河北保定气象站长序列气温资料缺测记录插补和非均一性订正

基于多源的气温月值资料,在数据整合和初步质量控制基础上,同时采用标准化序列法和多元线性回归法对河北保定气象站1913-2014 年月平均气温、最高气温和最低气温资料进行了插补。通过交叉检验法分析发现,标准化序列法插补得到的气温序列效果较好,并且气候统计特征与同区域周边站的研究结果更具一致性。利用惩罚最大F 检验（PMF）对插补后序列的均一性进行了检验,结果表明：通过插补得到的保定站百年气温月值序列的均一性相对较好,仅月平均最低气温序列存在2 个显著间断点,分别由同类型仪器的更换和台站迁移导致,研究中采用分位数匹配（QM）对其进行了订正,建立了保定站百年气温月值序列。通过与邻近单站及我国中东部区域均一化百年气温序列的综合对比显示,本文建立的保定站百年气温月值序列与邻近单站的相关性基本达到0.8 以上;从增暖趋势来看,保定站与中东部区域平均序列分别达0.121 ℃/10a、0.204 ℃/10a,基本在同一量级内：这一定程度上说明建立的保定站百年气温序列相对合理。     

日气温数据缺测的插补方法试验与误差分析

对缺测气象观测记录进行插补是建立连续气象数据集的基础.将孤立1日或数日缺测资料进行插补的线性回归模型法应用于连续缺测数月的逐日最高、最低和平均气温的插补,并进行了一系列改进,包括:(1)用滑动选优法确定邻近参考气象站站数和数据样本时间窗的最佳值;(2)在记录缺测站与邻近参考站之间建立逐日气温的线性回归模型,并选取以最小绝对误差(Least Absolute Deviation,LAD)为目标函数求取模型参数的方法,取代以最小均方根误差为目标函数的最小二乘法(Least Squares Estimate,LAD)求解模型参数的方法,可提高计算效率和参数的稳定性;(3)进一步提出将LAD法与DeGaetano标准化序列法插补结果平均的综合插补方法,以减少极端误差.通过对湖北蔡甸气象站1961-2006年插补试验表明:(1)以4个邻近站和年数为8年、日数为15天时间窗的样本资料建模进行插补误差达到最小;(2)逐日最高、最低和平均气温的平均绝对误差分别为0.32℃、0.45℃、0.28℃,误差在±0.8℃以内的频次分别占总数的94.1%、84.8%、96.1%,观测值与插补值月相关系数在0.886以上.插补与观测资料平均值和相关系数分别通过了显著水平为0.05和0.01的检验.     

标准序列法在日平均气温缺测数据插补中的应用

利用标准序列法,对1971—2000年我国2000多个国家级地面气象站日平均气温进行了插补试验,并用交叉检验方法进行验证,对比了相关性最好和距离最近两种邻近站选取方案的插补结果。试验表明,相关性最好方案的插补精度优于距离最近方案,利用前一方案进行插补时,只需要选择与待插补站日平均气温序列相关性最高的4个邻近站参与计算即可。插补试验结果表明,平均绝对误差约为0.42℃。插补值与实际观测值之间的绝对误差、均方根误差、两者之差在±0.5℃范围内的样本比例,均与邻近站平均距离呈较好的指数关系。     

西安观测站长序列气温资料缺测记录插补和非均一性检验

以西安观测站1971—2013年日平均气温、最高气温和最低气温序列为研究对象,利用标准序列法和多元线性回归法进行插补实验,计算插补值与实测值的平均误差、平均绝对误差、均方根误差和插补值与实测值误差在0.5℃以内的样本比例,对比分析两种插值方法的相对优劣。结果表明：多元线性回归法插补得到的气温序列效果好于标准序列法,并且气候趋势特征与实际观测值序列更具一致性。采用t检验法、惩罚最大T检验（PMTT）、惩罚最大F检验（PMFT）对西安站1951—2020年平均气温序列的均一性进行检验。依据台站历史沿革数据进行的t检验,在6次台站历史沿革变化中,只有2次造成了年平均气温和年平均最高气温序列间断,分别由观测时次增加和仪器换型导致;年平均最低气温有4次出现间断,分别由台站站址迁移、观测时次增加、仪器换型、缺测值插补造成。PMTT和PMFT检测中发现的4次间断点因无元数据支持,认为属于合理间断点,这2种方法均未检测出因缺测值插补引起的间断点,一定程度上说明采用多元线性回归法对缺测值插补得到的西安站1951—2020年气温序列相对合理,气温序列的均一性较好。     

