气候变化及其诊断第四章+基本气候状态的统计检验

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《现代气候统计诊断与预测技术》全册配套完整教学课件 (二)

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完整教学课件 (二)
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气候统计基本气候状态的统计检验PPT课件

若观测到的差异表明真实的差异存在的证据越强，则越有理由表明存在真实的差异。
❖ 检验所用的显著性水平：针对具体问题的具体特点，事先规定检验标准。
显著性检验的基本思想
❖ 由以上原理得到的操作过程：把观测到的显著性水平与作为检验标准的显著性水平比较。
若小于该标准时，则拒绝原假设；若大于该标准，则认为没有足够证据拒绝原假设。
1 1
❖ 则：Vaˆr[x]s2 s2(11) ，
n n 11
其中 (11)/(11) 为方差膨胀系数
有效自由度
❖ 实际上气候变量的一个突出特点就是具有红噪声谱，即不同时间的数据之间不是完全独立的(不是随机的)；
❖ 气候变量某一时刻的状况对后面的状况是有影响的，很多气候变量有很强的持续性或者很高的自相关；
置信度间隔
参数检验 ——单样本t检验
❖ 最为常用的统计检验；
❖ t分布为对称分布，非常类似于Gaussian分布，但极值处（左右两侧）具有的概率分布高于Gaussian分布；
❖ 适用于两种情况：
总体方差未知时；遵从正态分布的均值检验，小样本也适用。
参数检验 ——单样本t检验
❖ t分布只有一个参数，，称为“自由度”，自由度无限增大时，t 分布将趋近于 Gaussian分布，实际上，当自由度大于30后，两者的分布曲线基本接近。
❖ 第二类：原假设H 0 实际上是不正确的，但我们却错误地接受了它，这是犯了“纳伪”的错误，称为第二类错误，用表示。
假设性检验可能犯的两类错误 —— 图示
零分布的PDF
特定H A 正确前提下的检验统计量分布的PDF
Area
A rea 0 .0 5
当减小，则必然增加，因此为了较好的平衡误差概率的发生，有时会选择较不严格的显著性水平，如 0.10

气象统计期末复习解读

第一章气象资料及其表示方法 1、平均值2、距平含义：反映数据偏离平均值的状况距平序列：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。

3、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。

4、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）。

5、中心化的特性：距平值的平均值为/偏低）。

6、方差和均方差（标准差）对气象要素x,资料长度n, 含义：S X 是均方差，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），S X 2是方差。

7、方差和均方差（标准差）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，如果南京气温的标准差比北京小，说明北京气温变化幅度大。

(内陆日变化较沿海大,这个日变化大小的比较就使用标准差比较的)3）均方差小的要素预报比大的容易。

均方差越大，变量不确定性越大，预报越困难。

4）变量减去某常数后均方差相同。

8、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）9、总体(母体)：统计分析对象的全体。

样本：总体中的一部分。

10、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。

Sx X Xt Xzt /)(-=目的：为了消去单位量纲不同所造成的影响。

正态化的必要性：各类统计预报模型和统计检验方法(F,t,u,X 2检验)要求资料是符合正态分布正态化的处理方法：立方根或四次方根；双曲正切转换；化为有序数后的正态化转换(标准化和正态化)11、标准化变量的平均值为0。

标准化变量的方差为1。

12、峰度系数与偏度系数峰度系数与偏度系数是用来衡量随机变量分布密度曲线形状的数字特征，描述了气候变量的分布特征。

气候统计基本气候状态的统计量理论概率分布

例如台风季节内台风发生的次数的概率、可能的干旱或冷时段的发生率
如沿高速公路加油站的数量或者某一地区出现冰雹的分布特征；
事件发生次数依赖于所选择的单位间隔。
离散分布 ——Poisson分布（2）
Poisson分布相对于二项式分布的优点：
二项式分布要求事件发生的条件是严格独立的，气象数据很难严格满足这个条件，而Poisson分布可用于分析依赖程度（相关性）不高的事件；
P r { X x } p x ( 1 p ) 1 x ,(x 0 ,1 )
伯努利资料
Ja 1654 in Basel, Switzerland
Died: 16 Aug 1705 in Basel, Switzerland
离散分布 ——二项式分布（6）---例子
说明
E [ X ] 是一个实数,而非变量,它是一种加权平均,与一般的平均值不同 , 它从本质上体现了随机变量 X 取可能值的真正平均值, 也称均值.
常见离散型随机变量的数学期望
分布
(0-1)分布 X~B(1, p) 二项分布 X~B(n, p)
分布律
E (X )
P { X k } p k (1 p )1 k
在实际应用中许多随机现象服从泊松分布。这种情况特别集中在两个领域中。一是社会生活，对服务的各种要求：诸如在单位时间内，电话交换台中来到的呼叫数，公共汽车站来到的乘客数等等都近似地服从泊松分布，因此在运筹学及管理科学中泊松分布占有很突出的地位；另一领域是物理学，放射性分裂落到某区域的质点数，热电子的发射，显微镜下落在某区域中的血球或微生物的数目等等都服从泊松分布。因此泊松分布的应用十分广泛。
事件发生的概率不随实验变化；每次实验发生的事件（成功或者失败）是相互独立

