资料均一化对气候变化研究的影响

单 位 : 新疆气象信息中心 报告人 : 王秋香时 间 : 二 OO 一年八月

主要内容一、非均一化资料对气候变化研究的影响二、 “新疆气候资料均一化系统”介绍三、代表站年气温均一化数据集制作四、资料均一性对南北疆气温趋势的影响 五、单站迁徙对气候资料的影响

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

主要内容一、非均一化资料对气候变化研究的影响二、 “新疆气候资料均一化系统”介绍三、代表站年气温均一化数据集制作四、资料均一性对南北疆气温趋势的影响 五、单站迁徙对气候资料的影响

“ 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

“ 新疆气候资料均一化系统”检测方法及系统设计

2 ）系统设置了多种图形功能，为检测准确性和合理性提供了有效支持

多种图形功能

对比站相关性选择功能

待检站与对比站对比分析图

“ 新疆气候资料均一化系统”检测方法及系统设计

3 ）系统设置了多种订正方法选择功能，为不同类型气候数据准确、合理地订正提供了有效的支持。

订正方法选择功能

“ 新疆气候资料均一化系统”输出内容

计算结果及输出内容：平均气温、最高气温、最低气温、降水量检验结果，以及年月日降水量资料序列订正序列。

主要内容一、非均一化资料对气候变化研究的影响二、 “新疆气候资料均一化系统”介绍三、新疆代表站年气温均一化数据集制作四、资料均一性对南北疆气温趋势的影响 五、单站迁徙对气候资料的影响

新疆代表站年气温均一化数据集制作

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

主要内容一、资料均一化工作的重要性二、 “新疆气候资料均一化系统”介绍三、代表站年气温均一化数据集制作四、资料均一性对南北疆气温趋势的影响 五、单站迁徙对气候资料的影响

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。

主要内容一、资料均一化工作的重要性二、 “新疆气候资料均一化系统”介绍三、代表站年气温均一化数据集制作四、资料均一性对南北疆气温趋势的影响 五、单站迁徙对气候资料的影响

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

探索永无止境，我们将继续努力

欢迎各位指导！