中国地面月气候资料质量控制方法的研究

由于气象台站信息变化以及观测规范的频繁变动, 使中国地面气象资料序列比较复杂。该文在分析中国地面历史气象资料中可能存在的非均一性和错误性、研究月气候资料序列存在的可能分布状态的基础上, 提出了中国地面月气候资料质量控制技术。通过分析认为, 中国地面月气候资料的质量控制, 应把下列3种方式结合起来, 进行综合质量检测:①把12个月的气候资料序列联合起来, 进行长时间连续性错误资料检测; ②把时间序列变换为接近正态分布的均一序列后, 进行时间域和空间域的奇异值检测; ③对检测出的连续性可疑资料和单个数据点的奇异值进行人工分析辨别。利用上述质量控制方法, 对1971—2000年中国地面700多基准基本站月统计气候资料进行了质量检查, 最后介绍了质量检查结果。     

宁夏地面气象台站元数据变化特点及质量评估

利用宁夏25个气象站1951—2011年地面气象台站元数据LD数据文件质量控制信息,分析了台站元数据各项内容,特别是观测仪器、站址迁移变动次数的时间分布。结果表明:观测仪器变动次数占到变动总次数的89.6%,各站观测仪器每年平均变动次数是其他项变动次数的30~140倍;建国初期观测仪器匮乏、执行新版观测规范、观测仪器换型等是造成台站元数据变动次数增多的主要原因;1951—1960年站址迁移最多,但对气温观测要素均一性的影响较小,而2001—2011年因城镇化发展站址迁移对气温观测要素均一性的影响较大;经质量控制的台站元数据疑误数、疑误率、修改疑误数、修改率均降低,特别是修改疑误数、修改率降低十分明显,元数据质量已显著提高、质量可靠,可为气象业务科研提供高质量的元数据服务。     

气象台站历史沿革信息及其对观测资料序列均一性影响的初步分析

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。文章介绍了气象台站历史沿革信息的基本内容及我国气象台站变动的基本情况, 通过对气象观测资料比较分析, 说明台站迁移、环境变化、观测仪器类型以及观测时制改变, 直接影响到观测记录的比较性和连续性, 对长年代气候资料序列的均一性也有不同程度的影响。     

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。     

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...     

江西省地面气象台站沿革及其对观测资料序列均一性的影响

介绍了江西省地面气象台站沿革情况,通过资料对比,分析了观测仪器、仪器安装高度和观测方法等的变化对观测资料序列均一性的影响。结果表明,气象台站历史沿革,特别是台站迁移以及观测仪器类型、仪器安装高度、观测时制的改变,直接影响观测记录的连续性和气候资料序列的均一性。研究认为,气象台站历史沿革信息,在检验、订正、分析气候资料序列时不可忽略。在使用历史资料时,应分析和判断台站沿革对气候资料序列均一性的影响。     

RHtest方法对我国降水资料的均一性检验试验

应用RHtest方法结合台站元数据信息对我国1725个气象台站1961-2009年月降水资料进行了均一性检验试验和订正,并以波密站、元阳站和巢湖站为例介绍了检验过程.结果表明:该方法能够适用于对我国降水资料均一性检验且具有较高的应用前景.2400台站高密度月降水资料的使用更加有益于参考序列的选取,采用数理统计分析和结合元数据主观判断的方式来对序列进行均一性检验更加合理.检验出存在非均一性断点的台站仅占2.1％,表明我国降水资料序列均一性情况良好,台站较大距离的迁移是造成部分降水序列非均一的重要原因之一.对检验出存在断点的降水序列采用RHtest提供的订正方法进行了订正和趋势分析,发现订正后降水序列的年变化趋势具有明显的改变,均一性也有很大改善.     

陕西省气象台站历史沿革档案状况

气象台站历史沿革档案是记录反映气象台站建立之初至今,各个历史时期发展变化历程的档案资料。它涉及台站环境、观测场变动、台站迁移、观测要素增减、观测仪器的变动及更新等影响气候资料均一性变化的各个方面。是用户了解、应用气象数据必要的背景信息;是进行气候资料序列均一性检验及订正的科学依据;是研究我国气象科学史所需的重要信息源之一。随着《气象资料共享管理办法》的颁布实施,气象资料的应用范围日趋广大,为了更全面、更详细地反映气象资料的历史状况,2002年中国气象局提出了新的台站沿革档案格式要求,并要求台站沿革档案…     

