鎮(zhèn)寧臺(tái)站遷移對(duì)氣溫均一性的影響分析

韋 綺 吳哲紅 徐良軍鄭奎束

（1鎮(zhèn)寧自治縣氣象局，貴州鎮(zhèn)寧 561200；2安順市氣象局，貴州安順 561000）

氣候資料序列非均一性檢驗(yàn)和訂正，是近代氣候變化研究的基礎(chǔ)[1]。國(guó)內(nèi)外專家在這方面做了許多研究工作，并取得了重大進(jìn)展[2-5]。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，很多地面觀測(cè)氣象站周邊的探測(cè)環(huán)境被嚴(yán)重破壞，已不能滿足《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》[6]中對(duì)氣象觀測(cè)站周圍環(huán)境的要求，嚴(yán)重影響氣象觀測(cè)記錄的代表性、準(zhǔn)確性、比較性。周建平等[7]分析了臺(tái)站遷移對(duì)平均氣溫序列均一性的影響，結(jié)果表明，950次遷移中有235次遷移前后年平均溫度差異顯著，有237次年平均溫度的均一性受到遷移影響。石 艷等[8]以安順地面觀測(cè)站為例，對(duì)氣溫要素進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)，表明臺(tái)站遷移是對(duì)氣象要素的非均一性影響最大的因素，尤其對(duì)于溫度觀測(cè)序列的均一性帶來的影響非常明顯，這種影響會(huì)對(duì)預(yù)報(bào)服務(wù)工作造成不利影響[9-13]。本文通過對(duì)鎮(zhèn)寧遷站前后10年的氣溫資料進(jìn)行分析，以相關(guān)系數(shù)較大的相似站點(diǎn)作為對(duì)照站，對(duì)近20年的氣溫變化做線性趨勢(shì)、M-K檢驗(yàn)、滑動(dòng)t檢驗(yàn)，以研究臺(tái)站遷移對(duì)氣溫均一性的影響。

1 資料與方法

選取鎮(zhèn)寧臺(tái)站遷移前后10年（2000—2019年）周邊未遷移的10個(gè)站點(diǎn)，根據(jù)鎮(zhèn)寧站遷站前后平均值變化較大的因子分別作遷站前、遷站后及遷站前后20年相關(guān)分析，找出最相似的站點(diǎn)，作為對(duì)照站，分別對(duì)近20年要素的變化做趨勢(shì)分析和突變檢驗(yàn)，利用Excel和DPS統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)[14]，分別采用線性趨勢(shì)分析、滑動(dòng)t檢驗(yàn)和M-K檢驗(yàn)，對(duì)遷站前后變化較大的要素進(jìn)行檢驗(yàn)，進(jìn)而判斷正常的氣候變化和遷站帶來的非均一性虛假氣候變化。鎮(zhèn)寧站與對(duì)照站同時(shí)出現(xiàn)的氣候趨勢(shì)和突變認(rèn)定為氣候變化，對(duì)照站未出現(xiàn)只有鎮(zhèn)寧站在遷站后出現(xiàn)的明顯變化趨勢(shì)和突變我們認(rèn)定為遷站所帶來的非均一性影響。

2 鎮(zhèn)寧臺(tái)站遷移前后情況簡(jiǎn)介及遷站前后氣溫要素比較

鎮(zhèn)寧國(guó)家氣象觀測(cè)站新址于2010年1月1日正式投入業(yè)務(wù)運(yùn)行。遷站后新址的海拔高度略降低20 m左右，分別較偏北和偏西移0.01′，距中心城區(qū)較遠(yuǎn)，四周較為開闊。

整體遷站前后平均氣溫并未發(fā)生明顯變化，遷站后海拔降低了23m，年平均氣溫反而降低了0.1℃，而極端最低氣溫降低了0.8℃；＞30℃高溫日數(shù)和＜0℃低溫日數(shù)明顯高于舊址，分別增加了1.1 d和0.7 d。說明遷站后氣溫變化主要表現(xiàn)在年極端最低氣溫以及高溫和低溫日數(shù)的變化方面，這些變化是真實(shí)的氣候變化還是由于臺(tái)站遷移產(chǎn)生的非均一性的情況，需要做進(jìn)一步分析。

