气候统计-第一章
城市气候学
前言近几个世纪以来，全球人口急剧膨胀，而且有越来越向城市集中的趋势。
在城市中道路和建筑物鳞次栉比，参差不齐，形成了特殊性质的下垫面；工商业和交通运输频繁，是大气污染物的源地，在一定程度上改变了大气的组成成分；再加上城市中居民的生产和生活活动大量消耗能源，产生越来越多的人为热、温室气体和人为水汽进入大气。
因此，人类活动对气候的影响在城市中表现得最为突出，可以说城市是研究人类活动与气候关系的理想实验室。
所以，研究城市气候非常有实际意义，它一方面在论证人类活动与气候变化的关系上有着重要的理论意义，另一方面在城市气候预报、城市规划、城市建筑物设计、环境保护、能源使用、居民保健、城市灾害防御和生态平衡的改善上都有着非常重要的应用价值。
第一章绪论第一节城市气候学的定义、研究对象和任务一、什么是城市气候1、城市气候：是在区域气候背景之上，经城市化后，在城市这一特殊的下垫面和人类活动的影响之下形成的一种局地气候。
2、城市化地区的特点⑴它是非农业人口高度密集的区域据统计世界人口密度平均为每平方公里28人，而城市人口每平方公里却有数百人乃至数万人。
⑵它是高强度的经济活动区城市交通发达，工业生产、商品流通和消费水平很高，使得生产资料、生活资料和能源使用都高度集中，高速运转，是人类高强度经济活动的所在，使城市环境发生了巨大的改变。
⑶它具有特殊的下垫面坚硬密实、干燥不透水城市中人工建筑物、构筑物高度集中，以坚硬密实、干燥而不透水的建筑材料代替了原来疏松和植物覆盖的土壤或空旷的荒地。
道路纵横交错，建筑物参差不齐，使城市的轮廓忽升忽降。
这种“人为的立体下垫面”无论在物质构成上还是几何形状上都与郊区大不相同。
下垫面是气候形成的重要因素，它与空气间存在着复杂的物质交换和能量交换，又是下层空气运动的边界面。
它对空气的温度、湿度、风速、风向等都有很大的影响，这是导致城市气候与郊区不同的重要原因之一。
同时城市用地由于使用目的不同，又可分为不同的类型，各种用地的功能不同，其下垫面性质也相应地有很大差异，这是造成城市内部气候区域差异的主要原因之一。
气象第一章 第一节大气概况
第一节 大气概况 第二节 气温 第三节 气压 第四节 空气水平运动--风 第五节 大气环流 第六节 大气湿度 第七节 大气垂直运动 第八节 云和降水 第九节 雾和能见度 第十节 船舶海洋水文气象观测
第一节 大气概况
基本概念和知识点：大气成分；大气污
染；大气垂直结构。
重点：大气中的易变成分及其作用；对流
（3）上层：离地面6km到对流层顶，中纬度地区上空盛 行西 风，风速随高度升高而增大，形成高空急流（风速 ≥30m/s），波状式的层流是该层的运动特点。
中层和上层 几乎不受摩擦作用，称为自由大气。对流 层顶：厚度约为1-2km，温度随高度呈等温或逆温状态。
2. 平流层（Stratosphere）：厚度：自对流层顶到大约55km。
4、城市污染监测的主要成分：总悬浮颗粒物，二氧化硫、氮 氧化物
5、产生酸雨的主要成分：二氧化硫 6、产生有毒光化学烟雾：氮氧化物和氢氧化物
总结：
1、对气温有影响：CO2，臭氧，水汽 2、吸收和放射长波辐射：CO2,水汽 3、唯一吸收紫外线：臭氧（O3) 4、产生温室效应：CO2 5、唯一一种在常温常压下能产生相变:水汽 长波辐射：地球大气辐射能量的95%集中在
最轻。湿空气在同一气压和温度下，只有干空气密度 的62.2％。大气中水汽含量范围在0～4％，它也是造 成云、雨、雪、雾等天气现象的主要物质条件。
3、杂质 1)、杂质：
悬浮在空气中的固体或液体微粒，主
要包括尘埃、烟粒、细菌、病毒、花粉和微 小盐粒等，悬浮在大气中的固体或液体颗粒， 又称为气溶胶粒子，包括水汽凝结物（水滴、 冰晶）、微小盐粒等。 2)、对大气的影响：
大气是可压缩气体，大气密度随 高度增加而迅速减少。
地理选必一第一章 四季、五带
A.120°E
B.100°W
C.20°W
D.60°E
随堂巩固
下图为①②③④四地年内昼长变化曲线 图。读图回答4～5题。 4．①②③④四地纬度由高到低的顺序是 () A．①④②③ B．①②④③ C．③②④① D．④②③① 5．有关四地的描述正确的是( ) A．①地一年中无极昼、极夜现象 B．②地一年中昼夜长短变化幅度最大 C．③地一年中正午太阳高度不变
东方智慧-指导农事的二十四节气
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Earth Movement Geographical significance of earth movement……
板书设计
地球运动的地理意义
地球自转的地理意义
地球公转的地理意义