气候变化的基本概念

气候变化的基本概念一、气候系统的组成气候系统是一个复杂的地球系统，包括大气、水圈、生物圈和岩石圈等组成部分。

这些组成部分之间相互作用，共同决定地球的气候状态。

气候系统的变化是指其长期平均状态或统计特性的变化，这些变化可能是逐渐的，也可能是突然的。

二、气候变化的观测事实自工业革命以来，地球的气候系统已经发生了显著的变化。

观测数据表明，全球平均气温已经上升了约1摄氏度，海平面升高了约20厘米，冰雪覆盖面积大幅度减少。

同时，极端天气事件的频率和强度也发生了变化，例如暴雨、洪涝、干旱和飓风等灾害的发生频率增加。

这些变化已经对全球生态系统和社会经济产生了深远的影响。

三、气候变化的原因气候变化的原因可以分为自然原因和人为原因两大类。

自然原因包括太阳辐射、火山喷发、地球轨道变化等，这些因素可以影响气候系统的状态。

而人为原因主要是指人类活动对气候系统的影响，其中最重要的原因是温室气体排放。

人类活动排放的温室气体主要包括二氧化碳、甲烷和氮氧化物等，这些气体的增加会导致温室效应加剧，从而导致全球气候变暖。

四、气候变化的科学评估为了全面了解气候变化的状况和影响，科学家们进行了大量的研究和分析。

政府间气候变化专门委员会（IPCC）是评估全球气候变化的权威机构，其评估结论被广泛认可和接受。

根据IPCC的评估报告，全球气候变暖是一个科学事实，其对生态系统和社会经济的影响已经显现，未来影响还将进一步加剧。

五、气候变化的影响和风险气候变化的影响和风险是多方面的。

首先，生态系统遭受了严重的影响，包括物种灭绝、生态平衡破坏和生物多样性减少等。

其次，社会经济发展也受到了影响，例如农业生产受到威胁、水资源短缺、海平面上升和极端天气事件频发等。

此外，人类健康、经济发展和社会稳定等方面也都受到了气候变化的影响和风险。

为了应对这些影响和风险，我们需要采取积极的措施来减缓气候变化并适应其影响。

六、减缓和适应气候变化的措施减缓气候变化的主要措施包括减少温室气体排放和促进可再生能源的发展。

统计学在气象学研究中的应用气候变化与天气预报

统计学在气象学研究中的应用气候变化与天气预报统计学在气象学研究中的应用——气候变化与天气预报气候变化和天气预报对我们的日常生活产生了重要影响。

随着科技的进步，我们能够利用统计学的方法来更准确地研究气象学中的气候变化和天气预报。

在这篇文章中，我们将探讨统计学在气象学研究中的应用，以及它如何提高我们对气候变化和天气预报的理解。

一、气候变化统计分析气候变化指的是长期时间尺度上的气候模式的变化。

通过统计学的方法，我们可以分析气候系统中的变化趋势、周期性和异常事件。

1. 趋势分析趋势分析是通过对过去几十年或几百年的气象观测数据进行统计分析来确定气候变化的趋势。

例如，我们可以使用线性回归分析来研究气温、降雨量和风速的变化趋势。

通过观察和分析这些趋势，我们可以预测未来气候的变化。

2. 周期性分析周期性分析是研究气候变化中的循环模式。

统计学方法可以帮助我们确定El Niño、La Niña等气候现象的周期性，并预测它们未来的发展。

周期性分析对于天气预报和农业生产非常重要，因为它可以帮助我们了解某一地区在某个季节可能会出现的气候模式。

3. 异常事件分析通过统计学的方法，我们可以研究和分析气候系统中的异常事件，如极端气候事件（例如干旱、洪水、飓风等）。

通过分析过去发生的异常事件，我们可以确定其发生的概率及可能的影响，并提供预警措施以避免或减轻其对人们生活的影响。

二、天气预报的统计学方法天气预报是一种通过收集气象数据并将其与统计模型相结合来预测未来天气情况的方法。

统计学在天气预报中发挥着重要作用。

1. 模式识别统计学方法可以帮助我们识别和分析过去气象数据中的模式。

通过分析过去的天气数据，我们可以找到与特定天气现象相关的模式。

这些模式包括气压、温度、湿度等因素的变化规律，通过对这些模式的识别，我们可以更准确地预测未来的天气情况。

2. 集合预报集合预报是一种基于统计学的方法，通过对多个不同的天气模型运行进行平均或组合，来提高天气预报的准确性。

现代气候统计诊断与预测技术第2版

现代气候统计诊断与预测技术第2版现代气候统计诊断与预测技术第2版是一本非常重要的学术著作，旨在为广大气候科学研究者和预测模型开发者提供深入理解和应用气候统计诊断与预测技术的指南。