中国气象台站历史沿革数据库

文章着重讨论了气象台站站址及业务变更往往导致气象资料非均一性的产生；气象台站历史沿革业务在中国的开展情况；中国气象台站历史沿革数据库数据项的优化选择及其质量控制。     

兰州站气候资料序列均一性的初步分析

气候资料的均一性是研究气候变化的前提条件。以兰州站为例,应用SNHT方法对该站的气候资料序列进行均一性检验,首先对降水、平均气温、最高气温、最低气温、平均风速和日照时数几个气象要素进行非均一性检验,然后根据历史台站沿革等元数据信息进行原因分析。结果表明,兰州站平均风速资料与其邻站相关系数低,未通过显著性检验。降水、气温、最高气温、最低气温、日照与邻站的相关系数都达到99％的显著水平,且都存在不均一性,其原因主要有台站的迁移、仪器的更换、统计方法的变化以及城市热岛效应等,完整详细的元数据信息是均一性研究的重要基础。     

南海海洋观测台站海表温度资料的均一性检验与订正

采用最大惩罚T检验（Penalized Maximum T Test,PMT）方法,结合海洋台站元数据信息,选取临近气象站做为参考站,对中国南海9个海洋观测台站月平均SST资料序列进行均一性检验,在充分考虑区域性气候变化因素的影响下,对检验结果进行气候合理性分析并对不连续点进行订正。结果表明:（1）通过多种数据的相关性比较和分析发现,临近气象站的气温资料序列是南海台站SST资料订正最优的参考序列;（2）平均每个海洋台站SST资料序列存在1~2个不连续点,其中站址变迁、仪器变更和环境变化对均一性的影响较大;（3）订正后的南海SST序列质量有大幅提高,表明南海SST具有更明显的增暖趋势。      

极端异常气象资料的综合性质量控制与分析

在传统的气象资料质量控制技术中,通常利用统计方法设置控制界限,对于界限以外的资料作为可疑值被标注或作为错误值而被剔除。文中以中国1971~2000年700多基准基本站中,气温极端事件———青海托托河站1985年10月~1986年3月的极端异常月平均气温为例,介绍了极端异常气象资料的综合性质量控制方法。通过综合性质量控制与分析,即参考Metadata、邻近站检验、不同观测项目间的一致性检查,均证明托托河站1985年10月~1986年3月极端异常月平均气温资料是正确的。从而说明,利用界限控制检查出的所谓错误资料,虽然在统计学意义上很难出现,但是它有可能反映了异常极端的天气气候事件,是正确的。因此,对于极端异常的气象资料,应进一步通过综合性质量控制,分析该资料正确与否,从而保留极端天气气候事件的事实。文中最后介绍了中国1971~2000年700多基准基本站极端异常月平均气温资料的综合性质量检查结果。     

Comparison of two homogenized datasets of daily maximum/mean/minimum temperature in China during 1960–2013

Two homogenized datasets of daily maximum temperature (Tmax), mean temperature (Tm), and minimum temperature (Tmin) series in China have recently been developed. One is CHTM3.0, based on the Multiple Analysis of Series for Homogenization (MASH) method, and includes 753 stations for the period 1960–2013. The other is CHHTD1.0, based on the Relative Homogenization test (RHtest), and includes 2419 stations over the period 1951–2011. The daily Tmax/Tm/Tmin series at 751 stations, which are in both datasets, are chosen and compared against the raw dataset, with regard to the number of breakpoints, long-term climate trends, and their geographical patterns. The results indicate that some robust break points associated with relocations can be detected, the inhomogeneities are removed by both the MASH and RHtest method, and the data quality is improved in both homogenized datasets. However, the differences between CHTM3.0 and CHHTD1.0 are notable. By and large, in CHHTD1.0, the break points detected are fewer, but the adjustments for inhomogeneities and the resultant changes of linear trend estimates are larger. In contrast, CHTM3.0 provides more reasonable geographical patterns of long-term climate trends over the region. The reasons for the differences between the datasets include: (1) different algorithms for creating reference series for adjusting the candidate series—more neighboring stations used in MASH and hence larger-scale regional signals retained; (2) different algorithms for calculating the adjustments—larger adjustments in RHtest in general, partly due to the individual local reference information used; and (3) different rules for judging inhomogeneity—all detected break points are adjusted in CHTM3.0, based on MASH, while a number of break points detected via RHtest but without supporting metadata are overlooked in CHHTD1.0. The present results suggest that CHTM3.0 is more suitable for analyses of large-scale climate change in China, while CHHTD1.0 contains more original information regarding station temperature records.     

