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。     

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。     

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℃.     

青藏铁路沿线地面气温和地温的年际变化趋势及与地形的关系

利用青藏铁路沿线常规气象观测站自建站至2002年月平均地面气温和地表温度，通过插补建立了1960-2002年青藏铁路沿线各站各季及年平均温度资料完整的序列。分析表明，青藏铁路沿线温度近40年来的变化是明显的，升温最显著的是冬季、秋季，升温率分别达到0．41℃／10a和0．40℃／10a，春季升温率只有0．23℃／10a。年平均气温和地温的升温率分别为0．33℃／10a和0．37℃／10a，地温的升高比气温要快。升温率与海拔高度呈负相关，其相关系数为-0．807。升温率随海拔高度的升高而减小。盆地升温率比高山大。铁路沿线地温与气温变化间的相关系数达0．767。在相对冷期，气温的波动幅度大于地温；在相对暖期，地温的升高明显比气温快。     

三种气温插补方法在中国西南地区的应用分析

观测数据的插补是提升气象数据完整性、恢复缺失数据真实性的重要手段。本文采用标准序列、空间回归和随机森林3种插补方法,对中国西南地区5个主要气候区地面气象观测站日平均气温序列数据以及犍为和北碚2个百年站月平均气温序列数据进行插补试验,并选用平均绝对误差、均方根误差以及插补值与观测值偏差分别在±0.8℃和±0.5℃区间的样本占比(P_0.8、P_0.5)等4项指标对插补结果进行评估。结果表明：3种方法对中国西南地区5个气候区站点气温日均值与2个百年站气温月均值插补效果较好,且空间回归方法的插补精度高、适用性最好,在5个气候区的插补精度都高于其他两种方法,在地形较为平坦的四川盆地P_0.8约0.90,在地形最为崎岖的川西南滇北山地P_0.8也在0.60以上,地形对气温插补精度影响明显。选取最优参考站数可有效降低插补误差,2个百年站95%以上的月平均气温样本插补误差可控制在±0.5℃以内。     

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) 、0.404 ℃/(10 a),对应的气温日较差(DTR)分别为-0.118 ℃/(10 a)、-0.215 ℃/(10 a)(均通过置信度为95％显著性检验)。     

亚洲中部干旱半干旱区近100年来的气温变化研究

利用亚洲中部干旱半干旱区1961—2003年共计69个站的气温实测资料,并通过EOF展开的延长插补方法,将研究区的气温序列延长到1901年,进而分析了这一区域近100年来的气温变化。研究表明,该区域气温的一致性变化占主导地位,同时存在东部季风区、中亚、蒙古高原和塔里木干旱区等4个主要温度变化分区,均表现出显著的增暖趋势,其代表站近100年来线性拟合的增温率分别为0.19,0.16,0.23和0.15℃/10a,研究区平均增温率为0.18℃/10a,冬季达0.21℃/10a,远高于北半球、全球和我国的增温率,但与青藏高原增温率相近。除20世纪10年代和50年代外,研究区气温变化主要取决于冬季温度的变化。研究区近100年来的气温变化经历了70年代以前的相对缓慢升温和以后的显著升温过程,且增温率越来越大。亚洲中部干旱半干旱区的气温变化过程与我国东部地区显著不同,没有出现明显的20~40年代暖期,整个升温过程由6次明显的锯齿状的升温-降温变化过程(即20,40,60,80,90年代和本世纪初气温变化过程)构成,升温阶段持续时间较长,幅度较大,而降温阶段时间短,幅度小,但不论升温还是降温过程,其变化幅度均大于我国东部和全球平均。     

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.     

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.     

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议程将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。     

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.     

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...     

藏北高原地表反照率的初步研究

基于中日合作项目“全球协调加强观测计划之亚澳季风青藏高原试验”(CAMP/Tibet)在藏北高原D105站、Amdo站、MS3478站以及BJ站的观测数据资料,分析了该地区地表反照率的时空分布特征。结果表明:藏北高原地区的地表反照率具有明显的日变化和月/季节变化特征。冬、春季的日变化曲线呈“U”形,且曲线形状的变化不如夏、秋季大。6~9月的月平均反照率在全年中最低,5月份月平均反照率波动较大。从季节平均值来说,冬季>春季>秋季>夏季。该地区的平均地表反照率为0.2457;反照率的空间分布很不均匀,其值的大小、曲线的形状在不同站点都很不一样,这与站点的地理位置有关,但天气状况和下垫面属性也起了很大的作用。     

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。     

那曲站与其相邻野外站气象要素的对比分析

利用1955-2009年西藏那曲气象站(NQ站)和2001-2009年BJ野外气象站(BJ站)的观测资料,对NQ站和BJ站气温、风速的变化特征进行了对比分析。结果表明,BJ站的年平均温度和最低温度均低于NQ站,年平均风速反之;两站(NQ站-BJ站)温度差的增长率依次为最低温度(0.117℃.a-1)>年平均温度(0.034℃.a-1)>最高温度(-0.014℃.a-1),年平均风速为0.076m.s-1.a-1;以青藏铁路正式通车的2006年为界,2001-2005年和2006-2009年分别为人类活动影响较弱期和较强期。人类活动影响较强期与较弱期相比,两站温度差异增加的幅度依次为最低温度(0.512℃)>年平均温度(0.152℃)>最高温度(-0.025℃),年平均风速为-0.198m.s-1。     

基于改进三次样条插值的探空资料质控研究

由于L波段探空资料存在缺测及稀疏、零散的数据,造成信息量在时空分布上的不均匀性。考虑到参与插补计算的权重因子个数和插补半径对探空观测数据影响较大,在三次样条插值基础上将插补半径和参与计算权重因子个数作为约束条件引入算法中,以被插值点±40 gpm为插值半径,取有效因子个数≥3个,提出了改进的三次样条插补算法。通过交叉验证分时段对插补结果进行检验评估,气温AE在±0.1℃之间,RMSE值小于0.08;相对湿度AE在-1.0%～+0.7%之间,RMSE值小于0.3;风速数据AE在±0.6 m/s之间,RMSE值小于0.2,表明改进三次样条插补算法对探空资料的质控效果在时间和空间上一致性较好。在晴空条件下相对湿度的插补效果优于有降水天气,气温和风速的插补效果不受晴空条件和降水条件的影响。     

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。     

基于PC-CCA方法的气象场资料插补试验

引入主成分典型相关分析(PC-CCA)方法建立缺测气象要素场序列的插补模式,对区域性气象场序列（以长江流域月气温距平场为例）各种时空缺测分布型态作插补试验。结果表明,当插补场站网分布型取包含子场在内的混合站网时,建模样本量达25年就可有最优插补精度,且性能稳定,效果优良。尤其当距平符号单一且大尺度分量占优势时,插补精度随缺测场变化很小。     

极干旱区域台站迁徙前后资料的差异分析——以东疆托克逊站为例

采用新疆托克逊站和参考站(尉犁、东坎两站)1974—2014年观测资料,分析了城市化对托克逊站气候资料的影响,结果表明:地处极干旱区域的托克逊站气温、相对湿度和平均风速与参考站一致性较差,其中,由于城市化发展造成托克逊县的升温率为0.44℃·(10 a)~(-1);均一性检测发现,由于城市化的影响,平均气温、相对湿度、风速均产生了断点。新站与旧站观测资料对比分析发现,由于新旧站环境差异大,使得年相对湿度新站比旧站低4.0%;年平均风速新站偏大1.3 m·s~(-1),年风向相符率低只有49.01%,平均风速全年各月在显著性水平0.05的条件下资料不连续。     

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。