北京怀柔站地面气温资料均一化及其对气候趋势分析的影响张雷任国玉周雅清任玉玉国家气候中心

北京怀柔站地面气温资料均一化 及其对气候趋势分析的影响张雷任国玉周雅清任玉玉国家气候中心

1.选题背景及研究意义 (IPCC,2007) 站址迁移、仪器变更等人为因素，使台站观测记录出现不连续现象，造成了气候资料序列的非均一性。然而，只有利用均一的长序列气候资料才能准确地检测气候变化。

2.资料与方法 2.1资料本研究采用北京地区3个气象站日最高、最低气温资料，资料来源于国家气象信息中心。资料选用时段为1960～2008年，一些台站存在少量的缺测现象，但不影响资料的可靠性。

气象台站基本信息 乡村参考站的选取，综合参考了初子莹（2005）和周雅清等（2005）的方法，确定上甸子和霞云岭2个站位乡村站参考站。其中怀柔和上甸子站有过迁站经历，上甸子站仅在1988年1月有过1次迁移，水平距离变化不超过150米，高度增加约20m，台站站址空间位置变化很小。怀柔站有2次迁址记录，台站的空间位置及周围环境变化较大。

怀柔站的迁站过程 怀柔站的站址（1为1964年前的站址，2为1964年到1996年的站址，3为1996年后的站址）

2.2 资料的均一性检验 采用滑动t检验方法对有迁站经历的怀柔和上甸子站的最高、最低气温序列进行均一性检验，如资料存在非均一性就必须进行订正。

2.3 怀柔站气温资料的均一化订正 1. 由各单站月最高、最低气温的时间序列T，建立各单站逐月的气温变化序列 2. 计算待检站和两个参考站逐月气温变化序列的相关系数，利用相关系数的平方作为权重建立参考站气温变化序列，反算得到参考序列T' 3. 以该月目标序列与参考序列的差值序列在不连续点前后5年的差值作为月补偿值，如果不连续点前后资料不足5年，则取最长年份计算差值。然后将月补偿值线性插值到每日，得到日订正值Ta 4. 进行非均一化订正后的值为其中Tda表示订正后的日资料，Td表示订正前的日资料，Ta表示日订正值。

2.4 城市化影响分析 台站迁移引起的气温序列非均一性及其订正后对线性趋势影响 1.城市化影响(ΔTur)的表达式为： ΔTur = Tu - Tr 其中，Tu为城市站气温的变化趋势，Tr为参考站气温的变化趋势。 2.城市化影响贡献率（Eu）的表达式为：实际中，多数情况0≤Eu≤100%，但少数情况下Eu可能为负值或超过 100%，说明可能存在某种尚未认清的局地因子影响。

3.结果分析 3.1 怀柔气象站资料的非均一性检验 (a) 滑动t统计量 (b) 怀柔站最低（a）、最高（b）气温滑动t统计量曲线（黑实线为a=0.01显著性水平临界值）怀柔站年最低、最高气温滑动t统计量的曲线，序列长度n=49，子序列长度n1=n2=3。对比历史沿革资料验证怀柔站日最低、最高气温在1964、1996年附近存在不连续点，因此对怀柔站资料的订正是必要的。对上甸子站进行的检验并未发现显著性断点，没有进行订正。

怀柔站日最低、最高气温均一化订正值(单位：℃)怀柔站日最低、最高气温均一化订正值(单位：℃) 气温订正值（单位：℃）订正后的怀柔站年最低气温整体下降1.377℃，年最高气温下降0.271℃，最低气温的订正幅度明显大于最高气温。说明怀柔站在市区时，受城市化影响气温较高，且出现了“非对称”现象，即最低气温较最高气温受城市化影响更严重。 1996年怀柔站从市区迁到乡村，最低气温的订正值存在明显的季节差异，冬季的订正值最大，夏季的订正值最小；最高气温夏季订正值最小，秋、春季较大。

