第四章氣候變化趨勢(shì)分析

第四章氣候變化趨勢(shì)分析第一頁(yè)，共十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五隨時(shí)間變化的一列氣候數(shù)據(jù)構(gòu)成了一個(gè)氣候時(shí)間序列。氣候時(shí)間序列一般具有以下特征：數(shù)據(jù)的取值隨時(shí)間變化；每一時(shí)刻取值的隨機(jī)性；前后時(shí)刻數(shù)據(jù)之間存在相關(guān)性和持續(xù)性；序列整體上有上升或下降趨勢(shì)，并呈現(xiàn)周期振蕩；在某一時(shí)刻的數(shù)據(jù)取值出現(xiàn)轉(zhuǎn)折或突變。前兩種特征是一般規(guī)律，后幾種則在不同的序列有不同的表現(xiàn)。本章介紹氣候趨勢(shì)的診斷方法下一章介紹突變的檢測(cè)方法第六章介紹時(shí)間序列周期的提取第二頁(yè)，共十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五對(duì)任一氣候時(shí)間序列xi都可以看成是由以下幾個(gè)分量構(gòu)成：xt=Ht+Pt+Ct+St+atHt為氣候趨勢(shì)分量，指幾十年的時(shí)間尺度顯示出的氣候變量上升下降趨勢(shì)，是一種相對(duì)序列長(zhǎng)度的氣候波動(dòng)；Pt為氣候序列存在的一種固有的周期性變化，例如年、月變化；Ct為循環(huán)變化分量，代表氣候序列周期長(zhǎng)度不嚴(yán)格的隱含周期性波動(dòng)；St是平穩(wěn)時(shí)間序列分量；at是隨機(jī)擾動(dòng)項(xiàng)。St具有兩個(gè)特點(diǎn)：繞同一水平均勻擺動(dòng)，即數(shù)學(xué)期望、方差不隨時(shí)間變化；不同時(shí)刻之間的相關(guān)函數(shù)只是這兩個(gè)時(shí)刻之差的函數(shù)，與時(shí)間起點(diǎn)無(wú)關(guān)。第三頁(yè)，共十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五§4.1線性傾向估計(jì)（線性趨勢(shì)）方法：一元線性回歸用xi表示樣本量為n的某一氣候變量，用ti表示所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，建立xi與ti之間的一元線性回歸：式中a為回歸常數(shù)，b為回歸系數(shù)。a和b可以用最小二乘法進(jìn)行估計(jì)。第四頁(yè)，共十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五ti與xi之間的相關(guān)系數(shù)r為：對(duì)于線性回歸計(jì)算結(jié)果，主要分析回歸系數(shù)b和相關(guān)系數(shù)r。第五頁(yè)，共十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五b的符號(hào)表示氣候變量的傾向趨勢(shì)。b>0表明隨時(shí)間增加x呈上升趨勢(shì)，b<0表示隨時(shí)間增加x呈下降趨勢(shì)。b的大小反映上升或下降的速率，即表示上升或下降的傾向程度。因此，通常將b稱為傾向值，將這種方法叫做線性傾向估計(jì)。r表示變量x與時(shí)間t之間的線性相關(guān)的密切程度。r的符號(hào)與b相同，因此r也可以說(shuō)明x的上升下降趨勢(shì)，要判斷變化趨勢(shì)是否顯著可對(duì)r進(jìn)行檢驗(yàn)。P39，例4.1P40，例4.2第六頁(yè)，共十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五§4.2滑動(dòng)平均滑動(dòng)平均相當(dāng)于低通濾波器，保留低頻部分，去掉高頻部分。用確定時(shí)間序列的平滑值來(lái)顯示變化趨勢(shì)。對(duì)樣本量為n的序列x，其滑動(dòng)平均序列表示為：k為滑動(dòng)長(zhǎng)度，一般取奇數(shù)，以使平均值可以加到時(shí)間序列中項(xiàng)的時(shí)間坐標(biāo)上。第七頁(yè)，共十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五經(jīng)過(guò)滑動(dòng)平均后，序列中短于滑動(dòng)長(zhǎng)度的周期大大削弱，顯示出變化趨勢(shì)。分析時(shí)主要從滑動(dòng)平均序列曲線圖來(lái)診斷其變化趨勢(shì)。例如：看變化趨勢(shì)有幾次明顯的波動(dòng)，是呈上升還是下降趨勢(shì)。P42，例4.3。第八頁(yè)，共十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五§4.3累積距平對(duì)序列x，其某一時(shí)刻t的累積距平表示為：其中將n個(gè)時(shí)刻的累積距平值全部算出，就可繪出累積距平曲線進(jìn)行趨勢(shì)分析。第九頁(yè)，共十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五累積距平曲線呈上升趨勢(shì)，表示有正距平值，呈下降趨勢(shì)則表示有負(fù)距平值。從曲線明顯的上下起伏，可以判斷其長(zhǎng)期顯著的演變趨勢(shì)及持續(xù)性變化，甚至還可診斷出發(fā)生突變的大致時(shí)間。（？）P44，例4.4第十頁(yè)，共十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五§4.4五、七、九點(diǎn)二次平滑也是起到低通濾波的作用，它可以克服滑動(dòng)平均削弱過(guò)多波幅的缺點(diǎn)。對(duì)于時(shí)間序列x，用二次多項(xiàng)式擬合：根據(jù)最小二乘法確定系數(shù)a0，a1，a2，可以分別得到五點(diǎn)二次、七點(diǎn)二次和九點(diǎn)二次平滑公式：P46，例4.5第十一頁(yè)，共十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五§4.5變化趨勢(shì)的顯著性檢驗(yàn)非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法：對(duì)氣候序列xi，在i時(shí)刻，i=1，2，…，n-1，有計(jì)算統(tǒng)計(jì)量對(duì)于遞增直線，r序列為n-1，n-2，…，1，這時(shí)Z=1，對(duì)于遞減直線Z=-1，則Z值在-1至1之間變化。給定顯著性水平