3 對(duì)照站的選取

為分析遷站前后氣溫要素變化情況是否為真實(shí)的氣候變化，選取2000—2019年這20年間鎮(zhèn)寧站周邊未遷過站的10個(gè)站點(diǎn)與鎮(zhèn)寧站在遷站前后進(jìn)行相關(guān)性比較，針對(duì)極端最低氣溫、＞30℃以上日數(shù)、＜0℃以下日數(shù)這3個(gè)氣象要素，選取相關(guān)性最好的站點(diǎn)作為對(duì)照站，分別是六枝站、平壩站、紫云站。

4 鎮(zhèn)寧站和對(duì)照站的氣候變化趨勢(shì)分析

對(duì)突變的檢驗(yàn)最好使用多種方法進(jìn)行比較，指定嚴(yán)格顯著性水平[15]。本文使用最小二乘法線性趨勢(shì)、滑動(dòng)t檢驗(yàn)（n=5）和Mann-Kendall法對(duì)鎮(zhèn)寧站及對(duì)照站進(jìn)行檢驗(yàn)，均設(shè)置95%信度。

4.1 極端最低氣溫變化趨勢(shì)

線性趨勢(shì)表明，鎮(zhèn)寧站近20年極端最低氣溫變化趨勢(shì)與對(duì)照站相反，鎮(zhèn)寧站為降低趨勢(shì)，對(duì)照站一致為升高趨勢(shì)。

由圖1（a）可以看出，鎮(zhèn)寧站M-K趨勢(shì)曲線在2012年之前UF＞0，為明顯升高趨勢(shì)，超過95%信度，2013年左右開始下降，下降趨勢(shì)不明顯，沒有超過信度。滑動(dòng)t檢驗(yàn)表明，2007—2011年均明顯升高，超過信度，之后開始下降。綜合分析表明，鎮(zhèn)寧站在遷站以前極端最低氣溫呈明顯升高趨勢(shì)，遷站后即轉(zhuǎn)為下降趨勢(shì)。

平壩站M-K趨勢(shì)表明，2005—2014年極端最低氣溫UF＞0，一直呈弱的上升趨勢(shì)，但沒有超過信度；滑動(dòng)t檢驗(yàn)表明，2007—2013年均為升高趨勢(shì)，之后略下降，但一直未超過信度。紫云站M-K趨勢(shì)顯示UF持續(xù)＞0，升高趨勢(shì)超過信度，UF和UB在2003年相交，表明2003年之后最低氣溫升高趨勢(shì)突變的可能性大；滑動(dòng)t檢驗(yàn)表明，2007—2013年持續(xù)升高，沒有超過信度，之后略微下降，難以判斷是否出現(xiàn)突變。

六枝站M-K趨勢(shì)曲線與平壩站相似，一直為弱上升趨勢(shì)，未超過信度；滑動(dòng)t檢驗(yàn)表明，2007—2013年為弱上升趨勢(shì)，未超過信度，之后略下降。

綜合M-K檢驗(yàn)、滑動(dòng)t檢驗(yàn)以及鎮(zhèn)寧站及對(duì)照站的線性趨勢(shì)分析，此區(qū)域極端最低氣溫在2007—2013年都為升高趨勢(shì)的可能性大，鎮(zhèn)寧站2010年出現(xiàn)了突變的可能性大，而紫云站是否出現(xiàn)突變難以判斷，只有鎮(zhèn)寧站在遷站后出現(xiàn)了下降趨勢(shì)，其余站并未出現(xiàn)。因此，這有可能是遷站帶來的非氣候性變化。

4.2 ＞30℃變化趨勢(shì)

極端最高氣溫＞30℃日數(shù)代表了出現(xiàn)較高氣溫的概率，線性趨勢(shì)表明，鎮(zhèn)寧站和所有對(duì)照站都為增加的趨勢(shì)。由圖2（a）可知，鎮(zhèn)寧站M-K趨勢(shì)顯示，2001年后UF均＞0，為明顯的增加趨勢(shì)，超過了閾值，而滑動(dòng)t檢驗(yàn)從2010年開始由減少轉(zhuǎn)為增加，超過了閾值，突變點(diǎn)大致在2010年，正是遷站的一年從減少變成了增加，并發(fā)生突變。

