第３６卷第２期 ２０１３年４月 大气科学学报 Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ ＶＯ１．３６ Ｎｏ．２ Ａｐｒ．２０１３ 周建平，孙照渤，倪东鸿，等．２０１３．中国气象台站迁移对年平均气温均一性的影响［Ｊ］．大气科学学报，３６（２）：１３９－１４６． Ｚｈｏｕ Ｊｉａｎ—ｐｉｎｇ，Ｓｕｎ Ｚｈａｏ—ｂｏ，Ｎｉ Ｄｏｎｇ—ｈｏｎｇ，ｅｔ ａ１．２０１３．Ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ ｓｔａｔｉｏｎ ｒｅｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｎ ｈｏｍｏｇｅｎｅｉｔｙ ｏｆ ａｎｎｕａｌ ｍｅａｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｎ Ｃｈｉｎａ［Ｊ］．Ｔｒａｎｓ Ａｔｍｏｓ Ｓｃｉ，３６（２）：１３９－１４６．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） 中国气象台站迁移对年平均气温均一性的影响 周建平，孙照渤，倪东鸿，李忠贤 （气象灾害教育部重点实验室（南京信息工程大学），江苏南京２１００４４） 摘要：在确定中国１９５１＿２０１０年７５３站观测数据的迁移状况的基础上，采用ｔ检验方法和标准正 态检验（ｓｔａｎｄａｒｄ ｎｏｒｍａｌ ｈｏｍｏｇｅｎｅｉｔｙ ｔｅｓｔ，ＳＮＨＴ）差值法，分析了迁移对中国年平均温度序列均一 性的影响，并对非均一温度序列进行订正。结果表明：将有业务代替的台站序列合并起来后得到了 ７１４站数据，７１４站中完全没有迁移的台站只有１４８站，其他５６６站共计有９５０次迁移；ｔ检验表明 ９５０次迁移中２３５次迁移前后年平均温度差异显著；而ＳＮＨＴ检验表明９５０次迁移中有２３７次年平 均温度的均一性受到迁移的影响，其中７９次需要调整０．５℃以上；８４％的非均一性序列经订正后 相对符合均一性条件。 关键词：台站迁移；气温；均一性 中图分类号：Ｐ４６８ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７４—７０９７（２０１３）０２－０１３９－０８ Ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ｍｅｔｅ０ｒ０ｌ０ｇｉｃａｌ ｓｔａｔｉｏｎ ｒｅｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｎ ｈｏｍｏｇｅｎｅｉｔｙ ｏｆ ａｎｎｕａｌ ｍｅａｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｎ Ｃｈｉｎａ ＺＨＯＵ Ｊｉａｎ—ｐｉｎｇ，ＳＵＮ Ｚｈａｏ—ｂｏ，ＮＩ Ｄｏｎｇ—ｈｏｎｇ，ＬＩ Ｚｈｏｎｇ—ｘｉａｎ （Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌＤｉｓａｓｔｅｒ（ＮＵＩＳＴ），Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００４４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｄａｉｌｙ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄａｔａ ｆｒｏｍ １９５ １ ｔｏ ２０１０，ａｎｄ ｔｈｅ ｌｏｎｇｉｔｕｄｅｓ／ｌａｔｉｔｕｄｅｓ／ａｌｔｉｔｕｄｅｓ ｏｆ ７５３ ｓｔａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｃｈｉｎａ，ｔｈｅ ｒｅｌｏｃａｔｉｏｎ ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｅａｃｈ ｓｔａｔｉｏｎ ｉｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．Ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｔ－ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｓｔａｎｄａｒｄ ｎｏｒｍａｌ ｈｏｍｏｇｅｎｅｉｔｙ ｔｅｓｔ（ＳＮＨＴ），ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｔｕｄｉｅｓ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ｒｅｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｎ ｈｏｍｏｇｅｎｅｉｔｙ ｏｆ ａｎｎｕａｌ ｍｅａｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｖｅｒ Ｃｈｉｎａ ａｎｄ ｃｏｒｒｅｃｔｓ ｔｈｅ ｉｎｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｅｒｉｅｓ．Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄａｔａ ｏｆ ７ １４ ｓｔａｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｇｏｔｔｅｎ ｂｙ １ｉｎｋｉｎｇ ｔｈｅ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｂｕｓｉｎｅｓｓ ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｏｎ ｓｔａｔｉｏｎ．Ｏｎｌｙ １４８ ｏｆ ７ １４ ｓｔａｔｉｏｎｓ ｈａｖｅ ｎｏｔ ｂｅｅｎ ｒｅｌｏｃａｔｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ５６６ ｓｔａｔｉｏｎｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｒｅｌｏｃａｔｅｄ ｆｏｒ ９５０ ｔｉｍｅｓ．Ｔｈｅ ｔ－ｔｅｓｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ２３５ ｏｆ ９５０ ｔｉｍｅｓ ｒｅｌｏｃａｔｉｏｎｓ ｌｅａｄ ｔｏ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｏｆ ａｎｎｕａｌ ｍｅａｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｔｈｅ ＳＮＨＴ ｔｅｓｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ２３７ ｏｆ ９５０ ｔｉｍｅｓ ｉｎｈｏｍｏｇｅｎｅｉ． ｔｉｅｓ ｏｆ ａｎｎｕａｌ ｍｅａｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｒｅ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｒｅｌｏｃａｔｉｏｎｓ，ｗｈｅｒｅ ｔｈｅ ７９ ｔｉｍｅｓ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ａｄｉｕｓｔｅｄ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ０．５ ｏｃ．