中国气温和降水序列年代际分量的显著性检验

中国气温和降水序列年代际分量的显著性检验

谢瑶瑶;李丽平;王盘兴;罗小莉

【摘要】对1951—2008年中国160站年和四季的气温、降水序列是否服从正态分布进行显著性检验,以此为基础进一步对气温和降水序列中的年代际异常分量显著性作了严格的统计学分析,结果表明：1）大多数测站气温序列服从正态分布,大多数测站降水序列不服从正态分布;气温、降水序列是否服从正态分布与地域有一定联系。2）气温、降水序列中年代际变化分量的显著性存在明显差异,多数测站气温序列年代际分量显著,只有少数测站降水序列的年代际分量显著。3）因为1951—2008年中国160站年、季气温和降水序列不全服从正态分布,特别是降水%On the basis of the normality significance test of the annual and seasonal temperature and rainfall series at 160 stations in China from 1951 to 2008,the significance of the interdecadal anomaly components of temperature and rainfall series is statistically analyzed.The results show that：1）Temperature at most stations was normally distributed while rainfall was not,which was somewhat related to the regions.2） There was obvious difference in the significance of interdecadal components of temperature and rainfall series.The interdecadal component of temperature was significant at most stations while it was the case at only a few stations for rainfall.3） Since not all the annual and seasonal temperature and rainfall,especially the rainfall series,were normally distributed at the 160 stations in China from 1951 and 2008,the statistical significance should be tested by Monte Carlo scheme.

【期刊名称】《大气科学学报》

【年(卷),期】2011(034)004

【总页数】9页(P467-475)

【关键词】中国年和季气温、降水;线性分量;年代际变化分量;方差贡献;显著性检验【作者】谢瑶瑶;李丽平;王盘兴;罗小莉

【作者单位】南京信息工程大学气象灾害省部共建教育部重点实验室,江苏南京210044;南京信息工程大学气象灾害省部共建教育部重点实验室,江苏南京210044;南京信息工程大学气象灾害省部共建教育部重点实验室,江苏南京210044;南京信

息工程大学气象灾害省部共建教育部重点实验室,江苏南京210044

【正文语种】中文

【中图分类】P423

年、季平均气温和降水量是最基本的气候状态参数，它们的年代际变化分量为短期气候预测提供背景(施能等，1995;施能，1996;陈兴芳和孙林海，2002;李崇银等，2002)，也是气候变化及异常研究关注的基本问题。方差分析是判断气象要素序列方差构成中年代际分量显著性的基本方法，常用于方差分析显著性检验的方法有F 检验和Monte Carlo显著性检验方法。依据统计学理论，F检验的样本序列必须

来自正态分布的母体。按照统计学原理(穆德和格雷比尔，1982;李贤平，1997;盛

骤等，2001;施能，2002;黄嘉佑，2007;魏凤英，2007)，大样本平均量一般服从

正态分布，据此可直接假定气温和降水序列服从正态分布，采用F检验方法对气温、降水序列的年代际分量作显著性检验。问题在于，气温和降水序列的取样独立性在时、空两方面均难以保证，由它们求得的大样本平均量也就不一定服从正态分

布，这很容易导致虚假的检验结果，近年来一些研究者提出了这个问题。施能和陈辉(1988)研究了我国35个测站的月降水量，发现它们均不服从正态分布。陈雅芬等(1994)指出江西年、月平均气温和年降水量服从正态分布，月降水量一般不服

从正态分布。胡文东等(2006)、方建刚等(2009)分别对宁夏和陕西的月、季、年

降水量进行正态性分析，指出年降水量服从正态分布，月降水量则不然，并且其地理分布存在明显的地域特征。曹杰和陶云(2002)指出降水量的统计分布具有较强

的局地性。周雁翎等(2007)、赵佩红(2007)对不服从正态分布的气象要素进行了

正态化处理。这些研究都表明气象要素的概率分布十分复杂，在对其进行统计分析之前，有必要先研究其分布特征，在此基础上，再选择合适的统计检验方法。

本文首先对中国160站年、季气温和降水是否服从正态分布进行统计检验;对遵循

正态分布的要素，同时使用F检验和Monte Carlo检验方法对其中年代际分量的

显著性进行检验，并对比分析两种方法检验结果的异同。

本文所用资料为国家气象信息中心提供的1951—2008年中国160站逐月气温和

降水量资料。根据需要，把资料整理成年平均、季平均气温和年、季降水总量序列。其中，春、夏、秋和冬季分别对应3—5月、6—8月、9—11月和12月—次年2月。

某站要素序列x是本文的直接分析对象，其元素x(t)是第t年的年、季平均气温或总降水量，是大样本统计量。记其对应距平序列为x'，其年代际分量记为x's。x'、x's的标量形式为

根据中心极限定理(穆德和格雷比尔，1982)，若随机变量相互独立且服从同一分布，当样本充分大时，其均值或和近似服从正态分布。由于单站日气温(降水)既不相互独立，也不一定服从同一分布(施能等，1997;施能等，2004)，故它们的均值(或总量)的x(t)不一定服从正态分布。在对要素x序列的年代际变化分量进行方差

显著性分析前，首先需判断x(t)是否服从正态分布，以确定适当的方差贡献显著性