紫云站M-K趨勢(shì)表明，2000年后一直為增加的趨勢(shì)，UF超過了閾值并發(fā)生了突變，交點(diǎn)在2000年；滑動(dòng)t檢驗(yàn)從2010年左右開始增加超過閾值，顯示發(fā)生突變，與鎮(zhèn)寧站很相似。

平壩站M-K檢驗(yàn)一直呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，2001年和2008年分別有1個(gè)交點(diǎn)，判斷突變較為勉強(qiáng)；而滑動(dòng)t檢驗(yàn)顯示2007—2013年＜0，沒有超過閾值，因而平壩站的趨勢(shì)不易判斷。六枝站M-K檢驗(yàn)呈現(xiàn)持續(xù)增加的趨勢(shì)，接近信度，但未超過；滑動(dòng)t檢驗(yàn)顯示2008—2011年一直＜0，沒有超過閾值。

綜合線性趨勢(shì)、M-K檢驗(yàn)、滑動(dòng)t檢驗(yàn)，2010年以后＞30℃日數(shù)增加趨勢(shì)比較可信，而造成這種變化趨勢(shì)更大的原因可能是氣候變化。

4.3 ＜0℃日數(shù)變化趨勢(shì)

極端最低氣溫＜0℃日數(shù)表示出現(xiàn)低溫的概率，線性趨勢(shì)表明，鎮(zhèn)寧站近20年為弱增加趨勢(shì)，而對(duì)照站均為弱減少趨勢(shì)。鎮(zhèn)寧站M-K檢驗(yàn)：2009—2010年之后增加但不顯著，UF均＞0，但沒有突破閾值；滑動(dòng)t檢驗(yàn)也顯示在2012年左右增加但沒有超過閾值，因而判斷未發(fā)生突變，見圖 3（a）、（b）。

紫云站M-K檢驗(yàn)顯示在此20年之間UF在0值上下波動(dòng)較為頻繁但沒有超過閾值，顯示沒有明顯的增加或減少趨勢(shì)，也沒有突變，滑動(dòng)t檢驗(yàn)顯示，2012年左右逐步增加但未超過閾值，判斷未發(fā)生突變。

平壩站M-K檢驗(yàn)顯示，2004—2018年UF均＞0，在2012年UF達(dá)到閾值，顯示增加的趨勢(shì)達(dá)到了信度，起始點(diǎn)大約在2001年，2018年以后UF＜0，顯示低溫日數(shù)開始減少；滑動(dòng)t檢驗(yàn)也表明，2011年由減少開始增加，并在2013—2014年超過閾值，判斷出現(xiàn)了突變。因此，平壩站2012年以后明顯增加的趨勢(shì)較為可信。六枝站M-K檢驗(yàn)與紫云站類似，同樣在0值附近沒有超過閾值，顯示沒有明顯的變化，也沒有突變；滑動(dòng)t檢驗(yàn)顯示2012年以后＞0但未達(dá)信度，判斷低溫日數(shù)增加但未突變。

綜合分析：＜0℃日數(shù)在此區(qū)域比較可信的變化是鎮(zhèn)寧站和對(duì)照站2012年以后都有從減少到增加的趨勢(shì)，平壩站可以判斷增加趨勢(shì)較為明顯，出現(xiàn)了突變；盡管鎮(zhèn)寧站和對(duì)照站線性趨勢(shì)相反，然而MK檢驗(yàn)和滑動(dòng)t檢驗(yàn)的結(jié)果表明，有可能遷站后低溫日數(shù)的變化趨勢(shì)發(fā)生變化是真實(shí)的氣候變化。

5 結(jié)語(yǔ)

鎮(zhèn)寧遷站給極端最低氣溫帶來了真實(shí)氣候變化以外的非均一性變化，但＞30℃日數(shù)和＜0℃日數(shù)的變化卻有可能是真實(shí)的區(qū)域性氣候變化。

遷站帶來的氣象要素非均一性非常復(fù)雜，遷站要謹(jǐn)慎，做好對(duì)比觀測(cè)，盡量保留城市站，以便保持氣象要素的延續(xù)性，避免在氣候變化研究中出現(xiàn)偏差。

綜上所述，應(yīng)該加大觀測(cè)臺(tái)站環(huán)境保護(hù)，盡力避免頻繁搬遷。確需搬遷的話，建議在原址盡力保留自動(dòng)站，以保證氣象要素的延續(xù)性。