昼夜交替 沿地表水平运动物体 昼夜长短和正午 和时差 的运动方向的偏转 太阳高度的变化
C．14小时
D．16小时
• 不仅黄河流域，我国各地的农事活动多依据二十四节气，直至今天；这种节 气制度还推广到朝鲜、韩国、日本、越南等国
• 鉴于对科学、历法、农事指导乃至中华文明的重大意义，2016年，二十四节
气被联合国教科文组织正式列入
《人类非物质文化遗产代表作名录》 Earth Movement Geographical significance of earth movement……
A.①
B.②
C.③
D.④
7.下面选项中的河流,数码表示的河岸受流水冲刷侵蚀较严重的是(箭头表示水流
方向)( )
• 读下面的光照图,完成第10~11题。
10.关于图中信息,下列叙述正确的是( )
A.下一刻D点将进入白昼
B.C点位于昼半球
C.D、E两点的自转角速度和线速度都相同
江苏省2008年气候公报
江苏省2008年气候公报（摘要）综述2008年全省年平均气温正常略高，较常年偏高0.6℃，为2000年来第二低值，仅高于2003年（15.3℃），其中春季、秋季气温偏高。
年降水量时空分布不均，变化起伏大。
淮北和苏南南部地区降水量较常年偏多，其它地区偏少，1月底到2月初我省淮河以南地区遭受了历史罕见的区域性暴雪天气。
汛期暴雨频发，降水强度大，主要降雨带在江淮之间北部和淮北地区，局部出现较严重积涝。
年日照时数较常年略偏少。
2008年江苏省主要灾害性天气有暴雪、雷电、寒潮、大雾、台风、暴雨、冰雹、龙卷、干旱等,据不完全统计，全年因气象灾害死亡85人，伤458人，农田损失面积1318831公顷，直接经济损失35.66亿元。
今年对农业生产为较好的气候年景，对海盐、林业等行业气候年景较差，而对人民生活、旅游而言，有利有弊。
第一章气候概况一、气温1、全省年平均气温正常略高全省各站年平均气温13.9（赣榆）～16.9（昆山）℃（见图1），呈南高北低分布，较常年偏高0.1（泗洪）～1.3（昆山）℃（见图2）。
2008年全省平均气温15.5℃，与常年同期相比偏高0.6℃，异常度值为0.78，属正常年份。
南京年平均气温16.1℃，比常年偏高0.6℃。
图1 江苏省2008年1～12月平均气温（℃）分布图图2 江苏省2008年1～12月平均气温距平（℃）分布图2、春季、秋季气温偏高，冬季、夏季气温持平二、降水1、年降水量淮北和苏南南部地区较常年偏多，其它地区偏少全省各站年降水量为779.6（海门）～1360.5（金坛）毫米，空间分布不均(见图3)，与常年同期相比，苏南南部和淮北大部地区较常年偏多1～4成，其它大部地区偏少1～3成（见图4）。
全省降水量为1026.3毫米，接近常年同期值。
南京全年降水量为977.2毫米，与常年同期相比偏少近1成。
图3 江苏省2008年1～12月降水量（毫米）分布图图4 江苏省2008年1～12月降水量距平百分率（%）分布图2、各季降水时空分布不均冬季 (2007年12月～2008年2月) 与常年同期相比，淮北部分地区偏少1成以下，其它地区偏多0.3～8成。
第一章 基本情况
第一章基本情况1.1 地理位置志丹县位于延安市北部，东与安塞县相连，南与甘泉、富县毗邻，北与吴起、靖边接壤，西南与甘肃省交界。
地理位置介于东经108°11′06″—109°03′48″，北纬36°21′33″—37°11′49″之间。
南北长92.56公里，东西宽70.01公里，整个形状北窄南宽，总土地面积376300 hm2。
志丹县原名保安县，为纪念革命英雄刘志丹,改名为志丹县。
处于志丹县咽喉、枢纽位置的保安镇，是志丹县委、县政府所在地，为全县政治、经济、文化、交通的中心。
1.2 自然概况1.2.1地貌志丹县地质构造，属华北陆台的鄂尔多斯地台中的陕北盆地。
根据地球物理勘测志丹县属陕甘宁向斜拗陷构造区，向斜东翼陡，西冀缓。
志丹是一个高重力隆起区，大约是横山隆起向西南延展部分。
在地质变化的历史过程中，鄂尔多斯地台随着地壳的振荡运动，几经升降沉浮。
早更新世，在和缓的古地形面上，堆积了午城黄土；中更新世，地台又逐渐沉降，沉积了离石黄土；中更新世末，地台开始抬升，产生河流溯源侵蚀，山前老冲击扇发育；晚更新世，地壳又趋稳定沉陷，堆积了马兰黄土，形成现今的黄土地貌。
志丹县地貌属以梁峁为主体的黄土梁峁丘陵沟壑区。
由于长期的侵蚀作用，特别是水蚀切割，形成本县地貌的显著特点是：地表支离破碎，梁峁密布，沟壑纵横交织，基岩裸露，梁窄坡陡。
谷缘线以下黄土壁立，崩塌普遍，滑坡、泻溜也常有发生。
河沟呈“V”字形。
1.2.2水文志丹县河流主要有洛河、周河、杏子河。
洛河、周河属北洛河支流，杏子河属延河支流，均属黄河水系。
