周建平，孫照渤，倪東鴻，李忠賢

(氣象災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(南京信息工程大學(xué))，江蘇南京210044)

0 引言

如果一個(gè)測(cè)站的氣象記錄序列僅僅是氣候變化的反映，那么這樣的資料就是均一的(屠其璞等，1984)。均一性的氣溫序列是研究氣候變率和變化趨勢(shì)的基礎(chǔ)，然而在實(shí)際上，除了觀測(cè)等不可避免的誤差以外，影響均一性的主要原因還包括臺(tái)站遷移、觀測(cè)儀器和安裝方法的更新以及觀測(cè)時(shí)制的改變等。中國(guó)的大量臺(tái)站都發(fā)生了遷移，從而影響了所測(cè)資料的均一性，使得研究結(jié)果不能正確反映氣候的變化趨勢(shì)。因此，有必要研究中國(guó)臺(tái)站遷移對(duì)臺(tái)站數(shù)據(jù)均一性的影響。

自20世紀(jì)80年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多氣候?qū)W家在資料非均一性判斷方法及其訂正方面做了大量研究工作。Hawkins(1977)從統(tǒng)計(jì)角度提出了標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)檢驗(yàn)(standard normal homogeneity test，SNHT)方法;Alexandersson(1986)、Alexandersson and Moberg(1997)改進(jìn)發(fā)展了該方法，并應(yīng)用到氣象序列的均一性檢驗(yàn)中，提出參考臺(tái)站相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.8時(shí)檢驗(yàn)效果較好，并對(duì)瑞典觀測(cè)數(shù)據(jù)的均一性檢驗(yàn)做了許多開(kāi)創(chuàng)性的工作。屠其璞等(1984)、么枕生和丁裕國(guó)(1990)較早開(kāi)展了序列訂正方法的研究。宋超輝等(1995)、宋超輝和孫安健(1995)研究了氣溫序列非均一性檢驗(yàn)的3種方法和訂正的4種方法，認(rèn)為逐步多元線性回歸對(duì)序列的訂正效果較好。李慶祥等(2003)系統(tǒng)研究了定點(diǎn)觀測(cè)均一性檢驗(yàn)方法和國(guó)外此類工作的開(kāi)展情況。吳增祥(2005)研究了中國(guó)氣象臺(tái)站歷史沿革資料，并分析了其對(duì)觀測(cè)資料均一性的影響，認(rèn)為臺(tái)站遷移對(duì)觀測(cè)記錄均一性的影響最大。此外，許多氣象學(xué)者對(duì)某個(gè)地區(qū)、省份或單個(gè)臺(tái)站遷移對(duì)各種要素均一性的影響進(jìn)行了有益探討(劉小寧，2000;高曉榮等，2008;江志紅等，2008;田紅等，2008;王鈺和黃少平，2008;張弦等，2009;李慶祥等，2010;李祥余等，2010)。

不同于單個(gè)臺(tái)站的分析，要整體上討論中國(guó)大量測(cè)站觀測(cè)數(shù)據(jù)的均一性是一個(gè)非常復(fù)雜的工作。一方面是檢驗(yàn)的準(zhǔn)確性問(wèn)題;另一方面由于缺乏臺(tái)站歷史沿革資料(元數(shù)據(jù))以及臺(tái)站數(shù)量眾多，所以分析破壞均一性的因素比較困難。因此，本文主要分析中國(guó)臺(tái)站的遷移狀況以及年平均溫度、年平均最高溫度和年平均最低溫度序列的均一性，以研究臺(tái)站遷移對(duì)溫度序列均一性的影響。

