资料均一化 对气候变化研究的影响
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非均一化资料对气候变化研究的影响
器测资料由于迁站、观测仪器更改、观测环境的变化等原因引起的非均一性问题,也对气候变化分析结果产生一定的影响。均一化工作就是将资料中因迁站、观测仪器更改、观测环境的变化等原因引起的非均一性问题剔除出来,从而获得真实地反应大气自由状况的气候资料,这种资料进行的气候变化分析,才能真实地反映大气候的状况。
仪器更换和环境变化引发的资料不连续
时间点(年) 原 因 检验观测资料
1970仪器更换(维尔德测风器换成 EL型电接风向风速计)
风速
1995仪器更换( EL型电接风向风速计换成 EN型电接风向风速计
风速
1996 环境变化(周边盖起了办公楼、教学楼,种树等) 气温、降水、风速、相对湿度
2006 仪器更换(人工站变成自动站) 气温、降水、风速、相对湿度
以和布克赛尔站为例 以和布克赛尔站为例
1. 5
1. 7
1. 9
2. 1
2. 3
2. 5
2. 7
2. 9
3. 1
3. 3
3. 5
1965 1968 1971 1974 1977 1980 1983 1986 1989 1992 1995 1998 2001 2004 2007 2010
m/s
平均风速(
)
资料的非均一性影响气候变化分析的例子
y = 0. 0325x - 0. 9804
y = 0. 0546x - 1. 7239
- 4
- 3
- 2
- 1
0
1
2
1963 1968 1973 1978 1983 1988 1993 1998 2003
乌鲁木齐平均气温原值
- 4
- 3
- 2
- 1
0
1
2
乌鲁木齐平均气温订正值
其中:蓝色为原序列,红色为订正序列
乌鲁木齐站订正前后趋势对比
迁站情况: 1975 年
断点检测: 1975 年断
迁站带来的资料不连续问题 - 以新疆为例
(℃)乌鲁木齐年平均气温
2. 53. 54. 55. 56. 57. 58. 59. 5
1951 1959 1967 1975 1983 1991 1999 2007
(m/ s)乌鲁木齐年平均风速
1. 5
2
2. 5
3
3. 5
1951 1959 1967 1975 1983 1991 1999 2007
乌鲁木齐迁站情况:1958 年 4 月:迁站距离: 6.5 公里,从乌鲁木齐市建国路迁到老满城1960 年 11 月:迁站距离: 4.57 公里,从乌鲁木齐市老满城迁到小地窝堡机场1961 年 1 月:迁站距离:近 20 公里,从乌鲁木齐市小地窝堡机场迁到幸福路1976 年 1 月:迁站距离: 17.69 公里,从乌鲁木齐市幸福路迁到小地窝堡机场2000 年 1 月:迁站距离: 2.67 公里 ,乌鲁木齐市南门幸福路迁到建国路 97 号
迁站带来的资料不连续问题 - 以新疆为例
(℃)十三间房年平均气温
89
1011
121314
1953 1961 1969 1977 1985 1993 2001 2009
(m/ s)十三间房年平均风速
4
5
6
7
8
9
10
1953 1960 1967 1974 1981 1988 1995 2002 2009
十三间房迁站情况: 1999 年从七角井迁到十三间房,迁站距离: 20 多公里
“ 新疆气候资料均一化系统”介绍
系统设立:针对台站稀疏地区迁站带来的资料不连续问题而设立。
系统特点:较好地解决了台站稀疏地区对比站选站的难题 ,同时 , 设置资料相关 性判定及多种辅助检测功能,检测时间范围更宽、结果更具说服力。
产品成果:计算出南北疆及天山山区 33个站年气温均一化数据集。
应用效果:提高了气温数据质量控制能力,支持了气候变化业务的发展。
台站稀疏地区参考站指标选定台站稀疏区资料均一性难点1 )检测时参考站选择较少
2 )参考站指标(解决办法): 同一气候区中→拓展选择范围
参考站与被检测站→ 相关系数 0.7 以上
新 疆 气 候 综 合 分 区 系 统 表
台站稀疏地区指标 ≥10℃
积温年平均气温 /℃
无霜冻期 / 天
年降水量 /mm
Ⅰ 暖温带 3951-5000 9-15 180-230 < 80
Ⅱ 中温带 3151-3950 5-9 161-175 100-300
Ⅲ 寒温带 1500-3150 1-5 120-160 110-500
Ⅳ 高寒山区 < 1500 < 1 < 120 300-900
“ 新疆气候资料均一化系统”检测方法及系统设计
1 )系统设置了多种功能,例如制图功能、正态分布检验功能、数据统计功能、订正方法选取功能、图表分析显示功能、台站信息功能等,使系统更加完善,检测使用更方便。
多种功能
新疆代表站年气温均一化数据集制作天山山区:昭苏、新源、巴里坤、小渠子、巴仑台、大西沟、巴音布鲁克、天池北疆地区:阿勒泰、塔城、博乐、北塔山、乌苏、克拉玛依、奇台、伊宁、乌鲁木齐、乌兰乌苏南疆地区:哈密、吐鲁番、焉耆、库尔勒、库车、阿克苏、巴楚、喀什、莎车、塔什库尔干、和田、民丰、若羌、且末、铁干里克
检测站点的选择
代表站年气温均一化数据集制作检测结果统计天山山区站( 8 个): 3 个断点北疆站( 10 个): 3 个断点南疆站( 15 个): 8 个断点
最低气温: 14 个站断点 占 42.4%
平均气温: 7 个站断点 占 21.2%
最高气温: 1 个站断点 占 3%
台站迁徙对最高气温影响较小 新疆 33个代表气象台站(红色)及断点(黑色)示意图
资料的均一性对南北疆气温趋势的影响
订正前后最高、最低、平均气温比较
订正前后天山山区平均温度比较
0. 0
0. 5
1. 0
1. 5
2. 0
2. 5
3. 0
3. 5
4. 0
1958 1965 1972 1979 1986 1993 2000 2007
订正前后天山山区最低温度比较
-5. 0
-4. 5
-4. 0
-3. 5