本书由国内外知名气候学家合作撰写，综合了多个领域的最新研究成果，涵盖了气候诊断、气候预测的各个方面。

1. 气候统计诊断技术气候统计诊断技术是研究气候变化和变率的重要手段。

本书从基础概念出发，详细介绍了气候统计诊断的方法和原理。

其中包括基本的统计理论、气候观测数据的处理方法以及常用的气候指数计算方法等。

通过掌握这些方法，研究者可以更准确地诊断气候变化的特征和趋势，为进一步的预测提供基础。

2. 气候预测技术气候预测是对未来气候变化趋势和极端事件发生概率的预测。

本书系统地介绍了气候预测的理论和方法，包括统计模型、动力模型和混合模型等。

还介绍了常用的气候预测评估指标，以及如何正确解读和使用气候预测结果。

精确的气候预测对于农业、城市规划、水资源管理等领域具有重要的应用价值。

3. 现代气候统计诊断与预测技术的应用案例本书还提供了许多实际应用案例，展示了现代气候统计诊断与预测技术在不同领域的应用效果。

在农业方面，可以利用气候统计诊断技术，为农作物的种植和收成提供科学依据。

气候预测技术可以对农业生产中的干旱、洪涝等极端气象事件进行预警，减少损失。

在城市规划方面，气候统计诊断与预测技术可以帮助设计合理的城市布局和建筑物结构，提高城市的适应性和韧性。

4. 个人观点和理解在我看来，现代气候统计诊断与预测技术是气候研究中不可或缺的工具。

随着全球气候变化的加剧，准确预测未来的气候变化趋势对于社会经济发展和人类生活的可持续性至关重要。

而气候统计诊断技术则可以帮助我们深入了解过去和现在的气候变化情况，为预测提供准确的基础数据。

本书的出版对于提升我国气候研究水平，保护生态环境和推动可持续发展具有重要意义。

总结回顾：现代气候统计诊断与预测技术第2版是一本全面介绍气候统计诊断和预测技术的学术著作。

气候学

2. 气候动力学阶段认为气候是不断变化的，着重研究气候的变化及其机理。在研究方法上采用多种手段，包括定量观测、数据分析，以及数值模拟和动力学理论研究，从根本上探讨气候形成和变化的物理机制和动力学过程。 3. 气候系统阶段引进了“气候系统”的概念，认为气候的形成和变化是气候系统各子系统相互作用和相互影响的结果。往往将全球作为一个整体进行研究。
dl m dZ
为垂直入射时的 m 倍。天顶距较大时，须考虑大气曲率和大气折射的影响。
四. 大气透明度若介质的光学性质是均匀的，有，
P e

e
K
为介质的透明系数。对于均质大气高度 H 0 和密度 0 ，
1 m H0

l
0
dl
根据上式有，
I I0 e
气候系统示意图
•
气候系统的组成
1. 大气圈是气候系统中最活跃和最容易变化的部分，其中对流层是气候变化研究的主要部分。其余气候子系统基本是通过影响大气圈间接影响气候。大气环流的变化是各种气候异常和气候灾害发生的直接原因。
2. 水圈 • 包括海洋、湖泊、河流和地下水，和大气中的液态水。 • 其中海洋在气候变化中具有非常重要的作用。 • 海洋的垂直结构一般分为三层： (1) 混合层（2）温跃层（3）下均匀层
为纬度，为太阳赤纬，为时角
考虑日地距离、太阳高度角后大气上界任一水平面上某时刻太阳辐射强度为，
1 I 2 I0 (sin sin cos cos cos ) D
3. 可照时角（白昼长度）时角：一日中太阳某瞬时的位臵偏离正午时太阳位臵的角距离。可照时角：日出（ 0 ）到日没（ 0 ）的时角差( 20 )，即白昼的长度。因