1 資料和方法

采用中國(guó)國(guó)家氣象信息中心整編的中國(guó)753個(gè)地面觀測(cè)站的數(shù)據(jù)，針對(duì)1951年1月1日—2010年12月31日的逐日氣溫?cái)?shù)據(jù)，按照氣候統(tǒng)計(jì)規(guī)范構(gòu)造每個(gè)站點(diǎn)月平均溫度、年平均溫度、平均最高溫度、平均最低溫度序列。在中國(guó)由于臺(tái)站的改制或撤銷，存在許多業(yè)務(wù)代替的臺(tái)站，一般這些代替的臺(tái)站距離并不遠(yuǎn)，所以將兩站數(shù)據(jù)合并，前后可以作為一次遷移考慮。根據(jù)臺(tái)站代替記錄和數(shù)據(jù)的起止時(shí)間，取合并后的臺(tái)站號(hào)和經(jīng)緯度作為這一序列的臺(tái)站號(hào)和經(jīng)緯度，如54714德州站1995年業(yè)務(wù)由54715陵縣代替，將兩個(gè)序列合并后，取臺(tái)站號(hào)為54715。將753站共計(jì)39次臺(tái)站代替的數(shù)據(jù)序列進(jìn)行合并，最后得714站(圖1a)。序列的長(zhǎng)度并不一致，超過(guò)50 a的臺(tái)站有621站，55 a以上的臺(tái)站超過(guò)一半。20世紀(jì)50年代是臺(tái)站數(shù)量飛速發(fā)展的時(shí)期，由1951年不足148站快速增長(zhǎng)到1960年648站(圖1b)，此后隨著部分臺(tái)站的改制或撤銷以及一些臺(tái)站的新建，逐年略微有所增減。

遷移在中國(guó)的臺(tái)站中普遍存在，但由于缺乏元數(shù)據(jù)，本文通過(guò)原始逐日數(shù)據(jù)——經(jīng)緯度的一致性來(lái)確定是否有遷移。在某一日該站的經(jīng)緯度與前一天不一致時(shí)，則認(rèn)為該站在該日有遷移的可能性。為了去除錯(cuò)誤的經(jīng)緯度記錄和部分短期代替的數(shù)據(jù)，作如下處理:如果在新的經(jīng)緯度上記錄超過(guò)一年，則記為一次遷移，并通過(guò)經(jīng)緯度換算遷移的空間距離;否則不記為遷移。

圖1 中國(guó)714站臺(tái)站分布(a)和1951—2010年逐年臺(tái)站數(shù)分布(b)Fig．1 (a)Distribution of 714 stations in China and(b)the station number from 1951 to 2010

通過(guò)上述標(biāo)準(zhǔn)確定的臺(tái)站遷移主要包括以下幾種情況:1)臺(tái)站位置有遷移，即從一個(gè)地點(diǎn)遷移至另一個(gè)地點(diǎn);2)因觀測(cè)任務(wù)變動(dòng)，將兩個(gè)區(qū)站號(hào)相互更換;3)前述提到的業(yè)務(wù)代替;4)臺(tái)站經(jīng)緯度可能因測(cè)量方法或查算方法不同或者錯(cuò)誤記錄而存在的變動(dòng)。4種情況中，前3種均可能造成資料的非均一性;而第四種情況是記錄錯(cuò)誤，并沒(méi)有臺(tái)站遷移，對(duì)觀測(cè)資料的均一性沒(méi)有影響，設(shè)置遷移應(yīng)長(zhǎng)于一年的規(guī)定后，已盡可能地減少了這種情況的發(fā)生。這里確定的遷移有可能在實(shí)際情況中臺(tái)站并沒(méi)有搬遷;為了方便敘述，所有情況均統(tǒng)稱作為臺(tái)站遷移。

目前已發(fā)展了多種均一性的檢驗(yàn)方法。本文研究遷移對(duì)臺(tái)站溫度序列的影響，由于溫度序列可以通過(guò)經(jīng)緯度的變動(dòng)來(lái)確定變化發(fā)生的時(shí)間點(diǎn)，所以較容易通過(guò)t檢驗(yàn)來(lái)確定遷移前后溫度的變化特點(diǎn);因?yàn)樾蛄虚L(zhǎng)度的不一致，采用完整的t檢驗(yàn)公式(魏鳳英，2007):

