气象统计方法气候趋势分析全解PPT学习教案.pptx

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1、会计学1气象统计方法气象统计方法(fngf)气候趋势分析全解气候趋势分析全解第一页，共56页。第六章第六章 气候气候(qhu)(qhu)变变化趋势分析化趋势分析第1页/共56页第二页，共56页。第2页/共56页第三页，共56页。1.1861 1.1861年以来，全球的气温变化趋势如何年以来，全球的气温变化趋势如何年以来，全球的气温变化趋势如何年以来，全球的气温变化趋势如何(rh)(rh)？2.2.找出找出找出找出2020世纪气温增幅最大的两个时期。世纪气温增幅最大的两个时期。世纪气温增幅最大的两个时期。世纪气温增幅最大的两个时期。第3页/共56页第四页，共56页。可能的影响健康健康天气原因的死

2、亡现象传染病自然灾害自然灾害频率地理分布强度水资源水资源水量水质用水竞争海岸带海岸带沿岸侵蚀沿岸土地淹没沿岸城乡保护的成本自然生态区自然生态区物种和栖息地的丧失农业农业作物产量灌溉用水的需求变化气候变化气温降水海平面上升气候变化的影响(yngxing)第4页/共56页第五页，共56页。2008 2008年春节前后年春节前后年春节前后年春节前后(qinhu)(qinhu)中国雪灾中国雪灾中国雪灾中国雪灾第5页/共56页第六页，共56页。20092009年年1111月月1111日大雪日大雪(dxu)(dxu)（太原（太原/石家石家庄）庄）第6页/共56页第七页，共56页。第7页/共56页第八页，共

3、56页。2009年年11月月10日湖北冰雹日湖北冰雹(bngbo)十十级大风级大风 渔民吓得腿软渔民吓得腿软第8页/共56页第九页，共56页。第9页/共56页第十页，共56页。20102010年西南年西南(xnn)(xnn)干旱干旱第10页/共56页第十一页，共56页。挖地八天找水挖地八天找水第11页/共56页第十二页，共56页。这是这是2006年年2月月,德国南部部分地区遭遇暴风雪天德国南部部分地区遭遇暴风雪天气。据当地气象学家称，这是德国南部近十年来气。据当地气象学家称，这是德国南部近十年来遭遇的最强降雪。遭遇的最强降雪。第12页/共56页第十三页，共56页。这是这是2006年年2月月23

4、日，距菲律宾首都马尼拉日，距菲律宾首都马尼拉东南东南675公里的吉恩萨贡村公里的吉恩萨贡村2月月17日被暴雨日被暴雨引发的泥石流袭击，造成上千人丧生。引发的泥石流袭击，造成上千人丧生。第13页/共56页第十四页，共56页。这是这是2006年年5月月10日，一名男子在喷泉中享受清凉。日，一名男子在喷泉中享受清凉。当日，巴基斯坦部分地区最高温度达到当日，巴基斯坦部分地区最高温度达到49摄氏度。摄氏度。第14页/共56页第十五页，共56页。2006年年7月月18日，一名青年跳入英国的泰晤士河游泳。日，一名青年跳入英国的泰晤士河游泳。7月，英国出现了据称是近百年来的最高气温。月，英国出现了据称是近百年

5、来的最高气温。第15页/共56页第十六页，共56页。2006年年7月月23日，在法国东南部的里昂，一只猴子端日，在法国东南部的里昂，一只猴子端起瓶子喝水。在今年热浪袭击期间，法国共有起瓶子喝水。在今年热浪袭击期间，法国共有112人人直接死于高温直接死于高温第16页/共56页第十七页，共56页。2006年年7月月19日，在德国东部的一片麦田中，一位日，在德国东部的一片麦田中，一位农民手捧受到高温干旱影响而颗粒干瘪的麦穗。农民手捧受到高温干旱影响而颗粒干瘪的麦穗。第17页/共56页第十八页，共56页。气候变暖，雪线气候变暖，雪线(xuxin)(xuxin)升高，气候变冷，雪线升高，气候变冷，雪线(

