。

以表4所列可能引起序列非均一的時間點為假設的斷點，應用滑動t檢驗方法（顯著性水平0.05）進行該時間點前后時段的顯著性檢驗，如檢驗結果顯著，則認為該點是不連續點。

繪制天長站1980年以來觀測資料序列均一性檢驗結果，如圖17～20所示。

不均一點：1996年和1999年，因觀測場探測環境變化造成。

不均一點：2005年，由人工切換自動造成。

不均一點：2005年，人工切換自動。

不均一點：1996年，探測環境變化。

天長站有4個要素存在不均一點，其中氣溫不均一點有2個，降水、相對濕度和風速不均一點有1個。造成觀測資料不連續的原因有探測環境惡化、臺站遷移、儀器換型等。1996年和1999年由于探測環境變化造成了氣溫資料在該點不均一;1996年由于觀測場東面建天長市第一小學，造成氣象探測環境破壞，使得風速資料不具有均一性;2005年因人工觀測切換為自動觀測，可能是降水、相對濕度不具有不均一性的主要原因。

以斷點個數的多少反映該站歷史均一性的總體狀況。對天長站最終保留的不連續點進行統計，根據不連續點數量按表5進行分類，得出分類結果見表6。

均一性總體狀況按平均氣溫、降水量、平均相對濕度、平均風速（ 2min）4個要素的分類情況進行綜合分析，若其中兩個要素達到3類或4類標準，則認為該臺站序列均一性較差;反之，均一性較好。根據表4分類結果，年平均氣溫、年降水量、年平均相對濕度和年平均風速4個要素均屬于2類，連續性較好，因此，綜合分析結果認為天長站觀測資料序列均一性較好。

3結論

天長站現址觀測資料序列完整性較好。

根據差值比較和趨勢比較兩種方法的分析結果均表明，天長站現址受臺站搬遷探測環境影響，1980年后風速區域一致性較差，氣溫、降水和相對濕度區域一致性較好。

天長站現址觀測資料序列的均一性較好，探測環境惡化和儀器更換是影響該站現址觀測資料均一性的主要原因。

參考文獻：

[1]李澤，解彥維，楊鶴.榆樹市氣象觀測資料完整性和區域一致性分析[J].農業與技術，201 5，35（21）.

[2]劉勇，王東勇，田紅.氣象觀測環境的變化對氣溫序列的影響分析[J].氣象科學，2006，26（4）.

[3]中國氣象局.地面氣象觀測規范[H].北京：氣象出版社，2003：1，5.

[4]周曉倩，李又君，李雪源.氣象臺站遷址歷史觀測資料三性分析[J].中國農學通報，201 5，31（8）.

作者簡介：王德燕（1983-），女，江蘇揚州，本科，工程師，研究方向：綜合氣象觀測。