因?yàn)閠檢驗(yàn)是單站檢驗(yàn)，其實(shí)質(zhì)上是檢驗(yàn)一點(diǎn)前后平均值的變化;而溫度序列中也包含了氣候變化趨勢(shì)，所以檢驗(yàn)的結(jié)果可能表明氣候發(fā)生了突變。因此，均一性檢驗(yàn)僅僅做單站檢驗(yàn)是不夠的，所以本文采用均一性檢驗(yàn)中廣泛應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)檢驗(yàn)(SNHT)方法(Alexandersson，1986;Alexandersson and Moberg，1997)。檢驗(yàn)?zāi)昶骄鶞囟鹊贸龅牟贿B續(xù)點(diǎn)，與臺(tái)站的遷移點(diǎn)作比較，以評(píng)估臺(tái)站遷移對(duì)平均溫度的影響。該方法的核心是建立一個(gè)相對(duì)均一的參考序列，然后將它和檢驗(yàn)序列做比值或者差值對(duì)比，以檢驗(yàn)序列的均一性。由于年平均溫度分布近似遵從正態(tài)分布，所以本文檢驗(yàn)所有臺(tái)站。

本文檢驗(yàn)溫度，利用差值法(Alexandersson and Moberg，1997)建立序列:

式中:Yi為待檢臺(tái)站的溫度序列;Xji(j=1，2，…，5)為5個(gè)參考臺(tái)站的參考序列;采用相關(guān)系數(shù)ρ的平方作為加權(quán)因子;為了減少序列的差異，建立序列時(shí)候采用距平值。對(duì)Q進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，得到待檢序列Zi，使得 ˉZ=0，σZ=1，即使其近似服從 N(0，1)分布:

max大于閾值則認(rèn)為該點(diǎn)為序列的不連續(xù)點(diǎn)，再將序列分段檢驗(yàn)，直至序列長(zhǎng)度小于10 a止。通過(guò)SNHT檢驗(yàn)確定序列的斷點(diǎn)，將其與確定的遷移點(diǎn)及其t檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行核對(duì)，以確定中國(guó)臺(tái)站遷移對(duì)中國(guó)氣溫序列的影響。

Alexandersson and Moberg(1997)也提供了序列的訂正方法，如果序列在a點(diǎn)斷裂，則:

SNHT檢驗(yàn)關(guān)鍵是選擇參考臺(tái)站建立檢驗(yàn)序列。本文主要從距離最近的15個(gè)包含待檢序列長(zhǎng)度的臺(tái)站中選擇相關(guān)系數(shù)較高的5個(gè)臺(tái)站作為參考臺(tái)站。由圖1b可以看出，1955年以前的臺(tái)站稀少，選擇參考臺(tái)站較為困難。因此，本文主要檢驗(yàn)1955—2010年的臺(tái)站遷移對(duì)溫度均一性的影響;1955年以前的遷移主要采用t檢驗(yàn)并根據(jù)遷移前后平均溫度有無(wú)顯著差異來(lái)判斷序列的均一性。受氣溫年際變化和參考臺(tái)站的影響，如果不是變化較明顯，SNHT檢驗(yàn)不一定能將不連續(xù)點(diǎn)準(zhǔn)確地定位在遷移點(diǎn)上，所以如果不連續(xù)點(diǎn)在該站遷移前后的3 a內(nèi)，則認(rèn)為此點(diǎn)是由遷移造成的，序列在遷移前后是不均一的。