6、xuxin)(xuxin)下降下降 。第18页/共56页第十九页，共56页。第一节第一节 线性倾向线性倾向(qngxing)(qngxing)估计估计基本概念：基本概念：基本概念：基本概念：-气候时间序列：随时间变化的一列气候数据。气候时间序列：随时间变化的一列气候数据。气候时间序列：随时间变化的一列气候数据。气候时间序列：随时间变化的一列气候数据。如年降水总量序列、月海表温度序列、季平均气温序如年降水总量序列、月海表温度序列、季平均气温序如年降水总量序列、月海表温度序列、季平均气温序如年降水总量序列、月海表温度序列、季平均气温序列等。列等。列等。列等。-气候序列的基本特点：气候序列的基本特点

7、：气候序列的基本特点：气候序列的基本特点：1 1 1 1）数据取值随时间变化；）数据取值随时间变化；）数据取值随时间变化；）数据取值随时间变化；2 2 2 2）每一时刻取值的随机性；）每一时刻取值的随机性；）每一时刻取值的随机性；）每一时刻取值的随机性；3 3 3 3）前后）前后）前后）前后(qinhu)(qinhu)(qinhu)(qinhu)时刻数据之间存在相关性、时刻数据之间存在相关性、时刻数据之间存在相关性、时刻数据之间存在相关性、持续性；持续性；持续性；持续性；4 4 4 4）序列整体有上升或下降趋势，呈周期振荡）序列整体有上升或下降趋势，呈周期振荡）序列整体有上升或下降趋势，呈周期

8、振荡）序列整体有上升或下降趋势，呈周期振荡 5 5 5 5）某一时刻数据取值出现转折或突变。）某一时刻数据取值出现转折或突变。）某一时刻数据取值出现转折或突变。）某一时刻数据取值出现转折或突变。第19页/共56页第二十页，共56页。拉萨站冬季气温拉萨站冬季气温(qwn)(qwn)的异常的异常（1958-20071958-2007）第20页/共56页第二十一页，共56页。对样本量为对样本量为n n、预报量、预报量y y与预报因子与预报因子x(x(时间时间(shjin)(shjin)变量变量)的一组样本，如果认为的一组样本，如果认为y y与与x x是一种统计线性关系，预报量的估计量与是一种统计线性

9、关系，预报量的估计量与x x有有如下关系：如下关系：第21页/共56页第二十二页，共56页。1 1 1 1，回归系数，回归系数，回归系数，回归系数b b b b 回归系数回归系数回归系数回归系数b b b b表示了变量表示了变量表示了变量表示了变量y y y y的趋势倾向。的趋势倾向。的趋势倾向。的趋势倾向。b b b b符号符号符号符号为正，说明变量随时间为正，说明变量随时间为正，说明变量随时间为正，说明变量随时间t t t t的增加呈上升趋势，反的增加呈上升趋势，反的增加呈上升趋势，反的增加呈上升趋势，反之则为下降趋势，之则为下降趋势，之则为下降趋势，之则为下降趋势，b b b b值的大小

10、值的大小值的大小值的大小(dxio)(dxio)(dxio)(dxio)反应了上反应了上反应了上反应了上升和下降升和下降升和下降升和下降的速率，即倾向程度。的速率，即倾向程度。的速率，即倾向程度。的速率，即倾向程度。2 2 2 2，相关系数，相关系数，相关系数，相关系数r r r r 变量与时间的相关系数表示变量变量与时间的相关系数表示变量变量与时间的相关系数表示变量变量与时间的相关系数表示变量y y y y随时间变随时间变随时间变随时间变化程度。要判断变化趋势的程度是否显著，就要化程度。要判断变化趋势的程度是否显著，就要化程度。要判断变化趋势的程度是否显著，就要化程度。要判断变化趋势的程度是

11、否显著，就要对相关系数进行显著性检验。对相关系数进行显著性检验。对相关系数进行显著性检验。对相关系数进行显著性检验。第22页/共56页第二十三页，共56页。举举 例例 1第23页/共56页第二十四页，共56页。第24页/共56页第二十五页，共56页。第25页/共56页第二十六页，共56页。第26页/共56页第二十七页，共56页。举举 例例 2第27页/共56页第二十八页，共56页。第28页/共56页第二十九页，共56页。第二节第二节 累积累积(lij)(lij)距平距平一、方法概述一、方法概述一、方法概述一、方法概述 累积距平也是一种常用的、由曲线直观累积距平也是一种常用的、由曲线直观累积距平