3.2怀柔站订正前、后和参考序列 气温（单位：℃）怀柔站订正前、订正后和参考序列的年最低、最高气温（单位：℃），黑实线为趋势线订正前无论是最低气温还是最高气温的城市化影响均很小分别为-0.004℃/10a 、 -0.035℃/10a，订正后城市化影响变得很大为0.388℃/10a、0.096℃/10a，订正后城市化影响都增大，且最低气温城市化影响增加更明显。

3.3怀柔站最低、最高气温订正前后的城市化影响3.3怀柔站最低、最高气温订正前后的城市化影响怀柔站最低、最高气温订正前后的城市化影响（单位：℃/10a）及城市化影响贡献率（单位：％）最高、最低气温的城市化影响贡献率订正前为-16.9％、56.5％，订正后增加到28.8％、100.8％。

4.结论 （1）订正后的怀柔站年最低气温整体下降1.377℃，年最高气温下降0.271℃，最低气温的订正幅度明显大于最高气温。说明怀柔站在市区时，受城市化影响气温较高，且出现了“非对称”现象，即最低气温较最高气温受城市化影响更严重。（2）1996年怀柔站从市区迁到乡村，最低气温的订正值存在明显的季节差异，冬季的订正值最大，夏季的订正值最小；最高气温夏季订正值最小，秋、春季较大。（3）订正前无论是最高气温还是最低气温的城市化影响均很小分别为-0.035℃/10a、-0.004℃/10a，订正后城市化影响变得很大为0.096℃/10a、0.388℃/10a，订正后城市化影响都增大，且最低气温城市化影响增加更明显。最高、最低气温的城市化影响贡献率订正前为-16.9％、56.5％，订正后增加到28.8％、100.8％。

5.讨论 1.订正前后最低气温趋势的变化较最高气温更加明显，表现出明显的“不对称性”，说明最低气温受环境变化的影响更加敏感。 2.订正过程一方面解决了资料的不均一性问题，另一方面恢复了城市化对最高、最低气温的影响，尤其是对最低气温的影响更加明显。这说明，在订正了由于迁站引起的非均一性偏差以后，进一步对资料序列中的城市化影响进行订正是十分必要的。

敬请各位专家老师 批评指正！

1.1研究意义和内容 1.选题背景及研究意义 2.资料与方法 2.1 资料 2.2 资料的均一性检验 2.3 怀柔站气温资料的均一化订正 2.4 城市化对极端气温指数的影响 3.结果分析 3.1 怀柔站资料的非均一性检验 3.2 城市化对北京站极端气温指数的影响 4.结论 5.讨论

怀柔、上甸子、霞云岭3个气象站日最高、最低气温怀柔、上甸子、霞云岭3个气象站日最高、最低气温计算单站极端气温指数的阈值建立单站季、年极端气温指数的距平序列建立乡村站极端气温指数距平的区域平均序列北京站极端气温指数的距平序列计算乡村站极端气温指数距平区域平均序列的线性趋势并检验其显著性计算北京站极端气温指数距平序列的线性趋势并检验其显著性计算城市化对极端气温指数变化的影响并检验其显著性计算城市化因素对极端气温指数变化的贡献率技术路线

2.4 城市化对极端气温指数的影响 怀柔站资料中存在显著的非均一性，由于日资料订正工作的复杂性，需要进一步研究，因此将怀柔站从乡村参考站中剔除。利用5个乡村参考站，分析城市化对北京站极端气温指数趋势变化的影响。

怀柔站址考察

3.3城市化对北京站极端气温指数的影响 北京站（红）和乡村站参考站（蓝）年极端气温指数距平年极端气温指数距平（d或℃）

怀柔站年平均最低、最高气温订正前后的均值（单位：℃/10a）和方差（单位：(℃/10a)2）怀柔站年平均最低、最高气温订正前后的均值（单位：℃/10a）和方差（单位：(℃/10a)2）

2.4 城市化影响分析 台站迁移引起的气温序列非均一性及其订正后对线性趋势影响示意（任国玉等，2010）

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