气象统计方法之气象资料及其表示方法

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1、气象统计方法气象统计方法主讲：温 娜南京信息工程大学大气科学学院2021年3月本课件主要参考南信大李丽平老师课件 要求：要求：1、掌握气象上常用的一些统计方法，运用这、掌握气象上常用的一些统计方法，运用这些方法进行资料分析，在此根底上作一些些方法进行资料分析，在此根底上作一些简单的气候预测等简单的气候预测等2、了解其它方法在业务和科研中的应用，对、了解其它方法在业务和科研中的应用，对后期学习起引导作用后期学习起引导作用 气象统计方法：气象统计方法：利用统计方法对气象资料样本进行分析来估计和推测总体的规律性，为气象预报提供依据。 课时安排 总学时：48学时1-16周 讲授为主, 课堂练习 考核方

2、式 平时成绩出勤、课堂作业 期末考试参考书目：参考书目：1、李湘阁等、李湘阁等?气象统计方法气象统计方法?，2、黄嘉佑著、黄嘉佑著?气象统计分析与预报方法气象统计分析与预报方法?，气象出，气象出版社，版社，2004.33、施能著、施能著?气象统计预报气象统计预报?，气象出版社，气象出版社，2021.114、吴洪宝等著、吴洪宝等著?气候变率诊断和预测方法气候变率诊断和预测方法?，气象，气象出版社，出版社，2021.65、魏凤英著、魏凤英著?现代气候统计诊断与预测技术现代气候统计诊断与预测技术?，气，气象出版社，象出版社，2021.9教学内容教学内容第一章第一章 气象资料及其表示方法气象资料及其表

3、示方法第二章第二章 气候稳定性检验气候稳定性检验第三章第三章 选择最大信息的预报因子选择最大信息的预报因子第四章第四章 一元线性回归分析一元线性回归分析第五章第五章 多元线性回归分析多元线性回归分析第六章第六章 气候趋势分析气候趋势分析第七章第七章 主分量分析主分量分析第八章 聚类分析1. 气象要素气象要素 大气温度、压力、空气湿度、风向和风速、降水、云、雾、雷暴、辐射、能见度等 还有土壤、陆面植被、海洋等监测要素一、气象资料研究对象一、气象资料研究对象2. 气象监测全球监测系统全球监测系统ARGO方案气象监测意义：记录天气、气候的实际情况了解气候的根本状况分析研究气候变化规律气候预测第一张天

4、气图的诞生拉萨站29N, 91E气温观测数据江苏省116-122E，30-36N月平均气温数据1958-2007江苏省116-122E，30-36N月平均气温数据1958-2007 气象中单个或多个要素可看成为统计学气象中单个或多个要素可看成为统计学中单个或多个变量。中单个或多个变量。二、气象资料的表示二、气象资料的表示第一节第一节 单个要素的气象资料单个要素的气象资料1 1、数据的表示：数据的表示： 某要素x有n 次观测值，其向量表达形式为或者 n 样本容量 时间序列概念时间序列概念 数据是随时间变化的序列，习惯称为时间序列。数据是随时间变化的序列，习惯称为时间序列。例如：取某要素月平均值的

5、例如：取某要素月平均值的n n年资料年资料 几何意义：几何意义： 1 1n n 维空间中的一个点维空间中的一个点 2 2一维空间单坐标中的一维空间单坐标中的n n个点个点 举例： 1.某站点1958至2007年的气温 2.某站点1960至2021年一月份的气温 3.某站点某时段冬季/夏季降水 要素样本中资料分布的特点要素样本中资料分布的特点-用一些统计量用一些统计量表征。表征。 1 1平均值平均值 含义：平均值是要素总体数学期望的一个估计。含义：平均值是要素总体数学期望的一个估计。反映了该要素的平均气候状况。反映了该要素的平均气候状况。平均值概念在气象上的应用：平均值概念在气象上的应用： 气象

