天长气象观测资料完整性、区域一致性和均一性分析

王德燕 董保华 倪克莹

摘要：由于天长国家一般气象站自1956年建站以来站址变迁位置不大，现址工作年限已达38年，2017年天长站探测环境恶化，亟待搬迁。本文利用和县国家一般气象站和丹徒国家基本气象站作为两个参考站，采用差值比较、线性趋势、相关系数、滑动t检验方法，对天长站1980-2017年的年平均气温、年降水量、年平均相对湿度和年平均风速进行观测资料的完整性、区域一致性和均一性分析。结果表明：天长站现址观测资料序列完整性较好;受气象探测环境变化的影响，1980年后天长站风速区域一致性较差，气温、降水和相对湿度区域一致性较好;天长站现址观测资料序列的均一性较好，探测环境恶化和仪器更换是影响该站现址观测资料均一性的主要原因。

关键词：完整性;一致性;均一性;天长

中图分类号：P416

文獻标识码：A

1资料和方法

本文对天长国家一般气象站1980 2017年期间的平均气温、降水量、平均相对湿度、平均风速（ 2min）的年均值进行序列分析。将其和参考站和县和丹徒1980 2017年的平均气温、降水量、平均相对湿度、平均风速（ 2min）两站平均年值相互比较来分析天长站观测资料序列完整性、区域一致性和均一性分析。

2主要分析

2.1 天长站观测资料序列完整性分析

1956年建站以来观测的平均气温、最高气温、最低气温、降水量、平均相对湿度、平均风速（ 2min）按照月值来统计缺测率及数据缺测年月分布状况，统计结果见表1。

根据表1给出的缺测统计结果，按照表2的标准对各要素的完整性进行分类评估。除了平均风速之外，其他5个要素缺测率均为0，分类结果均属1类，各要素完整性评估结果均为序列完整，因此，认为天长站现址观测资料序列完整性较好。

2.2天长站观测资料序列区域一致性分析

参考站选择标准：参考站与天长站现址距离较近，属于同一气候区;参考站观测资料序列与天长站现址序列平行年代长;参考站周边环境较好，多年来探测环境变化少，拔海高度相差较小。

综合以上3点考虑，在天长站现址周边半径为200km左右范围内，选取丹徒、和县两个县级城市作为参考站，参考站及天长站现址的基本信息见表3。

由表3可见，2个参考站年平均气温较接近，年均降水量非常接近，参考站与天长站现址均处于亚热带季风气候区内;资料长度均达到35年以上，且序列完整性好，同时经过调查参考站周围建筑物较少，多年来探测环境变化不大较稳定;参考站丹徒在被选用的时段内探测环境评分均在80分以上，和县人口城区人口少，县城规模小，城市化影响很小。以上各站基本满足参考站的要求。

为了保证资料一致，以1980年为起始年，终止年一致，因此，各参考站均截取1980 2017年观测资料，将参考站观测资料求平均，形成参考站序列与天长站1980 2017年序列进行对比分析。

2.2.1差值比较

计算天长站年平均气温、年降水量、年平均相对湿度和年平均风速（ 2min）与参考站序列的差值，并分段计算每5年的平均差值和每10年的平均差值（差值=天长站的值一参考站序列的值），比较分析结果如下：

由图1可以看出，天长站与参考站的年平均气温差值均未负值，表示天长站气温小于参考站，差值一般在0.4～0.8之间，大多数差值在-0.6℃左右，与参考站数值差异较大，但差异较为稳定。图2上看，5年平均气温差值维持在-0.5～-0.7℃。图3上看10年平均气温差值在-0.6℃。总体看与参考站存在差异，但差异较为稳定。

由图4～6可以看出，天长站与参考站的年降水量差差值无明显异常，城市化所带来的影响均不明显，但从图6看，10年的差值变化呈现增大的趋势，可以认为天长站与参考站的年降水变化基本一致。

由图7～9可以看出，天长站与参考站的年平均相对湿度差值在一3%一5%之间浮动，1980年到2003年差值总体稳定，2004-2014年振幅略大于之前的振幅。从5年平均相对湿度差值看1995-2009年期间差值略有增大，10年平均相对湿度差值看，2000-2009年期间天长站与参考站差值略有增加。总体而言，天长站与参考站相对湿度较为一致，但2004年以来差值振幅略大，一致性略差。

