山东观测资料均一性检验初探-中国气象局国家气候中心任国玉课题组.doc

山东省观测资料均一性检验初探 高理1 史茜2 高凤娇3 （1山东省气候中心 济南 250031; 2山东省气象台 济南 250031 3山东省气象信息中心 济南 250031） Pettitt test SNHT方法 引言 气候变化研究的基础是均一性的长序列数据，然而由于仪器变动、站址迁移、观测方法改变，常会使序列数据产生非均一。国外许多气候学家在研究判断非均一的方法并应用于具体气候数据方面做了大量工作【1～3、5】，取得了重要进展。我国气候学工作者近年来在降水、气温、探空资料的均一性检验方面也做过一些探讨【8-9】。 气象台站历史沿革档案，是分析、研究非气候因素所产生的气候资料序列非均一性的重要背景信息，是研究人员检验订正气候资料序列的重要参考依据。为此,世界气象组织(WMO)和许多国家都十分重视气象台站历史沿革信息的收集、存档和利用,并成为国际间气象数据交换所必须提供的元数据重要内容之一【7】。 台站资料时间序列的变化可能是由于迁站、仪器更换等原因引起的不均一，但也可能是局地气候的一个突变。为了把这两者分离，建立待检序列与参考站序列的差值和比值序列来滤去局地气候变化，在此基础上应用参考站检验法，检验序列是否均一。目前，常采用SNHT、Buishand range test、Pettitt test、Von Neumann ratio1.1 SNHT(Standard normal homogeneity test)方法 （1） 其中，， 为第1至n年的序列，为n年的平均值，s为标准差。根据式（1）可计算出检验统计量序列，为该序列的最大值，，当大于某临界值水平，则该序列为该水平上的非均一。临界值与序列长度有关，表1给出SNHT方法的临界值。 表1 SNHT方法-序列长度n，置信水平分别为1%、5%的临界值 n 20 30 40 50 70 100 1% 9.56 10.45 11.01 11.38 11.89 12.32 5% 6.95 7.65 8.1 8.45 8.8 9.15 1.2 Buishand range test方法 表2给出了统计量的临界值。 表2 Buishand range test方法-序列长度n，置信水平分别为1%、5%的临界值 n 20 30 40 50 70 100 1% 1.60 1.70 1.74 1.78 1.81 1.86 5% 1.43 1.50 1.53 1.55 1.59 1.62 1.3 Pettitt test方法 其中，是的秩序列， 若在第E年发生突变，那么统计量在第E年前后出现最大（小）值。表3给出了的临界值。 表3 Pettitt test方法-序列长度n，置信水平分别为1%、5%的临界值 n 20 30 40 50 70 100 1% 71 133 208 293 488 841 5% 57 107 167 235 393 677 1.4 Von Neumann ratio方法 统计量N的临界值如表4所示。 表4 Von Neumann ratio方法-序列长度n，置信水平分别为1%、5%的临界值 n 20 30 40 50 70 100 1% 1.04 1.2 1.29 1.36 1.45 1.54 5% 1.3 1.42 1.49 1.54 1.61 1.67 2 台站资料检验过程 利用全省123站建站～2007年的平均气温和降水量的逐日资料进行筛选，选取1963～2007年资料连续的49个站点，先后进行平均气温、降水量的均一性检验。 首先，对所选定的49站的逐日平均气温分别进行4种方法的检验，以济南站为例，计算出4种方法的统计量，对其作图分析，本文采取1%置信水平的临界值，判断济南站是否通过检验。 图1 济南站平均气温三种方法的均一性检验图（虚线为1%置信水平，点线为5%置信水平，图a、b、c分别为SNHT、Buishand range test、Pettitt test方法） SNHT、Buishand range test、Pettitt testVon Neumann ratio方法计算得出统计量为0.68，查表4得知，该方法通过均一性检验。据J.B.WIJNGAARD研究[4]，四种方法全通过或通过3种的台站资料可用，通过2种的为可疑，通过1种或全部没通过的为不可信。本文取通过3种及以上方法的为通过均一性检验台站。根据台站沿革资料查知，济南站于1999年从无影山迁至济南南郊龟山，前两种方法中，统计序列的最大值均出现在1999年附近，可知很可能受迁站影响，济南站平均气温资料具有不均一性。 对49站的平均气温检验