中岳嵩山高山站平均气温资料插补及其变化趋势分析

为明确近60 a来在近对流层自由大气底部这一特定高度上河南省中岳嵩山气温变化特征,在对河南省登封气象站月平均气温数据均一化的基础上,采用该站均一化数据构建嵩山站月平均气温模拟模型,对1990—2002年缺测数据插补,建立中岳嵩山高山国家基准气候站1956—2017年时间序列连续的月平均气温资料,采用线性回归对其进行气温变化趋势分析。结果表明：均一化处理对登封站月平均气温因台站迁移的非自然因素引起的非均一性取得了明显的校正效果。均一化后,1969—2017年登封站年平均气温由显著上升速率0.218℃/10 a增至0.310℃/10 a。利用独立数据对模型进行验证表明,总体上,嵩山站各月平均气温推算模型模拟值与实测值的线性相关系数和斜率分别为0.999和0.989(n=204,P < 0.01);1—12月各月模型验证检验参数的平均值相关系数为0.958、均方根误差为11.7%、平均绝对偏差为0.3℃、平均偏差为0.1℃、拟合指数为0.973、模拟效率为0.900,模型具有较好的模拟效果。1956—2017年嵩山站年平均气温增温显著,其速率为0.223℃/10 a。四季之间,以春季增温速率最大,为0.350℃/10 a;冬季和秋季次之;夏季增温不显著。各月之间,以2月增温速率最大,达0.445℃/10 a。     

藏北高原气温资料插补及其变化的初步分析

通过定义最优配对分段插补法,以NewD66/D66、D105、Amdo和BJ为主站,D66/五道梁气象站(WDL)、D110、MS3478和MS3608为辅站,对主站缺失的地面气温资料进行插补,以获得完整的气温序列,并以此为基础分析主站近期气温变化。主站和辅站气温一致性分析结果表明,一年中每两个配对站的气温变化均有很好的一致性;温差表现为冬半年大、夏半年小。插补效果分析表明,插补效果夏季比冬季好;插补效果D66站最好,D105站相对较差;插补误差近似服从正态分布,时间尺度越大插补结果的可用性越强;大幅降温、降水、较大风速以及较大风向转变是影响插补效果的主要因素。对主站完整气温序列分析表明,NewD66站的气温年较差最大(26℃),Amdo站最小(19℃);BJ站多年平均气温最高(-0.3℃),D105站最低(-5℃);BJ站处于季节冻土区,其余三站处于多年冻土区;近十几年主站年平均气温均呈波动上升趋势,BJ站和NewD66站升温明显,D105站和Amdo站升温缓慢。     

近40年来惠东年平均气温变化趋势

对搬迁过观测场的惠东县气象站年平均气温序列进行订正,分析近40年来该站年平均气温的变化趋势,得出该站新旧站的10年平均气温相差0.64℃,新站偏低.插补后惠东1961～1990年的平均气温为21.9℃,近40年年平均气温上升的倾向率为每10年0.36℃,与全国同期的升温率接近.预估2020年前后,惠东年平均气温较1961～1990年平均值上升1.5℃.     

河北保定百年均一化逐日气温序列的建立及其气候变化特征

基于国家气象信息中心收集整理的保定气象站1919年以来逐日最高和最低气温观测数据,首先,通过数据质量控制剔除原始观测资料中因人工观测或记录、仪器故障及数字化人工录入等导致的错误数据;其次,基于天津百年均一化逐日气温数据,利用标准化序列法对质控后的原始观测数据进行延长插补;进而通过两种途径建立的年和月尺度参考序列,利用惩罚最大t检验(Penalized Maximal T,PMT)和分位数匹配法(Quantile-Matching, QM),修正了插补后保定气象站日最高和最低气温序列中因数据插补、迁站和仪器变更等造成的非均一性影响,由此建立了河北保定1912—2019年均一化最高和最低气温日值序列。分析表明,构建的年平均气温距平序列百年尺度的年代际和趋势变化特点与Berkeley Earth-monthly、CRUTS4.03和GHCNV3基本一致,并且与整个京津冀区域相比,很好地反映出保定地区城市快速发展所带来的增暖变化特点。另外,从百年极端温度变化来看,保定地区1912年以来年和季节极端温度也是呈明显的增暖变化,年和秋季极端最低气温(TNn)的增暖趋势分别为0.340℃/(10 a)...     

