《百年长度观测序列构建方法 气温》编制说明.docx

气象行业标准百年长度观测序列构建方法气温编制说明一、工作何况1.任务来海本标准由国家气象估息中心负责起草，全国气象基本信.&标准化技术委员会（SAC/TC346）提出并归口。中田气象局政策法规司于2023年12月批准立项（气法函（2023）50号），项H编号为B2024051.立项名称为4百年长度观测序列构建方法气温久2 .制定Ir1.t百年尺度的观测序列是揭示气候变化规律、了解人类活动对气候影响的最重要依据之一.中国气象局高度重视长序列数据产品构建工作.2021年发布的中国气象局加强气候变化工作方案）（气发（2021）23号）明确报出,要加强气候变化数据库建设，建立中困区域百年以上尺度观测序列数据集。百年观利序列来之不易，在百年资料枳累的漫长过程中,不可避免地会遇到各种干扰，导致观祗资料的时空与气候代表性受损。如城市发展引起的观测站址迁移、观测环境变化等。这些变化会在百年尺度的观测序列中产生系统性偏差，成为"均一何相，因此，在构建百年尺度气温观测序列时，需要对气候资料的质M进行检杳，对资料序列中连续缺的记录要用适当的方法进行插补，为了在时空上iS行相互比较，也要适当订正以消除测站位黄迂秒相观测时期不同的影响.为了进一步规范百年长度气温观测序列的构建方法,消除不同数据分析技术环节处理规则不一致的问咫，衙要在充分调研的基础上建立百年长度气温观测序列构建方法的指V性行业标准，规定百年长度气温观溯序列构建的技术内容和方法，为我国地面气象站观测的百年长度气温序列构建提供科学指导.3 .起草过程（1）前期开展中IB和全球百年长度气湿观测序列的分析和处理工作，枳淤经般该文件起草人团队先后承担和参与了公益性行业专项“近百年全球陆地气候变化监测技术与应用”,”气候变化专项”近百年区域气候变化序列建立及不确定性评估”，国家自然基金声年基金项目“京津冀百年均一化气候资料H值序列构建的研咒”等多项司局级及以上项目，研制了全球陆地月气温均一化数据柒（190.）（XUea1.2OI8;）,£中国近百年均化气温月值数据集(VI.0)(Caocta1.2O13;Caocta1.2017)?套门年长度气温观测数据产品。研制过程中对于构建百年长度气温观测序列的几个杀要步骤累计了丰富经验，比如资料插补过程中,通过对比标准序列法和回归插值法插值误差，发现标准序列法插值更适用于气温要素：比如资料均一化过程中，参考序列要依据月值和日债不同尺度采用不同的构建方案等，这些研究结论均为该文件的起草奠定了范础。(2)2024年1月成立标准起草组,确定了标准编写的总体思路、主要内容和原则,进行了任务分_E并制定了工作计划标准起草组成员在中国百年长度观测资料分析与处埋方面具有丰富经麟.(3)标准现范的相关学习本标准起用组通过中国气象标准化冏，系统学习了气象标准编写延本要求、编制说明要求、TCS软件使用方法、标准项目编制问题分析等内容，为编可本标准打好荔础。(4)形成征求意见稿2024年4月，根据前期调研结果，经过起甲殂多次讨论蟋改，起不完成4百年长度观测序列构建方法气温3征求意见稿.4 .悔作单位本文件由国家气象信息中心负成起草，辽宁省气象信息中心和天津市气象信息中心协作起草.5 .标准工作坦成员及其所做的工作本标准出国家气象信息中心负成牵头编制，负费人是徐文慈.,起草小加成员及分工如下:姓名工作单位工作任务徐文裁国家气型信息中心标准起草牵头人，祖纵编写工作，负无木标准技术思跖、方案设it研究司,然天津市气象信息中心负货气孤序列插补内容的编写和方案设计普丽娟国家气象信息中心参与百年长度气温序列构建部分的方案设计和效果睑证张皓宇辽宁省气象信息中心参与标准的技术方案设计朱亚娓国家气象信息中心参与质量控制部分的方案设计杨溯国家气象侑息中心参与百年长度气温序列均一性的效果验证我更华天津市气象信息中心参与气品序列插补部分的方案设计二、标准«1制原则、主要内容及其於定依据1.