DB12-T1051-2021地面風(fēng)速觀測數(shù)據(jù)均一化處理技術(shù)規(guī)程

1、12ICS07.060CCSA 47天津市地方標(biāo)準(zhǔn)DB12/T 10512021地面風(fēng)速觀測數(shù)據(jù)均一化處理技術(shù)規(guī)程Code of practice for homogenization processing techniques of surface wind speed observation data2021 - 04 - 30 發(fā)布2021 - 06 - 01 實施天津市市場監(jiān)督管理委員會發(fā) 布DB12/T 10512021I前言本文件按照GB/T 1.12020標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則的規(guī)定起草。本文件由天津市氣象局提出并歸口。本文件起草單位：天津市氣象信息中

2、心。本文件主要起草人：司鵬、吳安軍、石玉恒、孟輝、王敏、姜罕盛、羅傳軍。 PAGE 7地面風(fēng)速觀測數(shù)據(jù)均一化處理技術(shù)規(guī)程范圍本文件規(guī)定了天津地面風(fēng)速觀測數(shù)據(jù)均一化處理技術(shù)的內(nèi)容和方法，以及質(zhì)量評估。本文件適用于對天津地面風(fēng)速觀測數(shù)據(jù)的處理分析。規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件， 僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。QX/T 37-2020氣象臺站歷史沿革數(shù)據(jù)文件格式QX/T 118-2020氣象觀測資料質(zhì)量控制 地面術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1地轉(zhuǎn)風(fēng)速

3、 geostrophic wind speed自由大氣中水平氣壓梯度力和地轉(zhuǎn)偏向力相平衡時空氣的水平運動速度，單位為米每秒（m/s）。3.2均一化 homogenization剔除氣候資料序列中由于人為因素導(dǎo)致的系統(tǒng)誤差的過程。3.3時間序列 time series在連續(xù)時間內(nèi)記錄下來的有序觀測或統(tǒng)計數(shù)據(jù)。3.4待檢序列 candidate series被進(jìn)行均一化檢驗的時間序列。3.5參考序列 reference series代表待檢序列所處位置的真實天氣氣候變化的時間序列。3.6檢驗序列 detected series待檢序列與參考序列比值的時間序列。3.7斷點 breakpoints時間

4、序列中顯著不連續(xù)的突變點。3.8訂正數(shù)據(jù) adjusted data通過統(tǒng)計方法計算得到的代替斷點以前時間序列的數(shù)據(jù)。3.9趨勢幅度 trend amplitude時間序列一元線性回歸模型中求解的斜率，單位為米每秒每年（m/s/yr）。內(nèi)容和方法內(nèi)容地面風(fēng)速觀測數(shù)據(jù)均一化處理技術(shù)應(yīng)包括元數(shù)據(jù)收集、原始資料預(yù)處理、參考序列建立、檢驗序列形成、斷點檢驗、序列訂正。技術(shù)方法元數(shù)據(jù)收集收集觀測臺站元數(shù)據(jù)信息，宜包括臺站位置、觀測要素、其他變動事項、臺站周邊環(huán)境。應(yīng)按照QX/T 37-2020第6章的要求。原始資料預(yù)處理對原始觀測的地面風(fēng)速數(shù)據(jù)進(jìn)行錯誤誤差分析，剔除數(shù)據(jù)采集、傳輸、記錄、存儲過程中因儀器

5、故障、人為因素等造成的錯誤數(shù)據(jù)。應(yīng)按照QX/T 118-2020第3章的要求。參考序列建立選取 35 個鄰近站點的時間序列，建立待檢序列的參考序列，作為均一化檢驗和訂正的依據(jù)， 計算步驟如下：基于地面觀測站網(wǎng)，計算待檢序列與鄰近站點時間序列的相關(guān)系數(shù) ，見公式（1）； 1 ()() = =1 (1) 1 ()21 ()2 =1 =1式中： 時間序列長度； 待檢序列某一時間的風(fēng)速值； 待檢序列的風(fēng)速累年平均值；式中： 與待檢序列相同時間的鄰近站點時間序列風(fēng)速值； 鄰近站點時間序列的風(fēng)速累年平均值。依據(jù)時間序列長度及臺站位置，選取與待檢序列相關(guān)系數(shù)最大的 3 個鄰近站點時間序列來建立參考序列，其平