6、上的月平均气温、年平均气温及某气象上的月平均气温、年平均气温及某要素多年平均值就是这种统计量。要素多年平均值就是这种统计量。例如：某地气候状态例如：某地气候状态 对于逐月资料，一对于逐月资料，一般分别求各月多年的平均值，所以会有般分别求各月多年的平均值，所以会有1212个个月平均值场；逐日资料也是类似。月平均值场；逐日资料也是类似。 气象研究中，不同时间分辨率气象资气象研究中，不同时间分辨率气象资料的使用逐日资料、月资料、年资料等料的使用逐日资料、月资料、年资料等 举例： 江苏气候？江苏省1958-2007年月平均气温江苏省各月气温平均值气候态江苏省1958-2007年冬季月平均气温 2 2距

7、平距平 含义：反映数据偏离平均值的状况含义：反映数据偏离平均值的状况 ，也是通，也是通常所说的异常。常所说的异常。距平序列：单要素样本中每个样本资料点的距平序列：单要素样本中每个样本资料点的距平值组成的序列称为距平序列，也可以距平值组成的序列称为距平序列，也可以记为距平向量。记为距平向量。气象上的应用：气象上的应用： 中心化的概念：中心化的概念： 把资料处理为距平的方法叫中心化。把资料处理为距平的方法叫中心化。 气象上常用距平值代替原样本中的资气象上常用距平值代替原样本中的资料值作为研究对象。料值作为研究对象。中心化的必要性：中心化的必要性： 因为气象要素的年变化周期影响很大，因为气象要素的年

8、变化周期影响很大，各月的平均值不一样，为了使之能在同一各月的平均值不一样，为了使之能在同一水平下比较，常使用距平值比方之前的水平下比较，常使用距平值比方之前的举例。举例。特性：距平值的平均值为特性：距平值的平均值为0 0，使用方便；，使用方便； 直接作为预报值，比较直观偏高直接作为预报值，比较直观偏高/ /偏偏 低。低。 举例： 某地气温的变化情况？ 气温偏高、偏低是相对于它的平均值而言江苏省冬季气温的异常1958-2007如何正确计算异常场？不可取江苏省气温异常1958-20073 3方差和均方差标准差方差和均方差标准差 对气象要素对气象要素x,x,资料长度资料长度n,n,其表达式：其表达式

9、： 含义：含义： 是均方差标准差，描述样本中资是均方差标准差，描述样本中资料与平均值差异的平均状况，反映变量围绕平均料与平均值差异的平均状况，反映变量围绕平均值的平均变化程度离散程度，值的平均变化程度离散程度， 是方差。是方差。方方 差差向量表示形式： 气象上的应用：气象上的应用： 1) 1)如果如果1212月份气温标准差比月份气温标准差比1 1月月份大，反映了份大，反映了1212月份气温随时间变化月份气温随时间变化幅度比幅度比1 1月大。月大。 2) 2)对于同一个月例如对于同一个月例如1212月，月，如果南京气温的标准差比拉萨小，说如果南京气温的标准差比拉萨小，说明拉萨冬季气温的变化幅度比

10、较大。明拉萨冬季气温的变化幅度比较大。 ( (内陆日变化较沿海大内陆日变化较沿海大, ,这个日变化这个日变化大小的比较使用的是标准差的比较大小的比较使用的是标准差的比较) )江苏省各月气温标准差3 3均方差小的要素预报比大的困难还是容易？均方差小的要素预报比大的困难还是容易？原因？原因？4 4变量减去某常数后均方差相同。变量减去某常数后均方差相同。5 5标准差与变量值同量纲，一般用标准差表标准差与变量值同量纲，一般用标准差表示变量取值变化的大小。示变量取值变化的大小。 对气象要素对气象要素x,x,资料长度资料长度n,n,其表达式：其表达式： 特征：特征：1 1标准化变量的平均值为标准化变量的平

11、均值为0 0。 2 2标准化变量的方差为标准化变量的方差为1 1。1 2,tztxxxxtnS， 为何要进行标准化？为何要进行标准化？ 各要素单位不同、平均值和标准差也各要素单位不同、平均值和标准差也不同。为使它们在同一水平上比较，采用不同。为使它们在同一水平上比较，采用标准化方法，使它们变成同一水平的无单标准化方法，使它们变成同一水平的无单位的变量位的变量-标准化变量。标准化变量。江苏省气温异常及其标准化降水距平百分率降水距平百分率距平距平/ /平均值平均值* *100%100%1 1计算降水距平，即观测值减去平均值计算降水距平，即观测值减去平均值2 21 1步骤所得结果除以该平均值，乘以步