标准制原则本标准的编制，遵循了气象行业标准的相关规定。在编制过程中，统筹考虑了气象资料业务发展、资料实际应用的可扩展性和近用性各方面的需求。本标准的编制遵循以卜原则：< 1>科学性原则本标准在编制过程中，在调研和实践检验的基础上，参考了国内现行有效的标准、业务技术规程及相关文献.起草的技术方法均有扎实的业务和科研实践的支撑,成果均在国际期刊上公开发表.< 2>适用性原则编制过程中,结合前期调研和实践结果.考虑了月值和H值不同时间尺度上百年长度气温序列构建方法的适用性。< 3）规范性原则标准依据GB，T1.1-2020才标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则3给出的规则起草，符合标准编写要求-2.主央内容及稽定依据<1）术语和定义所有的术语皆有.出处，其中大部分引自正式发布的文献，少数引自现有的国标或行标。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于该标准.凡是不注H期的引用文件,其最新版本（包括所有的楼改单）适用于该标准.<2）百年长度气温观测序列构建方法及确立依据百年长度气温观测序列的构建共包括三部分：资料质量控制、资料插补和资料均一化.其中气温资料侦吊控制在标准Q×118-2020中彳i明确规定，所以击点在资料插补和资料均一化做了试脸,关于气温缺测资料的恢双方法国内外已有很多研究，选取了应用比较广泛的标准化序列法和多元线性回归法.同时对保定站1913-2014年连续洪测年份的逐月气温（平均气温、酸高气温和燃低气温）资料进行插补试骁，结果得到标准化序列法得到的插补结果与实际观测（ft间的相关程度要高于多元线性回归法,并且与同一气候区邻近站的百年气温趋好变化福度更一致（司鹏等.2017）,关于气温均一化方面，该文件起草团队更是枳累了丰富的经脸，2014年率先攻关中国气温日值均一化参考序列构建技术，建立气温日值均一化行效断点诊断技术,研制发表中国基本基准站地面气温H值均一化数据集3.中国成为继加拿大、澳大利亚之后第三个在国际上公开发表气温门伯均一化技术的国家，第一作者发表的论文截止到2024年4月已被引用191次（XuetaUOB）t同时攻关中国百年长度气温用列构建方法（CaOetaI.,2013,建立中国近百年均一化月值数据集：2017年攻关全球气温月伯均一化技术，在全球元数据产;RiR乏的情况下，发展多方法统计检验和多尺度、多变量相互脸证的均一化思路,建立全球陆地百年长度气温均一化数据集，第一作者发表SC1.两篇，并被IPCCAR6引用（Xucta1.,2OI8>.本标准提出的百年长度气温观测序列构建方法是兼于起隼组成员技术攻关和科学合理的试5金结果而给出的指导性方法能够进一步规范百年长度气温观测序列的构建方法,消除不同数据分析技术环节处理规则不一致的问区.为我国地面，象站观测的百年长度气温序列构建提供科学指导.三、试题验证的分析、徐述报告，技术径济论证，覆期的短济效益、社会效益和生态效益百年长度气M观测序列的构建共包括三部分：资料质量控制、质量插补和资料均一化。其中气温资料痂量控制在标准QXZT118-2020中右明确规定，在此不再赘述.1 .，责科抵补的试验以现有保定站1913-2014年气温月依资料为试验数据,图1是保定站原始的气泡月（ft序列.可以看到保定站气温J位数据缺测盘较大,连续缺测的年份主要出现在1938-1943年和1949-1954（V：缺测率达14.8%。