12、也是一种常用的、由曲线直观累积距平也是一种常用的、由曲线直观(zhgun)(zhgun)(zhgun)(zhgun)判判判判断断断断变化趋势的方法。对于序列变化趋势的方法。对于序列变化趋势的方法。对于序列变化趋势的方法。对于序列x,x,x,x,其某一时刻其某一时刻其某一时刻其某一时刻t t t t的累的累的累的累积距平表示为：积距平表示为：积距平表示为：积距平表示为：其中，其中，其中，其中，第29页/共56页第三十页，共56页。二、计算步骤二、计算步骤 （1）计算出）计算出x的均值；的均值；（2）根据上式逐一计算出各）根据上式逐一计算出各个时刻的个时刻的累积距平值。累积距平值。注意：最后一个注

13、意：最后一个(y)累积累积距平值为距平值为0(相当于全部距平的相当于全部距平的和，当然为和，当然为0)。第30页/共56页第三十一页，共56页。三、计算结果分析三、计算结果分析三、计算结果分析三、计算结果分析 1 1）累积距平曲线呈上升趋势，表示距平值增）累积距平曲线呈上升趋势，表示距平值增）累积距平曲线呈上升趋势，表示距平值增）累积距平曲线呈上升趋势，表示距平值增加加加加(正距平为主正距平为主正距平为主正距平为主)；2 2）呈下降趋势，表示距平值减小）呈下降趋势，表示距平值减小）呈下降趋势，表示距平值减小）呈下降趋势，表示距平值减小(负距平为负距平为负距平为负距平为主主主主)；3 3）从曲线

14、明显的上下起伏，可以判断其长期）从曲线明显的上下起伏，可以判断其长期）从曲线明显的上下起伏，可以判断其长期）从曲线明显的上下起伏，可以判断其长期显著的的演变趋势及持续性变化，甚至还可以显著的的演变趋势及持续性变化，甚至还可以显著的的演变趋势及持续性变化，甚至还可以显著的的演变趋势及持续性变化，甚至还可以判断出发生突变的大致时间判断出发生突变的大致时间判断出发生突变的大致时间判断出发生突变的大致时间(shjin)(shjin)。从曲线。从曲线。从曲线。从曲线小的波动可以考察其短期的距平值变化。小的波动可以考察其短期的距平值变化。小的波动可以考察其短期的距平值变化。小的波动可以考察其短期的距平值变

15、化。第31页/共56页第三十二页，共56页。b b 西风漂流区的年平均海温距平西风漂流区的年平均海温距平西风漂流区的年平均海温距平西风漂流区的年平均海温距平(实线实线实线实线)和累积曲线和累积曲线和累积曲线和累积曲线(虚线虚线虚线虚线(xxin);(xxin);c c 赤道太平洋区年平均海温距平赤道太平洋区年平均海温距平赤道太平洋区年平均海温距平赤道太平洋区年平均海温距平(实线实线实线实线)和累积曲线和累积曲线和累积曲线和累积曲线(虚线虚线虚线虚线(xxin).(xxin).图图图图1b 1976 1b 1976 年是个明显的转折点年是个明显的转折点年是个明显的转折点年是个明显的转折点,在这在

16、这在这在这之前累积曲线基本上呈上升趋势之前累积曲线基本上呈上升趋势之前累积曲线基本上呈上升趋势之前累积曲线基本上呈上升趋势(qsh),(qsh),海温以正距平主海温以正距平主海温以正距平主海温以正距平主,这之这之这之这之后累积曲线呈下降趋势后累积曲线呈下降趋势后累积曲线呈下降趋势后累积曲线呈下降趋势(qsh),(qsh),海温以负距平为主。海温以负距平为主。海温以负距平为主。海温以负距平为主。1951-1975 1951-1975 年平均海温距平为年平均海温距平为年平均海温距平为年平均海温距平为0.20.2,而而而而1977-1977-1993 1993 年平均海温距平为年平均海温距平为年平均

17、海温距平为年平均海温距平为-0.28-0.28。这就是说西风漂流区年平均海温这就是说西风漂流区年平均海温这就是说西风漂流区年平均海温这就是说西风漂流区年平均海温从从从从1951-1975 1951-1975 年至年至年至年至1977-1993 1977-1993 年下年下年下年下降了降了降了降了0.480.48。图图图图1c 1981 1c 1981 年是个明显的转折点年是个明显的转折点年是个明显的转折点年是个明显的转折点,在这在这在这在这之前累积曲线呈下降趋势之前累积曲线呈下降趋势之前累积曲线呈下降趋势之前累积曲线呈下降趋势(qsh),(qsh),海温以负距平为主海温以负距平为主海温以负距平