2 臺(tái)站遷移對(duì)資料的影響

2.1 遷移狀況

由通過(guò)經(jīng)緯度差異方法確定臺(tái)站遷移的結(jié)果來(lái)看:近60 a的714站中，共有950次遷移;完全沒(méi)有遷移的臺(tái)站只有148站(約占21%)，304站有1次遷移，遷移2次及以上的有262站，部分臺(tái)站甚至有5～7次遷移，可見(jiàn)大多數(shù)臺(tái)站都有過(guò)遷移。由圖2可見(jiàn)，1960年前后和1980年前后發(fā)生的遷移較多，這主要是由于中國(guó)臺(tái)站建立的完善和行政管理等方面的原因;1990年以后，臺(tái)站發(fā)生的遷移較少，這主要因?yàn)榕_(tái)站環(huán)境得到法律法規(guī)保護(hù)，臺(tái)站遷移受到嚴(yán)格控制，但由于城市規(guī)劃或臺(tái)站處于城市中間而不再適合作為觀測(cè)臺(tái)站，所以有許多臺(tái)站發(fā)生了遷移，而且大多數(shù)臺(tái)站級(jí)別沿革、撤銷、新建、業(yè)務(wù)代替等也大多發(fā)生在這一時(shí)期，對(duì)數(shù)據(jù)的影響也比以前的遷移要大。950次遷移中601次遷移的水平距離在10 km內(nèi)，192次遷移的水平距離超過(guò)20 km;950次遷移中有533次遷移的海拔高度沒(méi)有變化，713次遷移的高度差低于10 m，93次遷移的高度差超過(guò)50 m;249次遷移距離超過(guò)20 km或(和)海拔高度相差超過(guò)50 m，中國(guó)臺(tái)站遷移明顯。

圖2 1952—2008年臺(tái)站遷移次數(shù)的逐年變化Fig．2 Yearly variation of the station relocation times from 1952 to 2008

2.2 遷移前后溫度的變化特點(diǎn)

t檢驗(yàn)實(shí)質(zhì)上是對(duì)遷移前后均值變化的一種檢驗(yàn)。分別對(duì)950次遷移的年平均溫度、年平均最高溫度、年平均最低溫度進(jìn)行檢驗(yàn)，t值大于臨界值的臺(tái)站數(shù)如表1所示。從臺(tái)站數(shù)和次數(shù)上來(lái)說(shuō)，遷移對(duì)最低溫度影響最大，其次是平均溫度，對(duì)最高溫度的影響最小。遷移前后平均溫度增加約0.56℃，總體上來(lái)說(shuō)遷移后是變暖的，遷移后溫度減少的臺(tái)站相對(duì)較少。這也說(shuō)明臺(tái)站遷移與增溫評(píng)估存在一定關(guān)系。

表1 950次遷移的t檢驗(yàn)結(jié)果Table 1 The t-test results for 950 times station relocation

圖3為臺(tái)站遷移前后年平均溫度、年平均最高氣溫、年平均最低氣溫顯著變化的臺(tái)站?？梢?jiàn):遷移后年平均溫度減少的臺(tái)站大多分布在中國(guó)西南部;遷移后年平均最高氣溫減少的臺(tái)站多一些，主要分布在中國(guó)西南、華南和西北地區(qū)東部;遷移后年平均最低氣溫未通過(guò)t檢驗(yàn)的臺(tái)站數(shù)大大增加，這與日最低溫度的時(shí)間分布和空間分布有較大關(guān)系。值得注意的是，臺(tái)站遷移對(duì)平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫的影響存在差異，如漠河站1997年有一次較大的遷移，年平均氣溫遷移后只增加了0.04℃(沒(méi)有通過(guò)顯著性檢驗(yàn))，而年平均最高氣溫和年平均最低氣溫的前后變化卻較顯著，但是它們的變化卻是相反的，遷移后14 a年平均最高氣溫較遷移前平均增加了0.9℃，年平均最低溫度減少了0.85℃。這反映出臺(tái)站遷移前后環(huán)境變化對(duì)不同時(shí)段溫度變化影響的不一致性。有些臺(tái)站主要因海拔高度發(fā)生較大改變而產(chǎn)生了較大變化，如五臺(tái)山站(53588)1998年從山頂遷移到山腳，海拔高度減少了687.5 m，平均溫度增加了5.74℃，最高溫度增加了6.35℃，最低溫度增加了5.37℃。如果這些臺(tái)站的溫度數(shù)據(jù)不經(jīng)過(guò)訂正而使用，在氣候趨勢(shì)研究中是沒(méi)有意義的。

