《氣象統(tǒng)計方法》教學大綱

1、氣象統(tǒng)計方法Meteorological Statistical Method一、課程基本情況課程類別：專業(yè)任選課課程學分：2 學分課程總學時： 32 學時，其中講課： 24 學時，實驗（含上機）： 8 學時，課外 學時課程性質：選修開課學期：第6學期先修課程：高等數(shù)學，概率統(tǒng)計，線性代數(shù)，天氣學原理, 氣象程序設計及繪圖適用專業(yè)：大氣環(huán)境專業(yè)教 材：施能編，氣象統(tǒng)計預報，氣象出版社，2009出版開課單位：大氣科學學院 氣候學系 二、課程性質、教學目標和任務氣象統(tǒng)計方法是大氣物理專業(yè)的一門專業(yè)任選課，它是在概率統(tǒng)計、線性代數(shù)等課程基礎上，學習利用統(tǒng)計方法對氣象特征及成因進行診斷或對氣象現(xiàn)象進行

2、預報的方法。通過本課程的教學，使學生能夠掌握對天氣、氣候現(xiàn)象進行診斷分析及預報的常用統(tǒng)計學方法的基本原理和技術，包括挑選與統(tǒng)計檢驗預報因子、建立預報工具、統(tǒng)計與分析氣象資料中的統(tǒng)計規(guī)律，并且培養(yǎng)學生運用所學的方法與技能從事科學研究的能力，為將來從事大氣物理方面的業(yè)務及科學研究工作打下基礎。 三、教學內容和要求第1章 氣象資料及其表示方法（5學時）1.1單個要素的氣象資料(3學時)（1）了解氣象資料對于氣象業(yè)務和科研的重要性；（2）了解單要素氣象數(shù)據(jù)資料的表達及幾何意義；（3）掌握描述單要素氣象數(shù)據(jù)資料統(tǒng)計特征的基本統(tǒng)計量，如平均值、中位數(shù)、眾數(shù)、距平、方差、 均方差、絕對變率、相對變率、頻率分

3、布、總體與樣本、分布函數(shù)、分布列與頻率表等；（4）理解各個統(tǒng)計量在氣象分析和研究中的具體含義；（5）理解并掌握常用統(tǒng)計量如平均值、距平、均方差等的實際應用情況； 1.2多要素的氣象資料(2學時)（1）了解多要素氣象數(shù)據(jù)資料的矩陣表達及幾何意義；（2）掌握描述多要素（變量）氣象數(shù)據(jù)資料統(tǒng)計特征的基本統(tǒng)計量，如均值向量、協(xié)方差與協(xié)方差矩陣、多維頻率表、多維分布列等概念；（3）理解各個統(tǒng)計量在氣象分析和研究中的具體含義；（4）掌握區(qū)域資料的整理和利用方法、數(shù)據(jù)的標準化與正態(tài)化方法；（5）掌握多要素常用統(tǒng)計量如均值向量等的實際應用情況；重點：描述氣象資料基本統(tǒng)計特征的各統(tǒng)計量表達式、區(qū)域資料整理和利用

4、方法，數(shù)據(jù)標準化和正態(tài)化方法難點：各統(tǒng)計量表征的含義及應用第2章 選擇最大信息的預報因子（4學時）2.1概率和條件概率以及預報指標(0.5學時)（1）了解概率和條件概率的概念；（2）掌握如何利用條件概率的概念確定預報指標；2.2天氣預報指標的統(tǒng)計檢驗(1學時)（1）掌握二項分布的概念；（2）掌握符合二項分布的三個條件；（3）掌握二項分布在天氣預報指標統(tǒng)計檢驗中的應用；2.3 假設檢驗中的基本問題（0.5學時）（1）了解假設檢驗的基本思想（2）掌握假設檢驗中涉及的基本概念及基本步驟2.4簡單相關系數(shù)及檢驗(1學時)（1）掌握簡單相關系數(shù)的概念、意義、計算公式；（2）掌握簡單相關系數(shù)的統(tǒng)計檢驗方法

5、及應用；2.5偏相關系數(shù)(0.5學時)（1）了解偏相關系數(shù)的意義；（2）掌握偏相關系數(shù)的概念及三個要素時的計算表達式；（3）理解其應用；2.6高自相關變量間相關系數(shù)(0.5學時)（1）了解對高自相關變量相關系數(shù)檢驗需計算有效自由度的必要性（2）掌握有效自由度的計算方法重點：條件概率在確定預報指標中的應用，以及天氣預報指標的統(tǒng)計檢驗；各類相關系數(shù)的定義、功能及統(tǒng)計檢驗；難點：假設檢驗的基本理解，偏相關系數(shù)概念的理解及應用。第3章 回歸分析（6學時）3.1 一元線性回歸（2學時)（1）了解一元線性回歸的基本概念；（2）掌握一元線性回歸原理，包括：一元線性回歸方程的三種回歸模型，回歸系數(shù)的最小二乘估

