云陽(yáng)國(guó)家氣象站遷站資料對(duì)比分析及均一化檢驗(yàn)

曾 琛，羅烜坤，馬 月，鄭熊蓮，況孟奇，馮小鳳

（1.云陽(yáng)縣氣象局，重慶 云陽(yáng) 404500；2.宜賓市氣象局，四川 宜賓 644000）

云陽(yáng)站自1956年建站以來(lái)，共遷站4次，近2次遷站分別是1974 年、2002 年，1974 年從云陽(yáng)縣南溪鎮(zhèn)農(nóng)場(chǎng)魚塘壩遷至云陽(yáng)縣云陽(yáng)鎮(zhèn)較場(chǎng)壩，2002年從云陽(yáng)縣云陽(yáng)鎮(zhèn)較場(chǎng)壩遷至雙江鎮(zhèn)天宮村三組，故舊站是指云陽(yáng)鎮(zhèn)較場(chǎng)壩觀測(cè)場(chǎng)。氣象臺(tái)站的遷移可能直接影響觀測(cè)記錄的比較性和連續(xù)性，是導(dǎo)致氣候資料序列非均一性的重要因素之一，因此遷站前后資料的對(duì)比分析對(duì)于氣象資料的正確應(yīng)用具有重要意義。對(duì)云陽(yáng)縣氣象站氣溫、降水、風(fēng)、相對(duì)濕度等主要?dú)夂蛞剡M(jìn)行分析，并對(duì)新舊站址的氣溫、相對(duì)濕度進(jìn)行了T 檢驗(yàn)、M—K 檢驗(yàn)，為資料使用者提供參考。

1 觀測(cè)測(cè)站環(huán)境概況及資料選取

1.1 觀測(cè)站基本情況

因三峽庫(kù)區(qū)搬遷較多，參考站選擇較少，綜合考慮本文選擇與云陽(yáng)站氣候較為一致，未遷站的萬(wàn)州（57432）、巫溪（57345）作為參考站點(diǎn)，萬(wàn)州站1 km內(nèi)未被破壞，巫溪站位于山頂，探測(cè)環(huán)境較好，四周無(wú)明顯障礙物，簡(jiǎn)要概況見表1。

1.2 資料的選取

本文資料采用云陽(yáng)舊址1974年—2001年、云陽(yáng)新址2002年—2017年、萬(wàn)州站1974年—2017年、巫溪站1974年—2017年的平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、平均相對(duì)濕度、平均風(fēng)速等資料進(jìn)行對(duì)比分析。采用差值比較、趨勢(shì)分析、T 檢驗(yàn)、MK檢驗(yàn)等統(tǒng)計(jì)方法對(duì)云陽(yáng)遷站前后資料進(jìn)行對(duì)比分析。

2 新舊站址主要?dú)庀笠夭町惙治?/h2>

2.1 新舊站址主要?dú)庀笠啬昶骄鶖?shù)據(jù)分析

氣溫代表大氣的冷熱程度，其變化能夠反映局部地區(qū)環(huán)境的改變或差異。首先對(duì)遷站前后的年氣溫相關(guān)資料對(duì)比分析，由表2 可以看出新站觀測(cè)環(huán)境變化后年平均溫度偏低約0.10℃，年最高溫度偏高0.97℃，年最低溫度偏高約0.27℃。遷站對(duì)年平均溫度值沒(méi)有太大的影響，但使得溫度極值略有偏高。其次亦得到遷站后年平均濕度上升約2%，年平均風(fēng)速下降約0.7 m/s，年降水偏多約79 mm。

表1 遷站前后主要?dú)庀笠啬昶骄鶖?shù)據(jù)對(duì)比Tab.1 The comparison of annual average data of main meteorological elements before and after station relocation