三次观测站02时气温插补方法的比较分析

现行的国家级地面气象观测站网（共2416个站）包括基准站、基本站和一般站,其中1590个一般站（占总站数的65.8%）夜间不观测,但是按照《地面气象观测规范》的规定,在计算日平均气温时,必须通过数学方法给02时赋一个替代值或近似值,这种赋值过程无形中会带来计算误差。本文利用1961—2009年陕西19个国家基本/基准站的定时气温资料,对这种赋值误差进行定量评估分析,并通过多种方案的比较,提出新的赋值（或称插补）方法。结果表明：（1）传统方法所赋予的02时气温替代值比实测值偏高,19个站平均偏高0.77℃;（2）台站所处的纬度,以及季节、天气状况所引起的辐射强弱的差异,通过赋值变量（前一日20时气温）的传导,较明显地影响着02时气温的赋值误差;（3）用逐步回归分析方法,将传统方法的平均加权法调整为多因子非对称加权,显著减小了前一日20时气温的权重,降低了辐射强弱的影响,赋值与实测值更为接近,19个站平均偏差近似为零;新的回归方程对月平均气温、年平均气温产生一定的修正作用,年平均气温值可调降0.1～0.4℃,月平均气温甚至可下降0.5℃。     

三种插值方法对区域自动气象站日气温缺测数据插补的适用性研究

为解决气温观测记录缺测的问题,选择反距离权重插值(Inverse Distance Weighted,IDW)、普通克里金插值(Ordinary Kriging,OK)和多元线性回归(Multiple Linear Regression,MLR)三种方法,以湖北省2020年为例,对全省逐日平均气温(T)、最高气温(T_max)和最低气温(T_min)进行空间插补,并采用平均绝对误差(Mean Absolute Error,MAE)对3种方法的插补结果进行检验。结果表明:用MLR插补得到的Tmax、Tmin、T的MAE最小,分别为0.41℃、0.31℃和0.20℃,其中T的插补误差在1℃以内的站点比例高达100%;相比IDW和OK,MLR插补结果的MAE空间分布均匀,其不仅随海拔高度变化较小,随季节变化也相对较小。单站试验结果表明,当用于MLR模型的样本数量越多、时间离散度越大时,MLR对气温的插补效果越好。总体上,对日气温缺测数据的插补效果,MLR最优,IDW次之,OK最差;对于建立气象站点长时间连续气温数据集而言,MLR更适合解决区域自动气象站...     

湛江观测站迁移对气象要素的影响

采用差值的方法,对湛江气象观测站新旧两站1、4、7月份的气温、湿度、风向风速对比观测气象资料进行分析,发现旧站月平均气温(包括最高、最低)均比新站偏高,其中月平均气温差值(旧站-新站)变化范围在0.5～0.8 ℃,1、7月份旧站气温偏高现象比4月明显,表现为在冷热季节里,两者温差加大;旧站相对湿度略比新站偏小;新站月平均风速、月极大风速均比旧站大,风向也不太一致.并从地理位置、测站环境、仪器安装等方面分析了形成差值的原因,为气象资料序列延续和订正提供依据,为今后查阅使用气象资料提供参考.     

一种基于SVD的迭代方法及其用于气候资料场的插补试验

提出一种基于SVD的迭代对气象场序列缺测记录插补延长的技术方法,对长江流域20个测站1月份气温做插补试验,平均均方误差为0.25,插补精度明显优于迭代EOF,插补效果良好且性能稳定;而且插补站数所占比例越小效果越好.此研究表明,基于SVD迭代的插补方法是一种非常有效的插补途径.     

