安徽理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 王三好

本文利用全球站點(diǎn)無(wú)線電高空探測(cè)資料數(shù)據(jù)集(the Integrated Global Radiosonde Archive，簡(jiǎn)稱IGAR)獲取了北京市近42年來(lái)0-10km的溫度數(shù)據(jù)資料。并通過(guò)對(duì)所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，在保證數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性的前提下，對(duì)北京市的年平均溫度數(shù)據(jù)采用線性擬合和Mann-Kendall突變檢驗(yàn)等方法，進(jìn)行溫度分析，發(fā)現(xiàn)北京市的年平均溫度整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，且在2002年氣溫發(fā)生突增現(xiàn)象。

近年來(lái)，隨著信息社會(huì)的發(fā)展，高空大氣數(shù)據(jù)的獲取手段越來(lái)越多，數(shù)據(jù)量也越來(lái)越大；而且高空大氣數(shù)據(jù)參數(shù)多樣，且數(shù)據(jù)當(dāng)中易參雜一些錯(cuò)誤或者未收集的信息，因此大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理方法在氣象數(shù)據(jù)的分析中得到了廣泛的應(yīng)用（王星.大數(shù)據(jù)分析:方法與應(yīng)用[M].清華大學(xué)出版社,2013；曾忠祿.大數(shù)據(jù)分析:方向、方法與工具[J].情報(bào)理論與實(shí)踐,2017,40(1):1-5；樊重俊,劉臣,霍良安.大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用[M].立信會(huì)計(jì)出版社,2016.）；而進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的前提首先要保證使用數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性，常見的數(shù)據(jù)處理方法有數(shù)據(jù)清理、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)變換和數(shù)據(jù)歸約等（王堯.基于大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理方法研究分析[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2014(6):98-98.）。本文在以IGAR（陳哲,高杰,楊旭.IGRA全球站點(diǎn)探空數(shù)據(jù)集及其資料質(zhì)量狀況分析[J].氣象與環(huán)境學(xué)報(bào),2013(5):106-111.）數(shù)據(jù)集為基礎(chǔ)，并使用大數(shù)據(jù)預(yù)處理方式，獲取了北京近42年來(lái)0-10km區(qū)域內(nèi)高空的氣溫?cái)?shù)據(jù)，然后又對(duì)北京市的年平均氣溫進(jìn)行了細(xì)致分析，希望可以幫助人們了解北京市的氣溫變化。

1 資料和方法

1.1 研究資料

本文利用IGAR高空探測(cè)資料獲取了北京從1956-2016年的氣溫?cái)?shù)據(jù)，同時(shí)根據(jù)IGAR數(shù)據(jù)集的特點(diǎn)，將北京數(shù)據(jù)集當(dāng)中的1956-1974年間的不完整和錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)進(jìn)行了刪除，并對(duì)1956-2016年的數(shù)據(jù)進(jìn)行再分析，最后獲取北京1975-2016年0時(shí)和12時(shí)的氣溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，并使用Excel、OrgrinPro 2017對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性分析，同時(shí)使用matlab對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪處理，使用Mann-Kendall突變分析法對(duì)北京氣溫進(jìn)行分析研究。

1.2 研究方法

本文使用線性趨向分析和Mann-Kendall突變檢驗(yàn)分析（簡(jiǎn)稱M-K法）、等方法對(duì)北京市的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。其中M-K法是一種非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方式，對(duì)變量是否具備正態(tài)分布并沒(méi)有具體要求，多用于氣候要素變化趨勢(shì)的顯著性檢驗(yàn)及突變檢測(cè)，其公式如下：

式中采用：Zc—秩相關(guān)系數(shù)；τ—檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)變量；P—數(shù)據(jù)序列所有對(duì)偶觀測(cè)值（Rj, Ri, j ＞ i）中Rj＞ Ri出現(xiàn)的次數(shù)；n—序列長(zhǎng)度；—方差。

2 結(jié)果與分析

2.1 年平均溫度的變化趨勢(shì)

圖1所示是1975-2016年北京市年均溫度的變化,從圖中可以看出，近42年來(lái)北京市年平均溫度-9.06℃；由線性趨勢(shì)分析可知，北京市從1975年以來(lái)的溫度呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)，且線性擬合的相關(guān)程度值為0.734，具有高度相關(guān)性，再根據(jù)十年際溫度變化特征（如表1所示）結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，從1975以來(lái)至今，10年際的平均溫度變化模式總體呈直線上升，最高的10年平均溫度分布區(qū)間在2005-2016年之間（-7.62℃），最低10年平均溫度分布區(qū)間在1985-1994年之間（-10.33℃）；且由圖可知年平均最大值是在2007年溫度為-6.45℃，而年平均最小值是在1985年溫度為-11.55℃。

圖1 1975-2016年北京市年均溫度的變化

表1 北京市每十年的平均溫度變化

圖2 北京市年平均溫度變化的Mann-Kendall突變分析圖

2.2 年平均溫度的Mann-Kendall突變檢驗(yàn)分析

圖2所示是北京市年平均溫度變化的Mann-Kendall突變分析圖，本文利用matlab對(duì)氣溫進(jìn)行降噪處理，然后使用Mann-Kendall突變分析對(duì)降噪的氣溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行突變檢驗(yàn)，從圖中可以看出，北京市的年平均溫度在2002年時(shí)UF和UB相交，且在從1991-2016年北京市的平均溫度總體表現(xiàn)緩慢上升，因此其在2002年為氣溫突增點(diǎn)。

3 結(jié)論

本文通過(guò)使用數(shù)據(jù)填充、篩選等數(shù)據(jù)預(yù)處理方法，在保證數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性的前提下，獲取了北京市1975-2016年的年平均氣溫?cái)?shù)據(jù)，同時(shí)通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行均一化和降噪處理，使用線性擬合和M-K突變檢驗(yàn)等方法對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)北京市的年平均溫度整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，且年平均氣溫在2002年時(shí)溫度出現(xiàn)了突增。