气候模式评估指标的计算方法与解释

气候模式评估指标的计算方法与解释气候模式评估是研究气候变化和预测的重要工具。

为了评估气候模式的性能，科学家们开发了一系列指标来衡量模式的准确性和可靠性。

本文将介绍一些常用的气候模式评估指标的计算方法和解释。

一、平均气候状态平均气候状态是指某个特定时间段内的气候平均值。

常用的计算方法是将模式模拟结果与观测数据进行比较，计算它们之间的差异。

例如，可以计算模式模拟的年平均温度与观测数据的年平均温度之间的差异。

这种方法可以帮助评估模式模拟的整体准确性。

二、气候变率气候变率是指气候变化的幅度和速度。

常用的计算方法有标准差和趋势分析。

标准差可以衡量模式模拟结果与观测数据之间的差异程度，趋势分析可以揭示模拟结果中的长期变化趋势。

这些指标可以帮助评估模式模拟的变化能力和可靠性。

三、极端气候事件极端气候事件是指气候中的极端现象，如暴雨、干旱和热浪等。

评估模式模拟的极端气候事件通常需要考虑多个指标，如频率、强度和持续时间等。

通过比较模式模拟结果与观测数据，可以评估模式对极端气候事件的模拟能力。

四、年际和季节际变化年际和季节际变化是指气候在不同年份和季节之间的变化。

常用的计算方法是通过计算模式模拟结果和观测数据之间的相关系数来评估模式对年际和季节际变化的模拟能力。

较高的相关系数表示模式能够较好地模拟观测数据的变化趋势。

五、空间分布空间分布是指气候在地球表面的分布情况。

为了评估模式的空间分布能力，科学家们通常将模式模拟结果与观测数据进行比较，并计算它们之间的差异。

常用的计算方法包括均方根误差和偏差等。

这些指标可以帮助评估模式模拟的空间一致性和准确性。

六、不确定性估计不确定性估计是指模式模拟结果的可信度和置信度。

由于气候系统的复杂性和不确定性，模式模拟结果往往存在一定的误差。

为了评估模式的不确定性，科学家们通常使用统计方法，如置信区间和蒙特卡洛模拟等。

这些方法可以帮助评估模式模拟结果的可靠性和稳定性。

综上所述，气候模式评估指标的计算方法和解释涉及多个方面，包括平均气候状态、气候变率、极端气候事件、年际和季节际变化、空间分布和不确定性估计等。

气候变化与生态环境教学大纲教案资料

《气候变化与生态环境》教学大纲二、教学目标及任务通过本课程的教学，使学生掌握气候变化的一些基本概念、基本理论和基本分析技能，重点掌握气候变化趋势、突变、转折的分析方法；了解气候变化与生态环境的关系，气候变化对动物、植物、水资源、食品安全、人类健康等的影响。

通过学习培养学生在以后的生态学课程学习和研究过程中，能够从气候变化的角度看待和研究生态学问题。

三、学时分配教学课时分配四、教学内容及教学要求第一章绪论第一节气候与气候变化1.什么是气候、气候学？2.气候变化的概念？习题要点：气候是指气象要素和天气过程在某一长时期内的平均值及变率的统计特征。

气候学是研究气候形成及气候特征在空间分布和时间演变的学科。

气候变化是较长时期的气候演变，也泛指各种时间尺度的气候演变。

第二节气候变化与社会生活、经济发展之间的关系第三节气候变化研究的主要方法及意义1.气候变化研究的主要方法有哪些？习题要点：经验性预测方法、数理统计预测方法、气候动力学模式预测方法本章重点、难点：本章重点集中在第一节和第三节，重点为学生理清概念、方法的原理以及应用情况。

难点在气候变化研究方法上，因为这些方法涉及了较深的物理、数学知识。

教学要求：通过本章的学习，要求学生理解并掌握气候、气候变化的概念，了解气候变化与社会生活、经济发展之间的关系，理解气候变化研究的主要方法。

第二章气候变化第一节气候系统的组成与气候变化1.气候系统的组成有哪些？2.气候系统与气候变化之间的关系？习题要点：1.大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈、生物圈2.通过分析各圈层与大气圈的相互作用，给出其对气候变化的影响。

第二节气候变化的诱因1.气候变化的影响因素有哪些？习题要点：大气组分的改变、温室效应、天文因素、陆地植被的改变等。

第三节气候变化监测1.气候变化的监测指标有哪些？2.气候变化监测机构有哪些？习题要点：1.分不同要素给出其相应的检测指标。

2.给出不同部门的检测机构。

第四节当代气候变化的证据第五节当代气候变化的特点1.当代气候变化的特点是什么？习题要点：人为活动影响加剧、气候变化速率加快、气候变化的区域差异显著、气候变化预测的不确定性因素增加。