6、均風(fēng)速的序列長度與待檢序列一致，3 個鄰近站點時間序列所在位置盡可能以待檢序列為中心處于三角的位置，利用公式（2）建立參考序列 。 = 3 2 / / 3 2 (2)式中： =1 =1 待檢序列與鄰近站點時間序列的相關(guān)系數(shù)； 鄰近站點時間序列的風(fēng)速累年平均值。選取 3 個5 個鄰近站點的時間序列，建立待檢序列的參考序列，作為均一化檢驗和訂正的依據(jù)，計算步驟如下： 對地面觀測站網(wǎng)所有臺站的平均風(fēng)速序列進(jìn)行一階差分處理，得到差分序列（ ），見公式（3）； = +1 , = 1, 2, 3, 4 (3)式中： 時間序列長度。 基于一階差分后的地面觀測站網(wǎng)，計算待檢序列的 與鄰近站點時間序列的 之間的

7、相關(guān)系數(shù)，見公式（1）； 選取與待檢序列的 相關(guān)性最好的 5 個鄰近站點時間序列的 建立參考序列，見公式（2）； 將差分序列 形式的參考序列反算得到待檢序列的參考序列 。檢驗序列形成檢驗序列的形成應(yīng)通過以下步驟實現(xiàn)：利用比值法構(gòu)造檢驗序列 ，見公式（4）；式中： 待檢序列； 待檢序列的風(fēng)速累年平均值。 = (4)對檢驗序列 進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，形成標(biāo)準(zhǔn)化序列 ，見公式（5）。= ( ) (5)式中： 檢驗序列 的風(fēng)速累年平均值；檢驗序列 的標(biāo)準(zhǔn)差。斷點檢驗參考序列的確定利用極大似然回歸法對4.2.3.1和4.2.3.2兩類參考序列構(gòu)造的標(biāo)準(zhǔn)化序列進(jìn)行均一化檢驗，結(jié)合臺站元數(shù)據(jù)信息，選取斷點檢驗結(jié)果

8、“合理”的檢驗序列作為待檢序列的參考序列。計算步驟如下：如果序列 沒有不連續(xù)點存在，則統(tǒng)計假設(shè)為：對于任意， ( ,1)；如果序列 有一個不連續(xù)點 ，則統(tǒng)計假設(shè)為： (1, 1), *1, , + (2, 1), * + 1, , + (6)式中： 時間序列的長度；1假設(shè)不連續(xù)點 前時間序列的風(fēng)速平均值；2假設(shè)不連續(xù)點 后時間序列的風(fēng)速平均值。 = 1 + ( ) 2 (7)= *+ = * + ( ) +, 1 1 (8)12如果大于選定的顯著性水平，即存在非均一的斷點。注：合理是指斷點檢驗結(jié)果與元數(shù)據(jù)信息一致性較高。統(tǒng)計假設(shè)檢驗基于4.2.5.1確定的參考序列，利用懲罰最大檢驗（ ）對檢驗

9、序列的標(biāo)準(zhǔn)化序列 進(jìn)行均一化檢驗，根據(jù)臺站元數(shù)據(jù)記錄的元數(shù)據(jù)信息調(diào)整斷點時間，保留檢驗過程中有明確臺站元數(shù)據(jù)支持的顯著斷點。序列訂正利用分位數(shù)匹配訂正法（Quantile-Matching adjustments, QM）對4.2.5.2確定的顯著斷點進(jìn)行序列訂正。質(zhì)量評估平均值比較對比分析地面風(fēng)速觀測數(shù)據(jù)訂正前、后各個時間尺度（日值、月值、年值）的時間序列的平均值 。 = 1 (9) =1方差比較對比分析地面風(fēng)速觀測數(shù)據(jù)訂正前、后各個時間尺度（日值、月值、年值）的時間序列的方差 。 = 1 ( )2 (10) =1趨勢變化比較對比分析地面風(fēng)速觀測數(shù)據(jù)訂正前、后各個時間尺度（日值、月值、年值）

10、的時間序列的趨勢幅度。 1( )( ) = =1 =1=1 (11)2 1()2式中：=1 =1 時間序列訂正前或后某一時間的風(fēng)速值； 1，2，3，。與地轉(zhuǎn)風(fēng)速趨勢變化比較對比分析均一化訂正后的地面風(fēng)速觀測數(shù)據(jù)與其對應(yīng)的地轉(zhuǎn)風(fēng)速的趨勢變化特點。利用4.2.3.1建立的待檢序列的氣壓三角（ (1)、 (2)、 (3)）來計算地轉(zhuǎn)風(fēng)速序列 ，步驟如下： = 2 + 2 (12) = 1 (13) = 1 (14) (1) = 1 + 1 + (2) = 2 + 2 + (15) (3) = 3 + 3 + =3=12 sin 3(16)5.5式中： 角速度；緯度；地球半徑；經(jīng)度。誤差分析 = cos (17) = (18)分析均一化訂正后的地面風(fēng)速觀測數(shù)據(jù)與國內(nèi)外