在影響遷移前后溫度變化的因子中，海拔高度差無(wú)疑是最重要的。235次遷移的年平均溫度差與海拔高度差的相關(guān)系數(shù)達(dá)－0.85，即海拔高度減少后，溫度升高;而與水平距離的相關(guān)系數(shù)只有0.22，如果考慮到南北遷移對(duì)溫度升降的差異性后，其相關(guān)系數(shù)可增加到0.38。所以，遷移的海拔高度差是考慮遷移前后年平均溫度變化的一個(gè)主要因素，但是遷移還不能僅僅從水平和垂直距離上考慮，有時(shí)需要考慮遷移前后臺(tái)站周圍的地理環(huán)境變動(dòng)，是市區(qū)還是郊區(qū)等，因?yàn)檫@些變動(dòng)僅僅通過(guò)空間位置數(shù)據(jù)是不能反映出來(lái)的。

對(duì)于年平均溫度來(lái)說(shuō)，950次遷移前后溫度平均增加了0.21℃，其中641次遷移后平均溫度是升高的，差異明顯的235次遷移在遷移后平均增溫約0.56℃。如果t值很高，表明遷移前后溫度差值較大，據(jù)此就能直接判斷出溫度序列的不均一性。但是大多數(shù)臺(tái)站的t值接近于臨界值，由于氣候序列中包含了氣候變化趨勢(shì)，加上臺(tái)站周圍環(huán)境如城市化等緩慢變化的作用也包含于序列變化之中，序列均一性的直接判斷就有部分困難，所以要作鄰站對(duì)比的檢驗(yàn)，將氣候趨勢(shì)變化剔除出來(lái)。

圖3 年平均氣溫(a)、年平均最高氣溫(b)和年平均最低氣溫(c)遷移前后差異顯著(t檢驗(yàn))的臺(tái)站以及溫度平均差值分布(單位:℃;方框表示遷移后溫度降低，實(shí)點(diǎn)表示遷移后溫度升高)Fig．3 Stations with significant temperature differences caused by station relocation and their differences(units:℃;panes(solid points)denote the temperature decreasing(increasing)after station relocation)a．a(chǎn)nnual mean temperature;b．a(chǎn)nnual mean maximum temperature;c．a(chǎn)nnual mean minimum temperature

3 平均溫度的均一性檢驗(yàn)

通過(guò)公式(4)中Tsmax來(lái)檢驗(yàn)每個(gè)臺(tái)站的溫度序列。以七角井站(51495)為例說(shuō)明SNHT檢驗(yàn)過(guò)程及訂正結(jié)果分析(圖4)。從經(jīng)緯度上來(lái)說(shuō)，共有3次遷移，分別在1955、1962、1998年，前兩次遷移距離較小，只有1 km左右，而1998年遷移距離約為30 km，海拔高度降低了83 m，該站的年平均溫度序列如圖4a所示，遷移后12 a的平均溫度較遷移前平均增加了約3℃，有一個(gè)非常明顯的突變。選定52418、51777、52203、51156、51573 站作為參考臺(tái)站(最遠(yuǎn)距離約為600 km)，5個(gè)參考臺(tái)站與七角井站(51495)年平均溫度的相關(guān)系數(shù)均超過(guò)0.78。通過(guò)差值法建立逐年Q值(圖4c)、Ts值(圖4e)，可以看出，1998年有一個(gè)突變點(diǎn)，Tsmax值達(dá)到50.8，遠(yuǎn)超過(guò)閾值8.6。分別檢驗(yàn)1955—1997年和1998—2010年序列，未發(fā)現(xiàn)不連續(xù)點(diǎn)。七角井站1998年的遷移造成了序列的非均一性，通過(guò)公式(5)確定的訂正值約為2.15℃，訂正1955—1997年的溫度，如圖4b所示。經(jīng)檢驗(yàn)，訂正后該序列不存在不連續(xù)點(diǎn)，表明它是均一的。