气候的基本特征

气候的基本特征气候是指一定地区在较长时间内的天气状况的统计结果。

气候的基本特征取决于该地区的经纬度、海拔高度、地形地貌、大气环流等因素，下面将从这些方面分别介绍气候的基本特征。

1. 经纬度的影响经纬度是衡量地球上位置的标准。

经度影响着地区的日照时间和季节变化，而纬度则决定了地区的太阳高度角和气温分布。

赤道附近的地区由于太阳直射，气温较高，季节变化不明显；而极地地区由于太阳倾斜角度小，太阳高度角低，气温很低，极夜和极昼现象也很明显。

2. 海拔高度的影响海拔高度是指地面相对于海平面的高低程度。

随着海拔的增加，气温逐渐下降，气压也逐渐降低，空气含氧量减少，湿度变小。

这是因为随着海拔的增加，大气压力和温度递减率减小，导致空气的膨胀和冷却。

因此，高海拔地区气温低，气压小，氧气稀薄，降水量也较少。

3. 地形地貌的影响地形地貌主要包括山脉、平原、河流、湖泊等。

山脉对气候有阻挡和屏蔽作用，使得山脉背风面的气候比风ward面的气候更加干燥。

平原地区由于没有阻挡，气候较为湿润。

河流和湖泊对气候也有调节作用，能够增加降水量，调节温度。

4. 大气环流的影响大气环流是指地球大气中的气流运动。

赤道附近的大气环流称为副热带高压带，这里的气候炎热多雨。

而靠近两极的地区则形成极地高压带，气候寒冷干燥。

此外，存在于赤道两侧的副热带低压带和温带高压带也对气候产生重要影响。

这些大气环流系统决定了地区的风向风力和降水分布。

气候的基本特征受到经纬度、海拔高度、地形地貌和大气环流等多个因素的共同影响。

了解气候的基本特征对于预测天气、农业生产、旅游规划以及环境保护等都具有重要意义。

因此，我们需要不断深入研究气候的形成机制和变化规律，以更好地适应和利用气候资源。

气候突变的定义和检测方法

气候突变的定义和检测方法气候突变是指在一个相对较短的时间段内，气候系统发生的显著变化，表现为气候要素的异常波动，如气温、降水、风速等。

这些波动通常会对生态环境、经济和社会生活产生重要影响。

因此，对气候突变进行检测和预警显得尤为重要。

气候突变的检测方法主要分为传统方法和现代技术。

传统方法包括统计分析、趋势分析、 EOF分析等。

其中，统计分析通过计算相关统计指标如均值、方差、偏度等来检测气候突变；趋势分析则通过拟合线性或非线性趋势线来检测气候突变；EOF分析通过展开气候变量场的空间结构来检测气候突变。

现代技术则包括机器学习、深度学习等方法。

这些方法利用大数据和计算能力强等特点，自动识别出气候突变的模式和特征。

通过对实际数据的分析，发现不同检测方法的效果存在差异。

传统方法如统计分析、趋势分析和 EOF分析在处理简单气候数据时效果较好，但面对复杂多变的气候数据时可能会出现误判或漏报。

而现代技术如机器学习、深度学习等方法在处理复杂气候数据时表现出色，能够自动提取出隐藏在数据中的模式和特征，提高检测的准确性和效率。

气候突变的影响广泛而深远，涉及生态环境、经济和社会生活等多个方面。

例如，气候突变可能导致极端天气事件频繁发生，对农业、能源、交通等领域产生严重影响；同时也会对生态系统、水资源和人类健康产生重大威胁。

因此，我们需要深入研究和掌握气候突变的规律和影响，为应对气候变化提供科学依据。

应对气候突变需要采取综合性的措施，包括减缓气候变化、适应变化和积极应对气候风险等。

减缓气候变化主要通过减少温室气体排放来实现，如推广清洁能源、提高能源利用效率等。

适应变化则通过调整人类活动和基础设施等方式来实现，如建设防洪设施、选用耐候农作物等。

我们也需要加强国际合作，共同应对气候变化带来的挑战。

气候突变是一个重要的现象，需要我们和研究。

本文介绍了气候突变的定义和检测方法，并探讨了气候突变的影响和应对措施。

通过实证分析，我们发现不同检测方法的效果存在差异，需要结合使用多种方法来提高检测的准确性和效率。

气候模式与全球气温变化趋势一致验算

气候模式与全球气温变化趋势一致验算气候模型是研究全球气候系统运行规律以及预测未来气候变化趋势的重要工具。

它基于大气、海洋、陆地等各种变量的复杂相互作用关系建立模型，模拟气候系统的动态变化过程。

通过对模型的运行结果与实际观测数据进行验证和对比，可以评估模型对全球气温变化趋势的预测能力。

为了验证气候模型的准确性，科学家们采用多种方式与观测数据进行比对。

其中最常用的手段是对模型的输出结果与历史观测数据进行对比，以检验模型是否能够准确地再现过去的全球气温变化趋势。

此外，科学家们还会使用不同的模拟实验来检验模型的可靠性，例如通过对比不同模型的预测结果，评估模型的一致性和稳定性。

实际上，对气候模型进行验证是一个复杂且常态化的过程。

由于气候系统的复杂性和不确定性，模型结果与实际观测数据之间存在一定的差异是正常现象。

然而，科学家们正致力于不断改进和提升模型的精度和可靠性。

近年来，随着科技的进步和数据的积累，气候模型越来越能够准确地再现全球气温变化趋势，并对未来的温度变化进行可靠的预测。

全球气温变化趋势的验证主要依赖于与实际观测数据的对比。

科学家们会使用来自气象观测站、卫星遥感数据、沉积物记录等多种观测资料来评估模型的预测能力。

通过对比模型的输出结果与实际观测数据的趋势和变化幅度，可以判断模型的准确性和可信度。

近年来，多个独立的研究机构和国际组织进行了大规模的模型验证工作。

例如，国际气候变化评估机构（Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC）每隔几年就组织全球范围内的科学家共同参与全球气候模式的评估与验证工作。

这种国际合作的方式不仅能够提高模型验证的科学性和可靠性，还可以增强公众对气候模型预测结果的信任度。

总体而言，目前已有的多个气候模型在全球气温变化趋势的预测和验证方面取得了显著进展。

尽管模型与实际观测数据之间的差异仍然存在，但科学家们对模型的预测能力持有较高的信心。

气象统计方法复习资料

气象统计方法复习资料学习内容：Chapter 1-气象资料及其表示方法Chapter 2-选择最大信息的预报因子Chapter 3-气候稳定性检验Chapter 4-气候趋势分析Chapter 5-一元线性回归Chapter 6-多元线性回归Chapter 7-逐步回归Chapter-8-气象变量场时空结构分离复习题：1、气象统计预报是利用统计学方法对气象（气候）样本进行分析来估计和推测总体的规律性。

