气象统计方法第一章气象资料及其表示方法.ppt
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气象统计方法要求:1、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,在此基础上作一些简单的气候预测等2、了解其它方法在业务和科研中的应用,对后期学习起引导作用课时安排总学时:48学时(1-16周)讲授为主,课堂练习考核方式平时成绩(出勤、课堂作业)期末考试参考书目:1、李湘阁等《气象统计方法》,2、黄嘉佑著《气象统计分析与预报方法》,气象出版社,2004.33、施能著《气象统计预报》,气象出版社,2009.114、吴洪宝等著《气候变率诊断和预测方法》,气象出版社,2010.65、魏凤英著《现代气候统计诊断与预测技术》,气象出版社,2009.9教学内容第一章气象资料及其表示方法1.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2.气象监测ARGO计划气象监测意义: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中单个或多个变量。第一节单个要素的气象资料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。例如:取某要素月平均值的n年资料几何意义:(1)n维空间中的一个点(2)一维空间(单坐标)中的n个点举例:1.某站点1958至2007年的气温2.某站点1960至2010年一月份的气温3.某站点某时段冬季/夏季降水2、数据资料的统计特征平均值概念在气象上的应用: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。例如:某地气候状态(对于逐月资料,一般分别求各月多年的平均值,所以会有12个月平均值场;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)距平含义:反映数据偏离平均值的状况,也是通常所说的异常。距平序列:单要素样本中每个样本资料点的距平值组成的序列称为距平序列,也可以记为距平向量。气象上的应用:中心化的概念: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料值作为研究对象。中心化的必要性:因为气象要素的年变化周期影响很大,各月的平均值不一样,为了使之能在同一水平下比较,常使用距平值(比如之前的举例)。特性:距平值的平均值为0,使用方便;直接作为预报值,比较直观(偏高/偏低)。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?江苏省气温异常(1958-2007)3)方差和均方差(标准差)对气象要素x,资料长度n,其表达式:含义: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,反映变量围绕平均值的平均变化程度(离散程度),是方差。方差气象上的应用:1)如果12月份气温标准差比1月份大,反映了12月份气温随时间变化幅度比1月大。2)对于同一个月(例如12月),如果南京气温的标准差比拉萨小,表明拉萨冬季气温的变化幅度比较大。(内陆日变化较沿海大,这个日变化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)均方差小的要素预报比大的困难还是容易?原因?4)变量减去某常数后均方差相同。5)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。数据的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位的变量----标准化变量。江苏省气温异常及其标准化降水距平百分率4)变率和变差系数3)变差系数标准差与平均值之比(%)表示变量的相对变化,注意:绝对变率和标准差的数量级与变量平均值的量级有关。有些同类型变量,彼此之间平均值差别大,若要比较它们的变化性用绝对变率和标准差不恰当,应当利用相对变率或变差系数。5)频率分布累积频率概念的引入:平均值和均方差相同,但取值很大区别,区别其特征,就需要引入新的统计量------累积频率。累积频率:变量小于某上限的次数与总次数之比。(样本特征—直方图)总体(母体):统计分析对象的全体。样本:总体中的一部分。理解与应用:总体的特征是客观存在的样本的特征随样本而变,与其有关的变量均称为随机变量,如平均值、均方差等选取有代表性的样本很重要样本量n>=30,根据数理统计中的大数定理推断得到。气象上的总