-3. 0
-2. 5
-2. 0
-1. 5
1958 1965 1972 1979 1986 1993 2000 2007
订正前后北疆地区最低温度比较
-2. 0-1. 5-1. 0-0. 50. 00. 51. 01. 52. 02. 53. 0
1954 1962 1970 1978 1986 1994 2002
订正前后北疆地区平均温度比较
4. 04. 55. 05. 56. 06. 57. 07. 58. 08. 5
1958 1965 1972 1979 1986 1993 2000 2007
订正前后南疆地区平均温度比较
9. 5
10. 0
10. 5
11. 0
11. 5
12. 0
12. 5
1953 1961 1969 1977 1985 1993 2001
订正前后南疆地区最低温度比较
2. 0
2. 5
3. 0
3. 5
4. 0
4. 5
5. 0
5. 5
6. 0
1953 1961 1969 1977 1985 1993 2001
订正后订正后
订正后订正后
订正前订正前
订正前订正前
资料的均一性对南北疆气温趋势的影响 迁站对山区气温趋势结果影响大于平原 订正后南北疆气温趋势相差不大,为 3-9%. 对天山山区气温趋势影响大 , 迁站 前后气温序列的趋势系数 相差 17%-34% 。
从检测结果看,南北疆平原地区的台站做短距离迁徙,对气温资料影响相对较小。但在山区,很短距离的迁徙就能引起气温资料不连续。例如,塔什库尔干站 1967 年迁站距离很短,但使最高最低气温发生了不连续;再如, 1996 年迁站使最低气温发生了断点。
山区迁站对资料的影响
降水序列均一性精度分析
-60-40-20
020406080
100
1968 1978 1988 1998 2008
6/m
m山区订正站月降水量距平 原始值距平
订正值距平
- 10
- 5
0
5
10
15
20
25
1958 1968 1978 1988 1998
12/m
m山区订正站
月降水量距平
原始值距平订正值距平
-30-20-10
01020304050
1968 1978 1988 1998 2008
6/m
m稀疏地区月降水量距平 原始值距平
订正值距平
-60
-40
-20
0
20
40
60
1968 1978 1988 1998 2008
6/m
m全部订正站月降水量距平 原始值距平
订正值距平
-4
-2
0
2
4
6
8
1968 1978 1988 1998 2008
12/m
m稀疏地区月降水量距平 原始值距平
订正值距平
-20
-10
0
10
20
30
1968 1978 1988 1998 2008
12全部订正站
月降水量距平
/mm
原始值距平订正值距平
以 1968 年到 2008 年作为全国降水量的标准气候期,分别计算了我国订正前后降水量距平,并绘制 6月(夏季)和 12月(冬季)订正前后距平图,可以看出,山区站降水量订正前后数值差异较大,尤其以冬季 12月最大,其余台站冬夏订正前后差异均不大,这说明,山区迁站对降水量的影响更大。
单站迁徙对气候资料的影响资料选取 : 平均气温、最高气温、最低气温、降水量(乌鲁木齐资料)
研究方法 : 气候趋势系数
结果检验:非参数化秩统计量做显著性水平检测
结果判定 : 用西郊机场近几年资料做对比分析
迁站记录 : 乌鲁木齐气象站有两次距离比较远的迁徙,分别在 1958 年 3月从小东门外建国路( 43º47' N, 87º37')迁到老满城西北角( 43º49' N, 87º33'), 1975年 12月从西郊机场( 43º54 ' N, 87º28')迁到南门幸福路( 43º47' N, 87º37')。
-4
-3
-2
-1
0
1
2
1963 1971 1979 1987 1995 2003
乌鲁木齐平均气温原值
-4
-3
-2
-1
0
1
2
乌鲁木齐平均气温订正值
-5
-3
-1
1
3
5
1963 1971 1979 1987 1995 2003
乌鲁木齐最高气温原值
-5
-3
-1
1
3
5
乌鲁木齐最高气温订正值
-3
-2
-1
0
1
2
3
1952 1961 1970 1979 1988 1997 2006
乌鲁木齐降水量原值
-3
-2
-1
0
1
2
3乌鲁木齐降水量订正值
-2
-1
0
1
2
3
4
5
1953 1962 1971 1980 1989 1998 2007
最低气温原始序列值
-2
-1
0
1
2
3
4
5
最低气温订正序列值
订正后订正后订正后订正后
订正后订正后
订正后订正后
订正前订正前 订正前订正前
订正前订正前
订正前订正前
单站迁徙对气候资料的影响对比分析乌鲁木齐迁站前后资料发现:
平均气温、最低气温和最高气温值长期变化订正后(红色)比订正前序列(蓝色)的增加趋势更加明显
而降水量值长期变化订正后比订正前增加趋势有所减弱。
对西郊机场资料(蓝)与乌鲁木齐观测站资料(红)进行对比分析表明 :
西郊机场的平均气温和最高气温均比乌鲁木齐观测站的资料高
机场的降水量比乌鲁木齐观测站的降水量低
从而印证了前面的分析结果。 100
150200250300350400450500550
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
(mm)
降水量比较
a
b
6. 0
6. 57. 0
7. 5
8. 0
8. 59. 0
9. 5
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
(℃)
平均气温比较
b
a
b
20. 0
25. 0
30. 0
35. 0
40. 0
45. 0
50. 0
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
(℃)
最高气温比较 a
a
单站迁徙对气候资料的影响