Ｔｈｅ ８４％ｉｎｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ ｓｅｒｉｅｓ ｂｙ ｔｈｅ ｒｅｌｏｃａｔｉｏｎｓ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ａｄｊＵＳ． ｔｅｄ ｔｏ ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ ｓｅｒｉｅｓ ｂｙ ａｄｄｉｎｇ ａ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｔａｔｉｏｎ ｒｅｌｏｃａｔｉｏｎ；ａｉｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｈｏｍｏｇｅｎｅｉｔｙ ０ 引言 如果一个测站的气象记录序列仅仅是气候变化 的反映，那么这样的资料就是均一的（屠其璞等， １９８４）。均一性的气温序列是研究气候变率和变化 趋势的基础，然而在实际上，除了观测等不可避免的 收稿日期：２０１２－０１－０３；改回日期：２０１２－０４－１９ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（４１１０５０５９）；江苏省高校自然科学研究项目（１２ＫＪＢ１７０００７）；公益性行业科研专项 （ＧＹＨＹ２０１３Ｏ６０２０）；江苏省“青蓝工程”资助项目；江苏高校优势学科建设工程资助项目（ＰＡＰＤ） 作者简介：周建平（１９８６一），男，安徽宿松人，硕士，研究方向为短期气候预测，ｊｐｃｈｏｕａｈ＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ；孙照渤（通信作者），教授，博士生 导师，ｓｕｎｚｂ＠ｎｕｉｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎ． 第２期 周建平，等：中国气象台站迁移对年平均气温均一性的影响 １４１ ：一 ——＝ 一√—— ／（，ｚ 一１） ＋（，ｚ 一１一） 厂二 一√ ＋ｉ＿—＿『 。（１）［） ＼ ， 式中： 。 ：和ｓ 、ｓ：分别为迁移前后温度的年平均 ５ ［∑Ｐｊ （ 一 ）］ Ｑ ＝（ 一 ）一ｊ — —一 ∑ Ｊ＝１ 式中： 为待检台站的温度序列；ｘ， （Ｊ＝１，２，…，５） 为５个参考台站的参考序列；采用相关系数Ｐ的平 方作为加权因子；为了减少序列的差异，建立序列时 候采用距平值。对Ｑ进行标准化，得到待检序列 ｚ ，使得２＝０， ＝１，即使其近似服从Ｎ（０，１） 分布： ｚ ：盟 。 Ｏ＇Ｑ （３） 统计检验主要是检验 ： ＝．ｍａｘ｛ ｝＝．１ＴＩａｘ｛以乏 ＋（ｎ—ａ）之 ｝。 （４） 式中：乏 和乏 是ｚ序列ａ点前后的平均值。参照刘 小宁（２０００）所给的阈值，显著性水平取０．０５，如果 大于阈值则认为该点为序列的不连续点，再将 序列分段检验，直至序列长度小于１０ ａ止。通过 ＳＮＨＴ检验确定序列的断点，将其与确定的迁移点 及其ｔ检验结果进行核对，以确定中国台站迁移对 中国气温序列的影响。 Ａｌｅｘａｎｄｅｒｓｓｏｎ ａｎｄ Ｍｏｂｅｒｇ（１９９７）也提供了序 列的订正方法，如果序列在ａ点断裂，则： １＝ Ｑ之１＋Ｏ； ２＝ Ｑ之２＋Ｑ。 （５） 式中：乏 和乏：与（４）式相同。将序列中｛１，２，…，ａ｝ 点加上 一 ，这是一个订正差值，单位是℃。 ＳＮＨＴ检验关键是选择参考台站建立检验序 列。本文主要从距离最近的１５个包含待检序列长 度的台站中选择相关系数较高的５个台站作为参考 台站。由图１ｂ可以看出，１９５５年以前的台站稀少， 选择参考台站较为困难。因此，本文主要检验 １９５５－－２０１０年的台站迁移对温度均一性的影响； １９５５年以前的迁移主要采用ｔ检验并根据迁移前后 平均温度有无显著差异来判断序列的均一性。受气 温年际变化和参考台站的影响，如果不是变化较明 显，ＳＮＨＴ检验不一定能将不连续点准确地定位在 迁移点上，所以如果不连续点在该站迁移前后的３ ａ 内，则认为此点是由迁移造成的，序列在迁移前后是 不均一的。 ２ 台站迁移对资料的影响 ２．１迁移状况 由通过经纬度差异方法确定台站迁移的结果来 看：近６０ ａ的７１４站中，共有９５０次迁移；完全没有 迁移的台站只有１４８站（约占２１％），３０４站有１次 迁移，迁移２次及以上的有２６２站，部分台站甚至有 １４２ 大气科学学报 第３６卷 ５～７次迁移，可见大多数台站都有过迁移。由图２ 可见，１９６０年前后和１９８０年前后发生的迁移较多， 图３为台站迁移前后年平均温度、年平均最高 气温、年平均最低气温显著变化的台站。