2、突变可分为：均值突变、变率突变、趋势突变。

3、气候统计诊断分析与天气统计诊断分析的不同点是研究对象不同，一个是（气候特征），一个是（天气特征）。

相同点是数据资料都必须是（长时间）的观测数据。

4、（）需要对结论进行一系列的推断，分析结论的可信程度以及是否为因果关系。

A 统计分析；B统计诊断；5、采用统计诊断的方法研究天气、气候现象，可以用于哪些方面（）<多选>。

A 了解区域性或者全球性天气、气候现象的时空分布特征、变化规律及异常程度；B 探索气候变量及其与其它物理因素之间的联系；C 对数值模拟结果与实际变化状况之间的差异进行统计诊断，为改进模式提供线索和指导；6、对天气、气候现象进行统计诊断分析，一般分为四步。

首先，（）；其次，（）；再次，（）；最后，（）。

A科学综合和诊断；B选择诊断方法；C资料预处理；D收集资料；7、气候统计预测，一般分为四步。

首先，（）；其次，（）；再次，（）；最后，（）。

A建立统计模型；B统计检验；C预测结论；D收集资料；8、统计预测模型在利用大量（）观测资料对气候系统内部或与其它变量之间关系的变化规律及特征分析基础上建立的，用于对（）状态进行估计。

在这一预测过程中，假设气候变化的成因和物理机制至少在（）期间与（）期间一致；气候系统保持稳定。

A过去；B未来；C预测；D观测；9、气候统计预测过程主要由以下4个要素构成：1、（），例如：夏季降水量，8月份高温日数、暴雨日数；2、（），通常为从某些统计上显著相关的预报因子群提取的有效信息；3、（），根据数据性质、预测对象和预测因子特点，选择合适的统计预测模型；4、（），对未来气候变化状态时间、空间、数量、性质等方面的预测。

现代气候学第1章：现代气候学基础

气候与天气的联系和区别：
时间尺度、变化特点、影响因子
气候的定义
气候是一定地点或一定地区上大气的长年状况，用各种气候要素的统计值表示；
气候是一地区天气的平均状态和一般过程，研究各种天气系统、大气环流的平均状态；
天气的平均状态
在某一时间段内气候要素的平均值和变率的统计描述
现代气候的定义：
在太阳辐射和气候系统各子系统相互作用下，地球上某一区域在某一特定时段内气候要素的平均值和变率的统计状态。
1.2现代气候学和传统气候学
分支：
按研究尺度可分为：大气候学、中气候学和小气候学；按研究所用的原理和方法可分为：天气气候学、物理
气候学、动力气候学、卫星气候学、统计气候学和地理气候学；按研究时段和所用资料可分为地质时期气候学、历史时期气候学和现代气候学。
气候学研究的三种基本手段
观测
理论
世界气象组织（WMO）规定把30年作为气候标准时段。
过去140年来地球表面平均气温变化情况Βιβλιοθήκη 1.2现代气候学和传统气候学
现代气候学与传统气候学的区别：
传统气候学描述一定区域的气候特点
现代气候学气候形成和变化的原因，要求预测某个地区或全球范围的各个时间尺度的气候变化，即围绕平衡态的扰动或对平衡态的偏差或距平
《联合国气候变化框架公约》（United Nations Framework Convention on Climate Change)，简称《框架公约》) 是１９９２年５月２２日联合国政府间谈判委员会就气候变化问题达成的公约，于１９９２年６月４日在巴西里约热内卢举行的联合国环发大会（地球首脑会议）上通过。
TOGA
海洋观测一览表

全球气候变化全球范围内气候平均状态统计学的气候变动

全球气候变化全球范围内气候平均状态统计学的气候变动气候变化是指气候平均状态随时间的变化，即气候平均状态和离差（距平）两者中的一个或两个一起出现了统计意义上的显著变化。

离差值越大，表明气候变化的幅度越大，气候状态越不稳定。

泛指各种时间尺度气候状态的变化。

范围从最长的几十亿年到最短的年际变化。

可分为地质时期气候变化、历史时期气候变化和现代气候变化。

极端气候：当某地出现的统计学小概率天气、气候“异常”现象，或者说当某地的天气、气候严重偏离其平均状态时，即意味着发生“极端气候”。

世界气象组织规定，如果某个（些）气候要素的时、日、月、年值达到25年以上一遇，或者与其相应的30年平均值的“差”超过了2倍均方差时，这个（些）气候要素值就属于“异常”气候值。

出现“异常”气候值的气候就称为“极端气候”。

干旱、洪涝、高温热浪和低温冷害等都可以看成极端气候。

极端天气事件：是一种在特定地区和时间（一年内）的罕见天气事件。

“罕见”的定义有多种，极端天气事件的罕见程度一般相当于观测到的概率密度函数小于第10个或第90个百分位点。

极端天气特征因地区不同而异。

单一的极端事件不能简单地直接归因于人为气候变化，因为极端事件可能会自然发生。

当一种形态的极端天气持续一定的时间，如某个季节，它可归类于一个极端气候事件，特别是如果该事件产生一个平均极值或总极值（如某个季节的干旱或暴雨）。

1.大气圈方面，全球变暖趋势进一步持续，是全球气候变化的敏感区；我国不同区域气候变化差异明显，青藏地区暖湿化特征显著；极端天气气候事件趋多趋强，气候风险水平呈上升趋势。