由图10～12可以看出，天长站与参考站的年平均风速差值从1980-1994年差值在0.1～0.8之间，此后均为负值，表示天长站风速呈减小趋势;且从5年和10年平均风速差值也是由正值转为负值，风速呈现一定的下降趋势。2006年到目前总体较为稳定，基本在-0.5～-0.1。总体与参考站存在一定的差异，且差异不稳定，结论认为天长站现址与参考站的一致性略差。

2.2.2趋势比较

对天长站和参考站年平均气温、年降水量、年平均相对湿度和年平均风速（ 2min）序列分别求取线性趋势，分析结果如下：

2.2.2.1 气温

由图13可知，天长站与参考站气温随时间变化均为上升趋势，增温速率均为0.6℃/lOa，1980年开始天长站与参考站的趋势线偏差基本保持不变，表明1980年起，天长站现址与参考站年平均气温均呈现显著性上升，变化速率基本一致。

2.2.2.2 降水

由图14可知，天长站年降水序列线性趋势平稳，略有减少趋势，1.8mm/lOa，参考站降水也是减少趋势，减少速率为4.3mm/lOa，二者几乎一致。另由于降水具有局地性特点，二者相差非一致性有其合理性，可以认为基本一致。

2.2.2.3相对湿度

由图15可知，天长站与参考站相对湿度随时间变化均为减小趋势，减小速率均为3/lOa（%），表明天长站现址与参考站区域一致性总体趋势基本一致。

2.2.2.4风速

由图16可知，天长站与参考站风速随时间变化均为减小趋势，减小速率分别为0.6/lOa（m/s）、0.3/lOa（m/s），天长站下降速率明显大于参考站，表明天长站受城市化影响更加明显，与参考站区域一致性较差。

2.3天长站观测资料序列均一性分析

对天长站1980-2017年观测的平均气温、降水量、平均相对湿度和平均风速（ 2min）等要素的年值序列进行均一性分析。

按照参考站的选取原则，选取丹徒、和县，并分别计算与天长站的相关系数，序列长度为38，均能通过显著性检验（a=0.001），取两个参考站的平均值作为参考序列。气温和湿度资料，采用差值序列进行检验，降水和风速资料，采用比值序列进行检验。

基于天长站详实的历史沿革记录，挑出迁站、仪器变更、观测时间或统计方法变更、台站环境变化等有记录的时间点（见表4）进行针对性的统计检验，判断在该时间是否存在不连续点。

以表4所列可能引起序列非均一的时间点为假设的断点，应用滑动t检验方法（显著性水平0.05）进行该时间点前后时段的顯著性检验，如检验结果显著，则认为该点是不连续点。

绘制天长站1980年以来观测资料序列均一性检验结果，如图17～20所示。

不均一点：1996年和1999年，因观测场探测环境变化造成。

不均一点：2005年，由人工切换自动造成。

不均一点：2005年，人工切换自动。

不均一点：1996年，探测环境变化。

天长站有4个要素存在不均一点，其中气温不均一点有2个，降水、相对湿度和风速不均一点有1个。造成观测资料不连续的原因有探测环境恶化、台站迁移、仪器换型等。1996年和1999年由于探测环境变化造成了气温资料在该点不均一;1996年由于观测场东面建天长市第一小学，造成气象探测环境破坏，使得风速资料不具有均一性;2005年因人工观测切换为自动观测，可能是降水、相对湿度不具有不均一性的主要原因。

以断点个数的多少反映该站历史均一性的总体状况。对天长站最终保留的不连续点进行统计，根据不连续点数量按表5进行分类，得出分类结果见表6。

均一性总体状况按平均气温、降水量、平均相对湿度、平均风速（ 2min）4个要素的分类情况进行综合分析，若其中两个要素达到3类或4类标准，则认为该台站序列均一性较差;反之，均一性较好。根据表4分类结果，年平均气温、年降水量、年平均相对湿度和年平均风速4个要素均属于2类，连续性较好，因此，综合分析结果认为天长站观测资料序列均一性较好。

3结论

天长站现址观测资料序列完整性较好。

根据差值比较和趋势比较两种方法的分析结果均表明，天长站现址受台站搬迁探测环境影响，1980年后风速区域一致性较差，气温、降水和相对湿度区域一致性较好。

天长站现址观测资料序列的均一性较好，探测环境恶化和仪器更换是影响该站现址观测资料均一性的主要原因。

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作者简介：王德燕（1983-），女，江苏扬州，本科，工程师，研究方向：综合气象观测。