18、为主海温以负距平为主,这这这这之后累积曲线呈上升趋势之后累积曲线呈上升趋势之后累积曲线呈上升趋势之后累积曲线呈上升趋势(qsh),(qsh),海温以正距平为主。海温以正距平为主。海温以正距平为主。海温以正距平为主。1951-1980 1951-1980 年平均海温距平为年平均海温距平为年平均海温距平为年平均海温距平为-0.080.08,1982-1993,1982-1993 年为年为年为年为0.210.21,赤赤赤赤道太平洋年平均海温道太平洋年平均海温道太平洋年平均海温道太平洋年平均海温1981 1981 年后比年后比年后比年后比1981 1981 年前增加了年前增加了年前增加了年前增加了0.

19、290.29。第32页/共56页第三十三页，共56页。第33页/共56页第三十四页，共56页。第34页/共56页第三十五页，共56页。第三节第三节 滑动滑动(hudng)(hudng)平均平均（wei47wei47）一、方法概述一、方法概述一、方法概述一、方法概述 滑动平均是趋势拟合技术滑动平均是趋势拟合技术滑动平均是趋势拟合技术滑动平均是趋势拟合技术(jsh)(jsh)(jsh)(jsh)最基础最基础最基础最基础的方法，的方法，的方法，的方法，它相当于低通滤波器。用确定时间序列的平滑它相当于低通滤波器。用确定时间序列的平滑它相当于低通滤波器。用确定时间序列的平滑它相当于低通滤波器。用确定时间

20、序列的平滑值来显示变化趋势。值来显示变化趋势。值来显示变化趋势。值来显示变化趋势。第35页/共56页第三十六页，共56页。对样本量为对样本量为对样本量为对样本量为n n n n的序列的序列的序列的序列x x x x，其滑动平均序列，其滑动平均序列，其滑动平均序列，其滑动平均序列为：为：为：为：其中，其中，其中，其中，k k k k为滑动长度，为滑动长度，为滑动长度，为滑动长度，k k k k最好取奇数，以使平最好取奇数，以使平最好取奇数，以使平最好取奇数，以使平均值可以均值可以均值可以均值可以(ky)(ky)(ky)(ky)加到时间序列中项的时间坐标上。加到时间序列中项的时间坐标上。加到时间序

21、列中项的时间坐标上。加到时间序列中项的时间坐标上。第36页/共56页第三十七页，共56页。二、计算二、计算(j sun)步骤步骤 n个数据可以得到个数据可以得到n-k+1的平的平滑值。先滑值。先用前用前k个数据求和，得到一个数个数据求和，得到一个数字，然后依字，然后依次用这个数字减去平均时段的次用这个数字减去平均时段的第一个数第一个数字，并加上第字，并加上第k+1个数据，再用个数据，再用求出的值除求出的值除以以k，循环这样的过程计算，循环这样的过程计算(j sun)出第出第2个到第个到第n-k+1个平滑值。第一个平滑值就个平滑值。第一个平滑值就是前是前k个数个数据的平均值。据的平均值。第37页

22、/共56页第三十八页，共56页。三、计算结果分析三、计算结果分析 主要从滑动平均序列曲线主要从滑动平均序列曲线图来诊断图来诊断(zhndun)其变化趋其变化趋势。例如：看其演变趋势有几势。例如：看其演变趋势有几次明显的波动，是呈上升还是次明显的波动，是呈上升还是下降趋势。下降趋势。第38页/共56页第三十九页，共56页。第39页/共56页第四十页，共56页。第40页/共56页第四十一页，共56页。三、五、七和九点二次平滑三、五、七和九点二次平滑(pnghu)(pnghu)一、方法概述一、方法概述 对时间序列做三点二次、五点二次、七对时间序列做三点二次、五点二次、七点二次和九点二次平滑，与滑动平

23、均一样，点二次和九点二次平滑，与滑动平均一样，也起到低通滤波的作用，以展示也起到低通滤波的作用，以展示(zhnsh)(zhnsh)出变化趋势。出变化趋势。优点：可以克服滑动平均削弱过多波幅优点：可以克服滑动平均削弱过多波幅的缺点。的缺点。第41页/共56页第四十二页，共56页。对时间序列对时间序列x x，用二次多项式，用二次多项式拟合：拟合：根据最小二乘法原理确定系数根据最小二乘法原理确定系数 、，可以得到可以得到(d do)(d do)三点二次、五三点二次、五点二次、七点二次和九点二次点二次、七点二次和九点二次平滑公式：平滑公式：第42页/共56页第四十三页，共56页。三点三点(sn din