2.2 新舊站址主要?dú)庀笠卦缕骄鶖?shù)據(jù)分析

遷站后，云陽(yáng)站的月平均溫度有高有低，但從數(shù)值上看，并無(wú)明顯的偏高和偏低，均在1℃以內(nèi)。春夏2 季月平均溫度遷站后略低，而秋冬2 季略偏高。而月最高溫度和月最低溫度遷站后整體升高，特別是3 月的平均最高溫度升高近3℃。7月平均相對(duì)濕度比遷站前偏少7%，其余月均偏大；年平均濕度上升2.15%。遷站前年平均風(fēng)速2.0 m/s，遷站后年平均風(fēng)速為1.3 m/s，遷站后年平均風(fēng)速相比遷站前偏小0.7 m/s，云陽(yáng)站遷站后1月—12月，月平均風(fēng)速均比遷站前偏小。

3 云陽(yáng)站與參考站氣象要素趨勢(shì)分析

3.1 氣溫趨勢(shì)分析

據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)資料得知，1974年—2017年，萬(wàn)州、巫溪和云陽(yáng)站的平均溫度整體變化趨勢(shì)基本保持一致，同時(shí)云陽(yáng)遷站前后的年平均溫度均比2 個(gè)參考站低，其中2002 年云陽(yáng)遷站后相比于遷站前與參考站的溫度突然降低，之后又逐漸回升；但氣溫整體保持一致。

從云陽(yáng)站與萬(wàn)州、巫溪站的最高溫度變化數(shù)據(jù)得知，1974 年—1998 年，云陽(yáng)站與萬(wàn)州、巫溪站的最高溫度趨勢(shì)基本一致，總體趨勢(shì)為3個(gè)站的最高溫度隨時(shí)間變化略有升高。1978 年以前，3 個(gè)站點(diǎn)年最低溫度均在0℃以下。1978 年—2017 年，3站的最低溫度變化跌宕起伏，但總體趨勢(shì)穩(wěn)定。

3.2 風(fēng)速趨勢(shì)分析

氣象學(xué)里面定義風(fēng)是由于空氣水平流動(dòng)而形成，地面風(fēng)是指距地面10～12 m 風(fēng)桿上所測(cè)的風(fēng)向、風(fēng)速。在同一天氣形勢(shì)下，地面摩擦是影響地面風(fēng)的主要因子。據(jù)歷年平均風(fēng)速數(shù)據(jù)，云陽(yáng)站、萬(wàn)州站、巫溪站的年平均風(fēng)速呈下降趨勢(shì)。2013 年—2017 年，3 站的風(fēng)速開始有增大趨勢(shì)。而云陽(yáng)站自2002 年遷站后，年平均風(fēng)速基本在1.2 m/s 徘徊趨于穩(wěn)定，而2個(gè)參考站的風(fēng)速有增大趨勢(shì)。

3.3 相對(duì)濕度趨勢(shì)分析

空氣的干濕程度與水汽含量直接相關(guān)，其變化在一定程度上可表征天氣變化。從數(shù)值上看，云陽(yáng)站、巫溪站1974年—2017年年平均相對(duì)濕度有升高趨勢(shì)，而萬(wàn)州站的年平均相對(duì)濕度有下降趨勢(shì)。遷站前云陽(yáng)站的年平均相對(duì)濕度數(shù)值一直介于萬(wàn)州站、巫溪站之間。2002年遷站后云陽(yáng)站的年平均相對(duì)濕度略有升高，與萬(wàn)州站相近。

4 均一化檢驗(yàn)

4.1 云陽(yáng)站遷站前后T檢驗(yàn)

項(xiàng)目中對(duì)云陽(yáng)站1974 年—2017 年的年平均溫度、濕度、雨量等進(jìn)行滑動(dòng)T檢驗(yàn)的分析，在使用這一方法時(shí)，采取滑動(dòng)的辦法連續(xù)設(shè)置基準(zhǔn)點(diǎn)，依次得到計(jì)算統(tǒng)計(jì)量，同時(shí)給定顯著性水平α=0.01。