2.水圈方面，1870-2018年，全球平均海表温度表现为显著升高趋势。

2018年成为有现代海洋观测记录以来海洋最暖的年份。

1980-2017年，我国沿海海平面呈波动上升趋势，上升速率高于同期全球平均水平。

3.冰冻圈方面，1960-2018年，全球参照冰川之一的天山乌鲁木齐河源1号冰川经历了两次加速消融过程；1981-2018年，青藏公路沿线多年冻土退化明显，活动层厚度呈明显增加趋势；1979-2018年，北极海冰范围呈一致性的下降趋势。

气候变化科学概论课程大纲

课程大纲课程名称：气候变化科学概论课程编号：s001125 课时：32 学时学分：2.0 课程属性：选修课教学目的、要求本课程是为气候变化领域的研究生所开设的专业课程。

课程以专题讲座的形式，由参加政府间气候变化专门委员会（IPCC）科学评估工作的中国科学家进行授课。

重点介绍气候变化事实、归因和预估、气候变化的影响与适应、气候变化减缓与可持续发展、以及气候变化国际谈判与中国的减排行动等方面的最新成果和进展以及未来的发展方向，使学生了解当前气候变化研究的最新进展及焦点热点问题，掌握气候变化科学方面的相关知识，达到启蒙、澄清概念；开阔视野、拓展思路，为今后在气候变化领域开展相关研究工作打下坚实基础；培养青年学生探索求实科学精神的目的。

主要内容主要内容一、气候变化科学的发展和未来地球计划 1 ．天气、气候、气候系统和气候系统变化相关概念介绍。

2 •政府间气候变化专门委员会和气候变化科学介绍IPCC的组成、工作规则、程序和机制；IPCC系列评估报告及其意义和作用；IPCC的未来发展；发展中国家在IPCC活动中的作用和贡献。

3 • IPCC第五次评估报告的主要结论简单介绍IPCC第五次评估报告的主要结论，包括气候系统变暖和极端事件、气候变化驱动因子、情景的发展、模式的发展、适应与减缓和可持续相协调发展的路径等。

