碳监测目标的广东省综合气象因子代表站论证.pdf
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1、第 卷第 期 年 月广 东气 象 收稿日期:基金项目:广东省自然科学基金();国家科技支撑计划项目()作者简介:麦博儒(年生),男,博士,副研究员,主要从事温室气体和气溶胶特性研究。:通信作者:邓雪娇(年生),女,博士,研究员,主要从事大气物理与大气环境研究。:麦博儒,肖伟生,王兵,等 碳监测目标的广东省综合气象因子代表站论证 广东气象,():碳监测目标的广东省综合气象因子代表站论证麦博儒,肖伟生,王兵,杜尧东,刘霞,艾卉,李铸杰,邓雪娇(中国气象局广州热带海洋气象研究所,广东广州 ;广东省人工影响天气中心,广东广州 ;广东省气候中心,广东广州 ;广州市气象台,广东广州 )摘要:为广东省气象要
2、素、大气成分观测站网优化提供依据,利用广东省 个国家气象观测站的风速、相对湿度、气温以及降水等 年气候资料,结合气候相似性理论论证了全省不同区域的综合气象因子代表站。结果表明:()连平站、惠来站、高州站和番禺气象局站的欧氏距离较小,气象要素理论值与观测值的相对误差平均值为 ,可分别作为广东省粤北、粤东、粤西和珠三角区域综合气象代表站;()个地市拟选站的气象要素理论值与观测值的相对误差平均值为 ,可作为地市级综合气象因子代表站;()除了高州站之外,其它 个区域代表站与地市级拟选代表站未出现重叠,因此可以合理布局、优化区域和地市级代表站的规划设计方案。关键词:气候相似性理论;欧式距离;气象因子;代
3、表站;广东省中图分类号:文献标志码:合理分布的气象站网能够提高气象要素观测资料的代表性、准确性、可比较性和延续性,同时避免站网过密引起资源浪费 。观测站能够在多大程度上反映区域或地区的气象综合特征?这涉及到观测站之间的气候相似性问题。基于此,有必要利用多种气象要素开展不同观测站的代表性论证研究。“气候相似性原理()”是德国学者玛依尔()为使农作物能够充分利用气候资源而创立的学说 。该理论认为假若引种地与引种源地之间具备一定的气候条件相似性,移植的植物就能有更高的存活概率,可以通过计算“多维空间相似距离”来定量表示。若两点间的相似距离越大,二者的气候相似性就越小;反之,若两点的相似距离越小,二者
4、的相似性程度就越高 。截止至 年,广东省气象系统布设了超过 个区域自动气象站。基于气象观测数据,研究人员在资料质量控制与评估 、区域地面气候变化基本特征 、极端降雨 、极端高温及其影响 等多方面开展了大量研究。然而,前人的研究很少涉及气象观测站的气候代表性,一定程度上制约了观测资料的高效利用。开展气象观测站的气候代表性研究,将在温室气体区域代表站选址、碳卫星校验站优化以及模式评估的代表站选取等方面具有广阔的应用前景。本研究利用广东省 年间的气候观测资料,结合气候相似性理论论证了不同区域综合气象因子代表站址,为气象要素、大气成分观测站网优化提供依据。资料与方法 研究区域和资料来源研究范围为广东区
5、域,包含了 个地市。由于研究范围的气候特征存在较大差异,因此划分为粤北、粤东、粤西和珠三角等 个区域。粤北地区包括梅州、河源、韶关、清远市;粤东地区包括汕尾、揭阳、汕头、潮州市;粤西地区包括云浮、阳江、茂名、湛江市;珠三角地区包括广州、深圳、佛山、珠海、江门、中山、东莞、惠州以及肇庆市。研究资料来源于广东省气象局 个国家气象观测站,时间为 年;气象要素包括逐月的风速、气温、相对湿度以及降水。观测资料均经过了严格的质量控制 ,。气候相似性理论根据气候相似理论,假若某个气象要素为一维空间,那么 个气候要素即相当于 维空间。研究范围内的某一个地点即为 维空间中的一个点,因此 维空间内两个地点之间的距
6、离即可表征此两点之间的气候相似程度。由此可见,两个地点之间的距离越小,其气候越相似;反之,两点之间的距离越大,其气候越不相似。根据该理论,两地之间的距离系数可以用欧氏距离公式来表示 :,(,)槡()其中,为 地与 地之间的欧氏距离系数;,和 ,分别为 地与 地第 个气象要素的标准化值(,)。为了消除不同气象要素不同量纲的影响,采用式()进行标准化处理:,()其中,为任意地点 的第 个气象要素;珔为研究范围所有地点的第 个气象要素的平均值;为第 个气象要素的标准差。与此同时,为了消除自由度的影响,两地之间的相似距离采用平均距离求算:,(,)槡()本研究采用式()来计算不同气象观测站的欧氏距离,考
7、虑的气象要素包括风速、相对湿度、气温和降水。代表站的相似性等级划分基于气候相似理论分别计算出粤北、粤东、粤西和珠三角等区域各个气象要素(包括风速、相对湿度、气温和降水)的平均值,然后确定区域内各观测站的气象要素与区域平均值的欧氏距离()。值越小表示该站越接近理论代表点。根据计算得到 ,以 、的梯度划分各观测站的相似等级(图 )。其中,为 级相似,为 级相似,为 级相似。满足 级和 级相似的观测站均可考虑为区域代表站。图 不同气象观测站欧式距离、相似距离及等级的分布根据式(),假设温度、降水、风速、相对湿度等 个气象要素的权重系数相等并设为 ,计算出各区域和地市级观测站的 值。当 时,表明该站能
8、较好地反映区域或地市级综合气象要素的分布特征,满足观测站的选址需求;当地区和地市级观测站的 时,表明气候相似程度较差,需要适当考虑不同气象要素的权重系数。此外,由于个别地市的观测站过少(如珠海、斗门)导致计算的 值均为 ,在此情况下可以适当考虑各因子的权重系数以辅助确定观测站的代表性。不同区域和地市级代表站计算结果与验证 结果)不同区域代表站的计算结果。由图 可知,在 的范围内,各观测站均为 级近似,因此可作为区域代表站的适宜对象。表 和图 展示出 最小的国家级地面站可作为广东省粤北、粤东、粤西和珠三角等区域的最适宜综合气象要素代表站。在 个区域代表站中,揭阳惠来站的 最小(),代表了粤东区域
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