可见：迁移 后年平均温度减少的台站大多分布在中国西南部； 这主要是由于中国台站建立的完善和行政管理等方 面的原因；１９９０年以后，台站发生的迁移较少，这主 迁移后年平均最高气温减少的台站多一些，主要分 布在中国西南、华南和西北地区东部；迁移后年平均 最低气温未通过ｔ检验的台站数大大增加，这与日 最低温度的时间分布和空间分布有较大关系。值得 注意的是，台站迁移对平均气温、最高气温和最低气 要因为台站环境得到法律法规保护，台站迁移受到 严格控制，但由于城市规划或台站处于城市中间而 不再适合作为观测台站，所以有许多台站发生了迁 移，而且大多数台站级别沿革、撤销、新建、业务代替 等也大多发生在这一时期，对数据的影响也比以前 温的影响存在差异，如漠河站１９９７年有一次较大的 的迁移要大。９５０次迁移中６０１次迁移的水平距离 在１０ ｋｍ内，１９２次迁移的水平距离超过２０ ｋｍ；９５０ 次迁移中有５３３次迁移的海拔高度没有变化，７１３ 次迁移的高度差低于１０ ｍ，９３次迁移的高度差超过 ５０ ｍ；２４９次迁移距离超过２０ ｋｍ或（和）海拔高度 相差超过５０ ｍ，中国台站迁移明显。 羹 图２ １９５２－－２００８年台站迁移次数的逐年变化 Ｆｉｇ．２ Ｙｅ￣ｌｙ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｗｅ ｓｔａｔｉｏｎ ｒｅｌｏｃ￣ｉｏｎ ｔｉｍｅｓ ｆｒｏｍ １９５２ ｔｏ ２００８ ２．２迁移前后温度的变化特点 ｔ检验实质上是对迁移前后均值变化的一种检 验。分别对９５０次迁移的年平均温度、年平均最高 温度、年平均最低温度进行检验，ｔ值大于临界值的 台站数如表１所示。从台站数和次数上来说，迁移 对最低温度影响最大，其次是平均温度，对最高温度 的影响最小。迁移前后平均温度增加约０．５６ ｏＣ，总 体上来说迁移后是变暖的，迁移后温度减少的台站 相对较少。这也说明台站迁移与增温评估存在一定 关系。 表１ ９５０次迁移的ｔ检验结果 Ｔａｂ１ｅ １ Ｔｈｅ ｔ－ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｆ０ｒ ９５０ ｔｉｍｅｓ ｓｍｔｉｏｎ ｒｅｌｏｃａｔｉｏｎ 迁移，年平均气温迁移后只增加了０．０４ ｏＣ（没有通 过显著性检验），而年平均最高气温和年平均最低 气温的前后变化却较显著，但是它们的变化却是相 反的，迁移后１４ ａ年平均最高气温较迁移前平均增 加了０．９ ｏＣ，年平均最低温度减少了０．８５ ｏＣ。这反 映出台站迁移前后环境变化对不同时段温度变化影 响的不一致性。有些台站主要因海拔高度发生较大 改变而产生了较大变化，如五台山站（５３５８８）１９９８ 年从山顶迁移到山脚，海拔高度减少了６８７．５ ｍ，平 均温度增加了５．７４ ｏＣ，最高温度增加了６．３５ ｏＣ，最 低温度增加了５．３７℃。如果这些台站的温度数据 不经过订正而使用，在气候趋势研究中是没有意 义的。 在影响迁移前后温度变化的因子中，海拔高度 差无疑是最重要的。２３５次迁移的年平均温度差与 海拔高度差的相关系数达一０．８５，即海拔高度减少 后，温度升高；而与水平距离的相关系数只有０．２２， 如果考虑到南北迁移对温度升降的差异性后，其相 关系数可增加到０．３８。所以，迁移的海拔高度差是 考虑迁移前后年平均温度变化的一个主要因素，但 是迁移还不能仅仅从水平和垂直距离上考虑，有时 需要考虑迁移前后台站周围的地理环境变动，是市 区还是郊区等，因为这些变动仅仅通过空问位置数 据是不能反映出来的。 对于年平均温度来说，９５０次迁移前后温度平 均增加了０．２１ ｏＣ，其中６４１次迁移后平均温度是升 高的，差异明显的２３５次迁移在迁移后平均增温约 ０．５６ ｏＣ。如果ｔ值很高，表明迁移前后温度差值较 大，据此就能直接判断出温度序列的不均一性。但 是大多数台站的ｔ值接近于临界值，由于气候序列 中包含了气候变化趋势，加上台站周围环境如城市 化等缓慢变化的作用也包含于序列变化之中，序列 均一ｌ生的直接判断就有部分困难，所以要作邻站对 比的检验，将气候趋势变化剔除出来。 