經(jīng)過(guò)SNHT檢驗(yàn)，有632站檢驗(yàn)序列與參考序列相關(guān)系數(shù)超過(guò)0.8，相關(guān)度較好。年平均溫度序列完全均一的臺(tái)站只有172站，而其余的542站有可疑的不連續(xù)點(diǎn)884個(gè)，但是有174個(gè)可疑點(diǎn)距離起始點(diǎn)較近(在3 a內(nèi))，203次檢驗(yàn)的Tsmax與閾值差值小于2。也就是說(shuō)，如果改變信度的話，會(huì)影響均一性判斷的結(jié)果，加上參考臺(tái)站等不確定因素，如果不連續(xù)點(diǎn)前后有臺(tái)站的遷移，則認(rèn)為此不連續(xù)點(diǎn)是遷移造成的，是不均一點(diǎn)。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)，有237個(gè)不連續(xù)點(diǎn)是遷移造成的，將1955年以前t檢驗(yàn)的4次遷移計(jì)入結(jié)果內(nèi)，1951—2010年遷移造成的序列不均一點(diǎn)個(gè)數(shù)如圖5所示。將臺(tái)站遷移時(shí)間(圖2)與非均一點(diǎn)所處時(shí)間進(jìn)行逐一比較可以發(fā)現(xiàn)，1960年前后、1980年前后不均一點(diǎn)的兩個(gè)峰值與遷移頻繁年份較吻合，這兩段時(shí)期的非均一點(diǎn)較多，主要是由遷移較多引起的。而2000年以后臺(tái)站遷移雖然相對(duì)較少，但是非均一點(diǎn)占遷移次數(shù)的比例卻明顯增高，說(shuō)明該時(shí)期臺(tái)站遷移對(duì)數(shù)據(jù)均一性影響要大。

圖 4 七角井站訂正前(a，c，e)、后(b，d，f)年平均溫度序列(a，b;單位:℃)、Q 值(c，d)、Ts序列(e，f)Fig．4 (a，b)Annual mean temperature(℃)，(c，d)Q and(e，f)Ts(a，c，e)before and(b，d，f)after adjusting at Qijiaojing station

圖5 1951—2010年平均溫度非均一點(diǎn)個(gè)數(shù)的逐年變化Fig．5 Yearly variation of number of inhomogeneity points for annual mean temperature from 1951 to 2010

將SNHT檢驗(yàn)的非均一點(diǎn)與遷移t檢驗(yàn)結(jié)果作對(duì)比發(fā)現(xiàn)，237次非均一點(diǎn)與t檢驗(yàn)235次遷移造成的前后平均溫度有顯著差異的次數(shù)差不多，其中有99次遷移造成了遷移前后的溫度差值非常明顯(平均約0.71℃)。也就是說(shuō)，這99次遷移前后平均溫度差異顯著，而且序列是非均一的，而其他138次遷移，盡管遷移前后的溫度差異并不顯著，但是同樣造成了序列的非均一性。

溫度在不同的時(shí)間尺度上都有不同的變化，日最高、最低氣溫反映的是一天的溫度變化范圍，而隨著太陽(yáng)輻射的季節(jié)變化，月平均溫度也有差異，而遷移對(duì)不同時(shí)間段的溫度序列均一性影響的差異也值得研究。分別以1、4、7、10月作為代表月份和以年平均最高、最低氣溫代表不同時(shí)段的溫度，檢驗(yàn)均一性對(duì)溫度變化的影響(表2)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，各月可疑點(diǎn)和遷移造成的非均一點(diǎn)都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于年平均溫度。以1月為例，可疑點(diǎn)不連續(xù)點(diǎn)有449個(gè)，約為平均溫度可疑點(diǎn)數(shù)的一半，遷移造成的非均一點(diǎn)有149個(gè)，這其中有112個(gè)與年平均溫度是一致的。4、7、10月可疑點(diǎn)和遷移造成的非均一點(diǎn)均有所增加，但是與年平均氣溫一致的遷移次數(shù)相差不大，約有70%與年平均氣溫是一致的，即這些遷移在月時(shí)間尺度上造成了序列的非均一性，在年尺度上也是非均一的。當(dāng)然，遷移對(duì)不同月份溫度的影響存在差異，而年平均溫度是否均一則是12個(gè)月綜合作用的結(jié)果。