秦皇岛市气温与近地面臭氧浓度的关系分析

利用2013年1月至2014年12月和2017年1月至2019年6月秦皇岛市近地面臭氧（O₃）浓度数据和气象资料,采用广义相加模型（GAM）,运用回归分析方法和基于R语言的统计分析软件,控制气压、相对湿度、日照时数、总云量等要素的混杂效应及时间变化趋势,分析春季、夏季、秋季、冬季气温与O₃浓度的关系。结果表明：秦皇岛市O₃浓度夏季最高、春季次之,冬季最低,与气温变化趋势基本一致,呈现明显的季节变化。各季气温与O₃浓度呈非线性相关关系,拟合曲线存在拐点,拐点两侧相关效应存在明显差异,主要表现为春季日平均气温高于15.0℃时,气温每升高1℃,O₃浓度增加7.6 μg·m^-3,增长速率是气温低于15.0℃时的4.0倍;夏季日平均气温高于27.2℃时,气温每升高1℃,O₃浓度增加13.9 μg·m^-3,增长速率是气温低于27.2℃时的11.6倍;秋季日平均气温高于21.4℃时,气温每升高1℃,O₃浓度增加47.5 μg·m^-3,增长速率是气温低于21.4℃时的19.1倍;冬季O₃浓度偏低且变化较为平稳,气温对O₃浓度的变化影响不大。由于春夏两季O₃浓度基础值偏高,因此,夏季和春季气温偏高时O₃浓度快速增加现象应引起高度重视。     

近50 a青藏高原地面气温序列的重建

利用NCEP／NCAR500hPa高空再分析资料插补得到青藏高原1950—2000年50个海拔在3000m以上台站500hPa完整可靠的月平均温度序列。基于青藏高原地面气温和其上空500hPa温度有着密切关系，设计了这50个台站地面月平均温度序列的回归方案，用回归估计值将近50a各台站的现有月平均气温记录进行补齐、延长，得到重建的高原台站完整连续的地面月平均气温资料，并对回归效果进行独立样本实验。重建的青藏高原地面气温资料能够真实地反应高原实际气温的变化特征。     

近50年庐山气温和降水变化趋势分析

利用庐山气象站逐月观测资料,对1956—2005年庐山气温和降水的变化趋势进行了分析。结果表明,近50 a庐山年平均气温上升了0.8℃,其中冬季上升最明显,为1.5℃;夏季呈下降趋势,为0.2℃。20世纪60年代庐山年平均气温、夏季最高气温下降最为明显,1996年以后上升最为明显。年降水量自1996年起明显下降。庐山的年最高气温、年最低气温、秋季平均气温、秋季最高气温、春季最高气温、春季最低气温在1998年发生了均值突变,冬季最低气温则在1992年前后出现了均值突变;夏季降水在1995年出现均值突变。     

台站迁移对铜仁市气温评价结果的影响及修正

利用铜仁市10个气象站气温资料,分析了搬迁台站气温资料对气候评价的影响。初步设定了季、年平均气温序列的订正方法:在消除城镇化影响后,新址气温数据按照递减率0.5℃/100 m进行海拔订正到原址,符合当地实际。订正后,处于同一气候区温度偏高(低)趋势一致,提供给公众的气象信息更加准确。     

黑龙江省长序列气温资料的插补和延伸

气温变化基本规律的分析和未来变化趋势的预测需要连续、可靠的长序列资料。本着这一宗旨,用统计学方法,重新插补和延伸了我省7个站(除黑河地区外每地区1个)的月平均气温资料。这份资料不同于1977年东北低温会战时订正的气温资料。     

福州市百余年气温资料处理及变化特征分析

介绍了福州市百余年来气象观测站的变迁。从福建省气象局于1976年1月整编出版的气温资料书籍和福建省气象台气象观测数据库中,提取1901—2012年年平均气温、年极端最高气温、年极端最低气温资料,并利用数理统计方法对个别缺漏记录进行了插补,对测站迁移前后的数据进行订正和检验,结果表明整理后的百年气温数据具有较好的连续性。同时应用现代统计等多种方法对这些宝贵的长序列气温资料进行分析,揭示出福州百余年气温演变的若干气候特征。     

大连月平均气温短序列订正方法

针对大连地区气象台站少,研究区域气候比较困难的实际,以大连地区7个气象台站作为基本站,以各自所辖的气象哨作为订正站.探讨适合大连地区月平均气温的短序列订正的简便实用方法.构建了12个气象哨与各自基本站之间月平均气温序列订正的一元线性回归方程和差值订正方程,并从统计学和订正误差的角度进行了比较分析.结果表明:两种方法的订正误差无显著性差异,均可以用于大连地区月平均气温的短序列订正.     

广西气温的气候变化分析

根据相关原理,采用插补方法,对广西的南宁、柳州沙塘、桂林3站1936年以来的气温序列进行了插补,然后利用多元线性回归方程将3站气温资料延长至1884年,并对广西近百年气温的气候变化特点进行了分析.