第２期 周建平，等：中国气象台站迁移对年平均气温均一性的影响 １４５ 差异，而年平均温度是否均一则是１２个月综合作用 的均一性。经检验，还存在７２站７８次因迁移造成 的结果。 表２不同温度序列的均一性检验及其与年平均温度非均 一点的关系 Ｔａｂｌｅ ２ Ｔｈｅ ｈｏｍｏｇｅｎｅｉｔｙ ｔｅｓｔ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｅｒｉｅｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｒｅｌａｔｉｏｎｓ ｔｏ ｉｎｈｏｍｏｇｅｎｅｉｔｙ ｐｏｉｎｔｓ ｏｆ ａｎｎｕａｌ ｍｅａｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ 个 年平均最高气温与年平均气温相比，迁移对其 影响要稍微小一点。年平均最高气温有６８８个可疑 的不连续点，少于年平均气温，有１９６次是迁移造成 的，其中１１４次和年平均温度一致，是由同一次迁移 造成的。迁移对年平均最低气温的非均一性影响比 年平均气温要大。迁移对其造成的非均一点达到最 多（２６６个），其中与年平均温度的２３７个非均一点 有１６１次是同一次迁移造成的。从迁移造成的非均 一点也可以看出，迁移对年平均最低温度的影响最 大，其次是年平均气温，对年平均最高气温影响较 小，这与ｔ检验的结果是一致的。 ４非均一年平均温度订正 订正是将一个非均一的序列订正为尽可能满足 均一条件的序列。年平均温度序列有２０４站共计 ２３７个非均一点需要订正，用订正差值对迁移前的 序列加以订正。图４ｂ为七角井站订正后的温度序 列，１９９８年以前的订正差值为２．１５ ｏＣ，少于迁移后 的温度差值３ ｏＣ，这说明该订正方法考虑了气候变 化的因素。但是统一增加同一个订正值是否合适， 还需检验订正结果。 ２３７次迁移的平均订正值小于（大于）０的有 １５２次（８５次），即这些台站迁移后温度降低（升高） 了，需要将迁移前的序列减去（加上）一定的值（图 ４ｂ）。表３为订正值绝对值的分布。可见，约３３％ 的迁移订正差值超过０．５℃，这些迁移对序列的影 响较明显。 将订正后的７ １４站结果用ＳＮＨＴ方法检验序列 的非均一性，其中３８次是经过订正还存在的非均一 性，还需要进一步订正，而其余４０次是新增的因迁 移造成的非均一性。 ２３７次因迁移造成的非均一点已经订正好１９９ 次，订正均一的比例约为８４％。虽然还存在７８次 因迁移造成的非均一性，但是订正温度差比上一次 的订正温度差小了很多，此次的订正差值绝对值超 过０．５ ｏＣ只有３次，没有超过１ ｏＣ的迁移订正差值， 所以均一性订正效果较好。３８次新检验出来的非 均一性序列主要是由于订正影响了部分检验台站的 参考台站，这说明参考台站建立的序列只能近似为 均一的，难以达到理论上的均一性，参考台站数目越 少，受单站的影响越大，增加参考台站数量可以减少 个别非均一台站的影响。 表３年平均气温订正差值大小及其次数分布 Ｔａｂｌｅ ３ Ａｄｊｕｓｔｅｄ ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ｎａｎｕａｌ ｍｅａｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ 用迁移前后回归系数的差异来表示订正对序列 的影响。由图６可以看出，订正差值较大的台站主 要分布于中国西部，这些地区地形复杂，迁移对台站 数据影响较大，许多台站从高海拔地区迁移到低处， 订正后温度变化趋势明显降低。当然订正后序列趋 势变化大小不仅与迁移前后位置变动的大小有关， 还与迁移发生的时间点以及订正的序列长度关系较 大，迁移之前或者之后序列长度短，对趋势的影响都 较小。 ５结论和讨论 本文在整理原有７５３站逐日观测数据的基础 上，分析了气象台站的迁移状况，讨论了迁移对中国 年平均气温序列均一性的影响，并对迁移造成的非 均一序列进行订正，得到如下主要结论： １）首先将３９个业务代替的台站合并起来，作 为一次迁移考虑，得到７１４站。通过经纬度以及海