表2 不同溫度序列的均一性檢驗(yàn)及其與年平均溫度非均一點(diǎn)的關(guān)系Table 2 The homogeneity test of different temperature series and their relations to inhomogeneity points of annual mean temperature 個(gè)

年平均最高氣溫與年平均氣溫相比，遷移對(duì)其影響要稍微小一點(diǎn)。年平均最高氣溫有688個(gè)可疑的不連續(xù)點(diǎn)，少于年平均氣溫，有196次是遷移造成的，其中114次和年平均溫度一致，是由同一次遷移造成的。遷移對(duì)年平均最低氣溫的非均一性影響比年平均氣溫要大。遷移對(duì)其造成的非均一點(diǎn)達(dá)到最多(266個(gè))，其中與年平均溫度的237個(gè)非均一點(diǎn)有161次是同一次遷移造成的。從遷移造成的非均一點(diǎn)也可以看出，遷移對(duì)年平均最低溫度的影響最大，其次是年平均氣溫，對(duì)年平均最高氣溫影響較小，這與t檢驗(yàn)的結(jié)果是一致的。

4 非均一年平均溫度訂正

訂正是將一個(gè)非均一的序列訂正為盡可能滿足均一條件的序列。年平均溫度序列有204站共計(jì)237個(gè)非均一點(diǎn)需要訂正，用訂正差值對(duì)遷移前的序列加以訂正。圖4b為七角井站訂正后的溫度序列，1998年以前的訂正差值為2.15℃，少于遷移后的溫度差值3℃，這說(shuō)明該訂正方法考慮了氣候變化的因素。但是統(tǒng)一增加同一個(gè)訂正值是否合適，還需檢驗(yàn)訂正結(jié)果。

237次遷移的平均訂正值小于(大于)0的有152次(85次)，即這些臺(tái)站遷移后溫度降低(升高)了，需要將遷移前的序列減去(加上)一定的值(圖4b)。表3為訂正值絕對(duì)值的分布?？梢?jiàn)，約33%的遷移訂正差值超過(guò)0.5℃，這些遷移對(duì)序列的影響較明顯。

將訂正后的714站結(jié)果用SNHT方法檢驗(yàn)序列的均一性。經(jīng)檢驗(yàn)，還存在72站78次因遷移造成的非均一性，其中38次是經(jīng)過(guò)訂正還存在的非均一性，還需要進(jìn)一步訂正，而其余40次是新增的因遷移造成的非均一性。

237次因遷移造成的非均一點(diǎn)已經(jīng)訂正好199次，訂正均一的比例約為84%。雖然還存在78次因遷移造成的非均一性，但是訂正溫度差比上一次的訂正溫度差小了很多，此次的訂正差值絕對(duì)值超過(guò)0.5℃只有3次，沒(méi)有超過(guò)1℃的遷移訂正差值，所以均一性訂正效果較好。38次新檢驗(yàn)出來(lái)的非均一性序列主要是由于訂正影響了部分檢驗(yàn)臺(tái)站的參考臺(tái)站，這說(shuō)明參考臺(tái)站建立的序列只能近似為均一的，難以達(dá)到理論上的均一性，參考臺(tái)站數(shù)目越少，受單站的影響越大，增加參考臺(tái)站數(shù)量可以減少個(gè)別非均一臺(tái)站的影響。

表3 年平均氣溫訂正差值大小及其次數(shù)分布Table 3 Adjusted values of annual mean temperature and their corresponding frequency distribution

用遷移前后回歸系數(shù)的差異來(lái)表示訂正對(duì)序列的影響。由圖6可以看出，訂正差值較大的臺(tái)站主要分布于中國(guó)西部，這些地區(qū)地形復(fù)雜，遷移對(duì)臺(tái)站數(shù)據(jù)影響較大，許多臺(tái)站從高海拔地區(qū)遷移到低處，訂正后溫度變化趨勢(shì)明顯降低。當(dāng)然訂正后序列趨勢(shì)變化大小不僅與遷移前后位置變動(dòng)的大小有關(guān)，還與遷移發(fā)生的時(shí)間點(diǎn)以及訂正的序列長(zhǎng)度關(guān)系較大，遷移之前或者之后序列長(zhǎng)度短，對(duì)趨勢(shì)的影響都較小。