利用上述方法和Matlab 工具可得知，1974 年—2017 年，云陽(yáng)站的平均溫度、年最高溫度、年最低溫度、T 統(tǒng)計(jì)量均未超出顯著性水平，說(shuō)明云陽(yáng)遷站前后平并突變點(diǎn)。單純從T檢驗(yàn)的結(jié)論來(lái)看，1974 年—2017 年，云陽(yáng)站的年溫度要素相對(duì)穩(wěn)定，遷站并未影響云陽(yáng)站溫度要素的連續(xù)性。1974年—2017年，云陽(yáng)站年平均風(fēng)速和年降水量都未出現(xiàn)突變點(diǎn)，2個(gè)要素的趨勢(shì)相對(duì)穩(wěn)定，并且起伏相對(duì)穩(wěn)定，同時(shí)1974 年—2017年年平均風(fēng)速和年降水量均未出現(xiàn)突變點(diǎn)。

4.2 云陽(yáng)站遷站前后M-K檢驗(yàn)

利用滑動(dòng)T 檢驗(yàn)對(duì)云陽(yáng)站平均溫度進(jìn)行檢驗(yàn)，但T 檢驗(yàn)為單一檢驗(yàn)，存在誤差。為更好地檢驗(yàn)云陽(yáng)站資料的均一性，同時(shí)采用M-K 檢驗(yàn)對(duì)測(cè)站的溫度突變進(jìn)行檢驗(yàn)。M-K檢驗(yàn)假定了隨機(jī)變量的分布，其優(yōu)點(diǎn)是不需要樣本遵從一定的分布，也不受少數(shù)異常值的干擾，更適用于類型變量和順序變量，計(jì)算也比較簡(jiǎn)單。

運(yùn)用M-K 檢驗(yàn)原理和Matlab 工具，對(duì)云陽(yáng)站1973 年和2017 年的氣溫資料進(jìn)行非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，給定顯著性水平α=0.01，那么臨界值±1.9，最后繪制UF、UB這2個(gè)統(tǒng)計(jì)量序列曲線，顯示出云陽(yáng)站平均氣溫在20 世紀(jì)80 年代中期出現(xiàn)突變。同時(shí)，UF 曲線顯現(xiàn)，20 世紀(jì)80 年代中期后，云陽(yáng)站氣溫下降趨勢(shì)明顯。這與馬振鋒等得出的近40 a 西南地區(qū)的氣候變化事實(shí)結(jié)論吻合。從云陽(yáng)站降水量的M-K 曲線得知，UF 曲線在80 年后期出現(xiàn)明顯的減少趨勢(shì)，到20 世紀(jì)初期云陽(yáng)站的年降水量又有了一定的上升。

5 結(jié)語(yǔ)

云陽(yáng)站遷站前后趨勢(shì)基本與參考站（巫溪、萬(wàn)州）趨勢(shì)基本保持一致。只是數(shù)值上，云陽(yáng)遷站后年平均溫度與兩個(gè)參考站相比有所升高趨勢(shì)，并且出現(xiàn)了年平均溫度高于萬(wàn)州站的現(xiàn)象。年最低溫度和最高溫度變化不明顯。

根據(jù)年數(shù)據(jù)分析，云陽(yáng)站遷站后最高溫度、最低溫度略有升高（1℃以內(nèi)），年平均濕度升高2%、年平均降水量增多79 mm，氣壓下降10 hPa。

遷站后云陽(yáng)站月平均溫度有增減變化均在1℃以內(nèi)。春夏季月平均溫度遷站后略低，而秋冬季略偏高。而月最高溫度和月最低溫度遷站后，整體略有升高，特別是3月的平均最高溫度升高近3℃。

云陽(yáng)站的T 檢驗(yàn)可以得到，云陽(yáng)遷站前后主要?dú)庀笠夭o(wú)明顯差異。M-K 檢驗(yàn)說(shuō)明20 世紀(jì)80 年代中期后，云陽(yáng)站氣溫下降趨勢(shì)明顯?？傮w來(lái)看，云陽(yáng)站1974 年—2017 年并未出現(xiàn)氣象要素不連續(xù)的現(xiàn)象。