气象统计方法第一章气象及其表示方法.

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， 2004.3

3、施能著《气象统计预报》，气象出版社，2009.11
中单个或多个变量。

第一节 单个要素的气象资料
1、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

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

4） 变率和变差系数
1）意义：

说明变量值变化的大小。
2）变率

绝对变率：距平绝对值的平均。
1 n Va   xi  x n i 1

相对变率： 绝对变率与平均值之比
Va Vr  x

3）变差系数

标准差与平均值之比（%）

Sx 1 1 2 Vp   （xi - x）  x x n i 1
表示变量的相对变化，

n

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：
4、吴洪宝等著《气候变率诊断和预测方法》，气象出版社，

2010.6
5、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 第二章 气候稳定性检验 第三章 选择最大信息的预报因子 第四章 一元线性回归分析 第五章 多元线性回归分析

第六章 气候趋势分析

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（1958-2007）

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 是方差。

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），
第七章 主分量分析

第八章 聚类分析

第一章 气象资料及其表示方法

一、气象资料（研究对象）
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
全球监测系统

ARGO计划

气象监测意义：
1. 记录天气、气候的实际情况 2. 了解气候的基本状况
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
要素样本中资料分布的特点---用一些统计量

表征。
1）平均值

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。

平均ຫໍສະໝຸດ Baidu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）

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）。

方 差

向量表示形式：

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

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。

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
对气象要素x,资料长度n,其表达式：

xt  x xzt  Sx

t 1， 2,  , n

特征：1）标准化变量的平均值为0。
2）标准化变量的方差为1。

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
距平/平均值*100%

1）计算降水距平，即观测值减去平均值
2）1步骤所得结果除以该平均值，乘以100 ％，即为降水距平百分比 注意：当观测值序列时间比较长，超过30年，可以 选择1980－2009的平均值，作为步骤1中的平均值
气象统计方法
主讲：温 娜

南京信息工程大学 大气科学学院 2015年3月
本课件主要参考南信大李丽平老师课件

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。

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

3. 分析研究气候变化规律
4. 气候预测 （第一张天气图的诞生）

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）

二、气象资料的表示
气象中单个或多个要素可看成为统计学