5 結(jié)論和討論

本文在整理原有753站逐日觀測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，分析了氣象臺(tái)站的遷移狀況，討論了遷移對(duì)中國(guó)年平均氣溫序列均一性的影響，并對(duì)遷移造成的非均一序列進(jìn)行訂正，得到如下主要結(jié)論:

1)首先將39個(gè)業(yè)務(wù)代替的臺(tái)站合并起來(lái)，作為一次遷移考慮，得到714站。通過(guò)經(jīng)緯度以及海拔高度差異的分析發(fā)現(xiàn)，只有148站沒(méi)有遷移，其他566站共有950次遷移，601次遷移的水平距離在10 km內(nèi)，192次遷移超過(guò)20 km;950次遷移中有533次遷移的海拔高度沒(méi)有變化，713次遷移的海拔高度變化低于10 m，93次高于50 m;249次遷移的水平距離超過(guò)20 km或(和)海拔高度變化超過(guò)50 m，中國(guó)臺(tái)站遷移明顯。t檢驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于年平均溫度，950次遷移共造成201站235次遷移前后的溫度差異顯著。

圖6 訂正前后的年平均溫度趨勢(shì)差值分布(單位:℃/a;方框表示趨勢(shì)減少，實(shí)點(diǎn)表示趨勢(shì)增加)Fig．6 Distribution of annual mean temperature trend difference before and after adjusting(units:℃/a;panes(solid points)denote decreasing(increasing)tendency)

2)SNHT檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，204站的237個(gè)非均一點(diǎn)是由遷移造成的，有79個(gè)非均一點(diǎn)溫度訂正差值超過(guò)0.5℃。t檢驗(yàn)結(jié)果和SNHT檢驗(yàn)結(jié)果表明，有99次遷移前后平均溫度差異顯著，且序列是非均一的，而其他138次遷移，盡管遷移前后的溫度差異不顯著，但同樣序列是非均一的。t檢驗(yàn)?zāi)芎芎玫嘏c臺(tái)站遷移點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，但難以簡(jiǎn)單地通過(guò)單站平均溫度的差異判斷序列的均一性，而SNHT檢驗(yàn)考慮了周圍臺(tái)站氣候變化趨勢(shì)的影響，能較好地判斷序列的均一性，但是如果沒(méi)有元數(shù)據(jù)的支撐，難以確定非均一點(diǎn)的合理性。

3)采用差值訂正方法對(duì)序列進(jìn)行訂正，經(jīng)過(guò)訂正，遷移造成的非均一性能夠得到較大的改善，84%由遷移造成的非均一序列能夠調(diào)整得相對(duì)均一，其他序列也能得到相應(yīng)改善。比較逐月平均溫度訂正的差異可發(fā)現(xiàn)，不同月份的月平均氣溫訂正值并不一致，對(duì)更小尺度序列的訂正需進(jìn)一步深入研究。通過(guò)經(jīng)緯度確定的臺(tái)站遷移可能存在部分誤差，其他的臺(tái)站沿革對(duì)均一性的影響也需要考慮，而均一性檢驗(yàn)中受參考臺(tái)站尤其是西部觀測(cè)臺(tái)站稀疏等因素的影響，相關(guān)系數(shù)并不能都達(dá)到理想狀態(tài)的0.8，參考序列并不能都達(dá)到理想狀態(tài)的均一，加上統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)的不確定性以及部分臺(tái)站城市化等因素對(duì)溫度影響的差異，結(jié)果的應(yīng)用性有待于進(jìn)一步檢驗(yàn)，建立準(zhǔn)確及時(shí)有效的均一性氣候序列還是一項(xiàng)長(zhǎng)期工作。

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