4 ．未来地球计划介绍未来地球计划的产生背景、组织架构、工作进展。

二、观测到的气候系统变化 1 ．气候观测系统当代气候观测系统的发展、气候系统观测要素与数据集。

2 ．气候变化长期序列的形成介绍全球地表温度变化序列形成、影响气候变化检测的非均一性、大气再分析资料。

3 ．观测到的大气圈与地表变化大气成分、辐射收支、温度、水循环、大气环流等的变化。

4 ．观测到的冰冻圈的变化山地冰川、南极冰盖和格陵兰冰盖、海冰、积雪、冻土等的变化。

5 ．观测到的海洋变化海洋温度、盐度、热容量、海平面等的变化。

6 ．地球能量收支变化及其在气候系统中的分配三、全新世气候变化 1 ．过去气候变化研究的原理和假设方法学介绍。

气候变化趋势分析与预测

气候变化趋势分析与预测介绍气候变化是当今世界面临的重大问题之一。

随着全球工业化和人类活动的不断增加，地球的气候系统正在发生深刻的变化。

从全球变暖到极端天气事件的增加，气候变化给人类社会和生态系统带来了巨大的挑战和风险。

为了更好地应对气候变化的影响，我们需要进行气候变化趋势的分析与预测。

本文将深入探讨气候变化趋势的分析方法和预测模型。

气候变化趋势分析数据收集与整理要进行气候变化趋势分析，首先需要收集大量的气候数据。

这包括气温、降水量、风速、湿度等各种气象要素数据，以及相关的地球系统数据。

这些数据可通过气象观测站、遥感卫星和模式模拟等途径获取。

收集到的气候数据需要进行整理和标准化，以确保数据的一致性和可比性。

这包括对数据进行校验、去除异常值和缺失值等处理。

同时，还需要将不同数据源的数据进行统一，以便进行后续的分析。

趋势分析方法气候变化趋势分析是通过对气候数据的统计和计算，来揭示气候变化的规律和趋势。

下面介绍几种常用的趋势分析方法：1.线性趋势分析：线性趋势分析是最基本的趋势分析方法之一。

它通过对时间序列数据进行回归分析，得出趋势线的斜率和截距，来描述变量的变化趋势。

线性趋势分析适用于具有线性关系的变量。

2.非参数趋势分析：非参数趋势分析不依赖于特定的数学模型，而是通过统计方法对数据进行分析。

常用的非参数趋势分析方法包括Mann-Kendall 检验、Sen斜率估计等。

非参数趋势分析适用于非线性关系的变量。

3.周期性趋势分析：周期性趋势分析是通过分析时间序列数据中的周期性变化来揭示趋势。

这可以采用傅里叶分析、小波变换等方法来实现。

周期性趋势分析适用于存在周期性变化的变量。

4.空间趋势分析：空间趋势分析是通过对不同位置的气候数据进行比较和分析，来揭示气候变化的空间分布特征。

这可以采用空间插值方法来实现，如克里金插值、径向基函数插值等。

趋势分析结果解释通过趋势分析，可以得到不同气候要素的变化趋势。

例如，我们可以分析气温变化是否呈现上升趋势，降水量是否呈现减少趋势等。

短期气候预测复习整理

短期气候预测复习整理NNP 版第一章：气候系统及其变化和预测第一节：气候和气候状态经典气候的概念：气候是表征地球大气的一些基本要素的平均值。

现代气候学概念：气候系统在较长时间内的平均状态及其变化和变率，一般可用气候系统的平均值和高阶矩统计量表示一段时间内气候系统的结构和行为。

主要反映一个地区的冷暖、干湿等特征。

与经典气候概念的差异：气候升级为气候系统，变率的提出，某一时段的气候状态指这一时段气候系统各个属性的平均统计特征。

第二节：气候系统及其性质气候系统：指包括大气圈、水圈、岩石圈、冰雪圈、生物圈中与气候有关的各自的相互的物理、化学和生物学的运动变化过程的综合系统气候系统分量：大气圈：指分布在地球表面上薄薄的一层气体混合物水圈：指分布在地球上的所有液态水，包括海洋、内海、湖泊、河流、地下水冰雪圈：由地球表面上的大量雪和冰构成，包括格陵兰和南极地区的冰原以及其他大陆的冰川、雪原、海冰和永冻带。

岩石圈：包括大陆和海床，其大陆地形课影响大气运动生物圈：由地面植被、大陆动物群、海洋动植物群落构成气候系统的性质：1、全球性的非孤立系统2、非均匀的热力——动系统，开放的串级系统3、响应时间差异很大，可分为内部系统和外部系统4、不稳定的高度耗散系统5、系统内存在许多反馈机制第三节：气候变化及其原因气候变化的性质：1、是气候系统各分量变化以及相互作用的表现2、具有多态性、多时间尺度变化性、失控性气候变化的原因：外界因子：不受气候变量本身影响，包括一般性因子和区域性因子内部因子：与内部系统不同物理过程中的非线性相互作用有关的变化因子，包括气候系统各个部分之间的反馈、相互作用以及振荡。

第二章：大气环流的基本状况大气环流：指大范围较长时间尺度的大气运动的基本状态( 1000km， 105s)第一节：控制大气环流的基本因子大气本身的特殊性质造成大气准水平、准地转、太阳辐射能量的不均匀分布经向三圈环流、东西风带地球自转地球表面不均匀——破坏纬向环流，促使经向环流产生地面摩擦——有利于东西风带的维持大气内部动力学过程和非线性相互作用第二节：平均水平环流海平面气压场：冬季：阿留申低压、冰岛低压、蒙古高压、加拿大高压， ITCZ 位于南半球夏季：太平洋副高、大西洋副高、南亚热低压、北美热低压和冰岛低压， ITCZ 移至北半球对流层中部平均环流：北半球：冬季三槽三脊，夏季四槽四脊、极涡偏心、最大西风轴会南北移动南半球：特征不明显平流层底部平均环流：冬季 100hpa 的西风带准静止波波长增长，波数减少，一般为两波型，夏季西风环流显著减弱，准静止波的振幅显著变小夏季出现南亚高压第三节：平流层大气环流的若干问题平流层爆发性增温：指冬季平流层极地，高纬度控制区内大范围短时间内温度大幅度增高的现象第四节：东亚大气环流和季风季风：一个地区冬夏盛行风向有明显的季节变化的风系，盛行风向夹角达到 120°季风区：一个地区的盛行风向出现的平均频率达到 40%亚洲季风风场的特点：冬季盛行东北风和西北风，为干季，夏季盛行东南风和西南风，为雨季冬夏季季风源地不同，气团性质不同季风导致的天气现象不同季风成因：海陆热力差异大尺度行星环流的影响(行星尺度风带的南北移动和强度变化)高原大地形的影响(热力作用和动力作用)亚洲季风分区：印度季风(南亚季风) ——热带季风，成员有马斯克林高压、索马里急流、西南季风气流、印度季风槽、热带高空东风急流、南亚高压、高空越赤道急流南海季风——热带季风，基本同上东亚夏季风——副热带季风，成员还包括 ITCZ、副高、梅雨锋、中纬度扰动、澳大利亚冷高压等冬夜季风区的季节进程：冬季主要是西伯利亚冷高压和阿留申低压，夏季主要是印度低压和西太副高第五节：大气环流表征方法大气环流定性特征：分型法、相似法、模态法大气环流指数(定量分析)：西风指数、区域西风指数、大气环流局地特征指数时间平均图、距平图、纬偏图 (用给定时段的平均图减去同时段的纬圈平均值所得的差值图，表示该时段的平均环流转狂与纬圈平均状况的偏差)指数循环：大气环流的中期演变主要表现为纬向环流阶段和经向环流阶段的相互转换，大气中期变化就是西风高低指数之间的相互交替。