6、計、回歸系數(shù)要滿足的正規(guī)方程組；掌握一元線性回歸系數(shù)與相關系數(shù)的關系，（3）了解對回歸方程進行方差分析的意義，掌握回歸方差與剩余方差的定義及計算方法，掌握回歸方程的統(tǒng)計檢驗（F檢驗）；（4）掌握利用一元線性回歸方程進行預報的思路；（5）了解回歸分析和相關分析的區(qū)別；3.2多元回歸分析(2學時)（1）了解一元線性回歸的基本概念（2）掌握多元線性回歸方程的模型、回歸系數(shù)的最小二乘估計、回歸系數(shù)要滿足的正規(guī)方程組；（3）了解復相關系數(shù)的定義及計算方法。（4）了解對回歸方程進行方差分析的意義，掌握回歸方差與剩余方差的定義及計算方法，掌握回歸方程的統(tǒng)計檢驗（F檢驗）；（5）掌握利用多元線性回歸方程進行預

7、報的步驟；3.3逐步回歸方法(2學時)（1）掌握預報因子重要性檢驗方法及原理；（2）掌握逐步回歸的基本思想和具體步驟，正規(guī)方程組求解與求逆的矩陣變換方法，矩陣變換方法的性質及計算、逐步回歸中方差貢獻的計算方法，引入與剔除變量的F檢驗方法及原理，逐步回歸中剩余標準差計算；（3）理解其實際應用；重點：一元（多元）線性回歸模型和不同形式的回歸方程組；回歸方差與剩余方差的定義及計算方法；回歸方程的統(tǒng)計檢驗。難點：回歸系數(shù)的最小二乘估計方法；逐步回歸的基本思想和具體步驟。第4章 氣候趨勢分析（3學時）4.1線性傾向估計（1學時）（1）了解分析氣象要素氣候變化趨勢的必要性和意義；（2）掌握線性傾向估計方法

8、的原理；（3）理解該方法在氣象要素變化趨勢分析中的應用；4.2滑動平均（0.5學時）（1）掌握滑動平均方法的原理和計算；（2）理解該方法在氣象要素變化趨勢分析中的應用；4.3二次平滑方法（0.5學時）（1）掌握二次平滑方法的原理和計算；（2）理解該方法在氣象要素變化趨勢分析中的應用；4.4累積距平（0.5學時）（1）掌握累積距平方法的原理和計算；（2）理解該方法在氣象要素變化趨勢分析中的應用；4.4變化趨勢的顯著性檢驗（0.5學時）（1）掌握氣候變化趨勢的顯著性檢驗方法及計算；重點：掌握線性傾向估計、滑動平均、累積距平等常用氣象要素變化趨勢分析方法；難點：理解上述方法的應用。第5章 氣候穩(wěn)定性

9、檢驗（2學時）5.1平均值的顯著性檢驗（1學時）（1）掌握檢驗某一地區(qū)氣候是否具有穩(wěn)定性、兩個地方的氣候是否有顯著差異的均值檢驗方法（u檢驗、t檢驗）；（2）了解上述方法的應用；5.2方差的顯著性檢驗（1學時）（1）掌握檢驗某一地區(qū)氣候是否具有穩(wěn)定性、兩個地方的氣候是否有顯著差異的方差檢驗方法（x2檢驗、F檢驗）；重點：均值、方差穩(wěn)定性檢驗的方法；難點：均值、方差檢驗的釋用。第6章 氣象場的自然正交展開（4學時）6.1氣象場的自然正交展開原理（3學時）（1）了解自然正交函數(shù)分析方法的基本思想、功能及其優(yōu)點；（2）了解自然正交函數(shù)分析方法的原理；（3）掌握特征向量、時間系數(shù)的確定； （4）理解特

10、征向量和時間系數(shù)的物理意義；（5）掌握應用自然正交函數(shù)分析方法進行氣象要素場分析的步驟、方差貢獻率的計算與收斂性的分析；掌握時空轉換技術；6.2氣象場的自然正交展開方法的應用（1學時）理解并掌握自然正交函數(shù)分析方法在氣象要素場分析中的釋用。重點：自然正交展開方法的基本原理及物理內涵。難點：特征向量和時間系數(shù)的分析。實驗部分：實驗內容和要求序號項目名稱所需學時內 容 提 要項目要求實驗類型必開選開實驗一基本統(tǒng)計量的計算和應用2求500hPa高度場氣候場、距平場和均方差場綜合實驗二各相關系數(shù)的應用12計算給定數(shù)據(jù)資料的簡單相關系數(shù)和自相關系數(shù)綜合實驗三一元線性回歸2求給定數(shù)據(jù)的一元線性回歸方程綜合實驗四氣象要素時空特征分析2對給定的海溫數(shù)據(jù)進行EOF分析綜合四、課程考核（1）作業(yè)等：作業(yè)：3 次，課程論文： 0 篇；（2）考核方式：閉卷考試（3）總評成績計算方式：平時成績30%、期中考試20