中国降水量序列均一性分析方法及数据集更新完善

基于中国气象局国家气象信息中心2012年发布的《中国国家级地面气象站基本气象要素日值数据集（V3.0）》,选取一定空间范围内相关性、数据完整性均较好的邻近站降水资料,构建参考序列,结合标准正态检验和台站历史沿革信息对我国2342个台站年、月降水资料进行均一性检验。采用相关系数权重平均方法和一阶差分方法相结合得到参考序列,以降低因计算方法和邻近站序列长度不一致等引起的参考序列不确定性。最终结果显示：98个台站降水序列存在断点,仅占总站数的4.2%。采用比值法订正上述非均一性的降水序列,订正后的序列在一定程度上消除了人为因素的干扰,部分台站降水量变化趋势（1960-2009年）异常的问题得到改善。     

我国地面气温参考站点遴选的依据、原则和方法

由于城市化和观测环境变化的影响,我国现有国家级气象台站网观测的地面气温资料许多已不能满足气候变化检测研究的要求。利用我国全部气象观测站网的台站信息,对地面气温资料序列质量进行了系统评价,遴选出可用于气温变化研究的参考站点。这项工作建立了地面气温参考站点遴选的原则、方法和步骤,并据此确定了138个地面气温参考站。这些台站可代表背景地面气温场,其长期气温观测资料可用作城市台站或国家级台站城市化增温评价的参考,也可直接用于我国地面气温变化的检测分析。     

基于EOF的高时空分辨率自动站温度观测资料质量控制

随着我国气象自动化观测技术的发展,全国已经建成了70 000多个自动观测站点,全面实现了气象观测自动化。自动化观测技术使得气象常规观测资料量得到了飞速增长,这也使得通过质量控制提高自动观测站资料的利用率尤为重要。利用江苏省气象局提供的2019年12月1日00时—7日23时共168个时次的地面自动站温度观测资料,及ECWMF (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)的ERA5(ECMWF Reanalysis V5)再分析资料中的温度格点资料作为背景场,结合常规质量控制方法及EOF (Empirical Orthogonal Function)质量控制方法,建立了适用于高时空密度的地面温度资料质量控制方法,并对我国中东部地面自动站温度观测资料进行质量控制试验。结果表明,在利用常规质量控制方法剔除观测资料中明显异常的资料后,针对自动站高密度的特点,通过选择合适的分析区域,EOF分析方法可以很好提取有组织的观测系统信息,从而保证剩余信息更好地满足随机分布特点,利用随机概率分布特点就可以很好剔除异常观测资料,并且可以避免天气变化的影响。     

Application of Multiple Analysis of Series for Homogenization to Beijing Daily Temperature Series （1960-2006）

Homogenization of climate observations remains a challenge to climate change researchers, especially in cases where metadata (e.g., probable dates of break points) are not always available. To examine the influence of metadata on homogenizing climate data, the authors applied the recently developed Multiple Analysis of Series for Homogenization (MASH) method to the Beijing (BJ) daily temperature series for 1960--2006 in three cases with different references: (1) 13M---considering metadata at BJ and 12 nearby stations; (2) 13NOM---considering the same 13 stations without metadata; and (3) 21NOM---considering 20 further stations and BJ without metadata. The estimated mean annual, seasonal, and monthly inhomogeneities are similar between the 13M and 13NOM cases, while those in the 21NOM case are slightly different. The detected biases in the BJ series corresponding to the documented relocation dates are as low as -0.71^oC, -0.79^oC, and -0.5^oC for the annual mean in the 3 cases, respectively. Other biases, including those undocumented in metadata, are minor. The results suggest that any major inhomogeneity could be detected via MASH, albeit with minor differences in estimating inhomogeneities based on the different references. The adjusted annual series showed a warming trend of 0.337, 0.316, and 0.365^oC (10 yr)^-1 for the three cases, respectively, smaller than the estimate of 0.453^oC (10 yr)^-1 in the original series, mainly due to the relocation-induced biases. The impact of the MASH-type homogenization on estimates of climate extremes in the daily temperature series is also discussed.     

河南省气候业务数据库系统的设计与实现

基于关系型数据库管理系统,构建了河南省气候业务数据库系统,用于存储全省各气象台站建站以来的逐日数据、月统计数据、年统计数据等。利用可视化开发环境,采用面向对象编程语言,开发了气候业务数据库应用系统,具备数据库记录实时追加、信息化文件采集、数据库记录修改、数据库记录查询统计、数据质量检测等功能。系统投入使用后,提高了气候...