因此为了恢发百年气温时间序列的完整性，拟采用应用比较广泛的标准化序列法和回归订正法对保定站1913-2014年连续缺测的逐月气温资料进行插补。以保定站为中心选取水平距离在30Okn1.以内、海拔高度差在20Om以内，且阶茶分年假序列相关在0.8以上的邻近站,最终选定天津站和北京站的加权平均序列作为插补参考序列.jt*m*1，tEtmim»，IM4«mi1.*r*3mi«m$xut图1保定站19132014年平均气温（aXAi而气温（b）、最低气温（C）月依序列表1足基于交叉检验法对两种插补方法得到的保定站缺测记录的插补结果进行比较分析.通过标准均方误差SMSE）,标准误差SE,插补值与实际观测伯的相关系数（Rk1.）三个指标来评估插补效果,可以看到，利用标准化序列法插补得到的逐月平均气温、朵而气温和最低气温的误差小于回!11订正法相关系数高于回归订正法,考虑到不同站点周阳邻近站数据质纸不【可，不同插伯方法在不同区域站点的表现也不同，因此本标准建议针对不同站点气湿序列，采用两种插补方法进行插补,并对插补结果进行比较分析，最终选取误差较小和相关较高的插位方法结果.表I两种插伊方法得到的保定站逐月气温插补序列与实际观测值的误«和相关系数气温要素标准化序列法回归仃正法SMSEZCSErCRkiSMSEZrSE/CRw平均气温6.60.70.839.41.00.75最高气温7.11.00.8113.21.80.62最低气温9.41.10.7212.01.40.682 .，W资料均一化的试轴以保定站插补后的月最低气湿序列为试粉数据进行均一化检验和订正，首先以保定站为中心选IU水平距禹在30Okm以内.海拔高度差在2（X）m以内，且阶是分年值序列相关在0.8以上的邻近站，最终选定天津站和北京站月最低气温的加权平均序列作为多考序列，米F1.1.QJGT457-2018中附录D.3的惩罚加大F检检对参考序列进行非均一性检验，经检3金参考序列是均一的,可以作为保定站月最低气温序列非均一性检验和订正的参考序列.表2是采用惩罚最大T检验对保定站月最低气温序列检测得到的2个显著断戊信息，均达到了95%信息.且均有元数据的支撑，被判定为有效断点.图2是保定站均一化订正前后月序列平均忠到的年平均最低气温序列，可以若到，订正后的气温值普通小于订正的.根据台站元数据信息显示,保定站于2011年1月I日由市区迁到了乡村,距离原址12.9km,显然,探测环境的改变是明显的.导致最低气淑呈现降低突变而均一化订正则校正了迁站对最低气温带来的影响，表2保定站月用低气温序列检泅的显著断点信待检序列断点时间（年/月）检验统计照值95%信度区间断点原因1979/0840.421.1C-26.2仪器变更最低气温2011/01107.720.5-25.4迁站19131923193319431953196319731983199320032013年图31913-2014年保定站订正前后年平均最低气讯序列109876543113 .百年长度，观濯序列的检验将领补和均一化订正后的1913-2014年保定站月平均气温中列勺同时段北京站和天津站气温序列进行和关系数和亚平趋势变化分析,结果表明保定站百年长度气温序列与北京站和天津站气温序列的相关均达到0.8以上.并且距平序列的年际变化特征和趋势变化特征都较为一致（图4），从而表明了保定站百年长度气温观测序列的构建是合理的.图41913-2014年保定站与邻近单站平均气温矩平序列比较（基准年1971-2000年）4 .主要应用效效基于本标准技术方法研制的中国近百年（1900-）气温均一化数据集3取得中国气象同科技成果登记（中气科成登2O2OOO27）,应用于中国WMO百年气象站和巾国百年气思站的申报审核中，为百年气象站长期气温序列的气候代表性判定提