24、)五点五点七点七点九点九点注意注意(zh y)：这里：这里i取值对谁而言取值对谁而言第43页/共56页第四十四页，共56页。二、计算二、计算二、计算二、计算(j sun)(j sun)步骤步骤步骤步骤 （1）根据实际问题需要及样本量大小确）根据实际问题需要及样本量大小确定平滑定平滑(pnghu)的点数的点数k，然后根据前面的，然后根据前面的算式直接对观测数据进行平滑算式直接对观测数据进行平滑(pnghu)计计算，得到算，得到n-k+1个平滑个平滑(pnghu)值。值。（2）对五、七及九点端点的平滑）对五、七及九点端点的平滑(pnghu)值，分别由相邻的二、三、四点值，分别由相邻的二、三、四点平

25、滑平滑(pnghu)值平均得到。这样就可以得值平均得到。这样就可以得到到n个平滑个平滑(pnghu)值。值。第44页/共56页第四十五页，共56页。注意：滑动长度选取不同，得到的变化趋势注意：滑动长度选取不同，得到的变化趋势也有差别。因此，根据也有差别。因此，根据(gnj)分析目的和分析目的和对象选取恰当的平滑时段是较重要的。对象选取恰当的平滑时段是较重要的。第45页/共56页第四十六页，共56页。第46页/共56页第四十七页，共56页。第四节第四节第四节第四节 变化趋势的显著性检验变化趋势的显著性检验变化趋势的显著性检验变化趋势的显著性检验(jinyn)(jinyn)(jinyn)(jiny

26、n)对于累积距平、滑动平均等方法得到的对于累积距平、滑动平均等方法得到的变化趋势曲线图往往进行直观判断。对趋势变化趋势曲线图往往进行直观判断。对趋势十分明显十分明显(mngxin)的容易得出结论，而有的容易得出结论，而有时则很难直观得到结论，这是可以借助统计时则很难直观得到结论，这是可以借助统计检验的办法。检验的办法。第47页/共56页第四十八页，共56页。一、方法概述一、方法概述 对于气候序列对于气候序列 ,在在i i时刻，时刻，有有可见，可见，是是i i时刻以后时刻以后(yhu)(yhu)的数值的数值 大于该时大于该时刻值刻值 的样本个数。的样本个数。第48页/共56页第四十九页，共56页

27、。计算统计计算统计(tngj)量量对于递增直线，对于递增直线，序列为序列为n-1,n-2,.,1,这时，这时，Z=1；对于递减直线对于递减直线Z=-1.给定给定显著性水平显著性水平 ，则判据：，则判据：第49页/共56页第五十页，共56页。如果如果如果如果则认为变化趋势在则认为变化趋势在则认为变化趋势在则认为变化趋势在 显著显著显著显著(xi(xi nzh)nzh)水平下是水平下是水平下是水平下是显著显著显著显著(xi(xi nzh)nzh)的。的。的。的。第50页/共56页第五十一页，共56页。二、计算步骤二、计算步骤 1.对原气候序列或用某种方法得对原气候序列或用某种方法得到趋势序列，计算

28、其统计量到趋势序列，计算其统计量 。2.计算统计量计算统计量Z。3.计算判据计算判据 ，若，若 则判断则判断(pndun)变化趋势是显著变化趋势是显著的。的。第51页/共56页第五十二页，共56页。第52页/共56页第五十三页，共56页。第53页/共56页第五十四页，共56页。1）根据拉萨站夏季气温资料，利用气候趋）根据拉萨站夏季气温资料，利用气候趋势三种分析方法判断该地区气温随时间势三种分析方法判断该地区气温随时间(shjin)的变化情况。的变化情况。2）对上述序列进行五点二次平滑并作图）对上述序列进行五点二次平滑并作图（包括原始序列和滑动平均序列）（包括原始序列和滑动平均序列）作业作业(zuy)第54页/共56页第五十五页，共56页。-50%-40%-30%-20%-10%0 10%20%30%40%50%全球全球(qunqi)年降水量的变化趋势（年降水量的变化趋势（19002000年）年）第55页/共56页第五十六页，共56页。