县内以洛、周、杏三条河流为主干，大小支流、冲沟极为发育，纵横交错，密如蛛网，构成树枝状水系。
河网密度为1.30公里/平方公里。
全县有长度在1公里以上的河流沟道共计2055条，其中1～4级支流620条，流域面积100～1000平方公里的河流8条，1000平方公里以上河流2条。
气象统计分析与预报方法：04_第一章-统计量的检验
假设性检验可能犯的两类错误
真实情况 (未知)
H0为真 H0不真
所作决策
接受H0 正确
拒绝H0 犯第I类错误
犯第II类错误
正确
假设性检验可能犯的两类错误 —— 图示
零分布的PDF
特定HA 正确前提下的 检验统计量分布的PDF
Area
Area 0.05
落在拒绝域中的事件不是不可能发生，而是发生概率较小
▪ 选择单侧或双侧假设检验，首先得依据我们 所分析问题的物理本质。
▪ 单侧检验：当我们兴趣的问题集中在某一侧 ，如备则假设是 0 ，而不是 0 ， 则为右侧检验。若任何检验统计量大 于100(1 )%，则拒绝原假设；
▪ 例如：两个数据总体的统计量的平方是否存 在显著差异，原假设为无差异，则较大的正 值将可能拒绝原假设，即上述问题为右侧检 验
例2（教材），对北京1月份气温，要检验1976年的 1月平均气温是否与其它年份有显著不同。 检验过程： 原假设：与其它年份没有显著差异； 备则假设：与其它年份有显著差异。
计算得到，t=-2.28 查表知道，5%显著性水平、自由度为30-1的临界 值ta=2.045，|t |〉ta，拒绝原假设。
结论： 1977年的1月平均气温与其它年份有显著差 异。
➢ 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。
显著性检验的过程
▪ 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
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
01气象学与气候学第一章绪论1
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极端高温事件：当某一观测站，最高气温超过其气候标准 期（1981-2010年）年最高气温的95%分位阈值时，定义为 一次极端高温事件。 极端连续高温事件：当某一观测站，连续高温（≥35℃）日 数超过其气候标准期（1981-2010年）年最长连续高温日数 95%分位阈值时，定义为一次极端连续高温事件。
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课程目的
• 通过本课程学习，了解气象学与气候学基 本知识，有一定的气象气候观测、资料整 理的技能，了解气象气候学在地理、环境、 资源等学科方面的应用和发展状况。
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构成及主要内容
• 第一章引论 • 第二、三、四章为气象学基本内容，这些 气象要素构成了第五章天气系统 • 第六、七、八、九为气候学的基本内容 重点内容： 大气的热能、水分、运动、天气系统、气 候形成、气候带气候型、气候变化和人类 活动对气候的影响。
• 今夏气温偏高 局地高温极端性明显 据统计，今年夏季我国平均气温为21.4℃，较常年同期（21.0℃） 偏高0.4℃。全国共有89站发生极端高温事件 ，其中3站日最高温突 破历史纪录。较为显著的是，河南宜阳（42.8℃）等7站出现日最高 温超过42℃的极端酷热天气。 8月高温天气持续时间长，入夏以来全国共有198站出现极端连续高 温日数事件 ，主要分布于黄淮西部、江淮西部、江汉东部、川渝、东 南沿海等地，其中18站连续高温日数达到或突破历史极值，重庆开县 （28天）和奉节（22天）连续高温日数超过20天。 8月上中旬，受持续高温及降水偏少影响，重庆、湖北、河南等地 一度出现干旱。湖北28个县（区、市）、河南南阳市唐河县、重庆万 州区、湖南桑植县等地出现人畜饮水困难、农作物受旱现象。8月下 旬以来上述旱区普遍出现降水，气象干旱得到缓和。
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
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第一部分
基本要求
考核方式
平时作业+期末笔试
平时作业，共三次，占总成绩40%； 期末闭卷笔试，占总成绩60%；
作业的形式
主要以应用和实践形式为主，以利于大 家更好的理解和掌握气候统计方法。
华丽娟
气候统计方法和应用
第一部分
基本要求
必备知识
本课程并不需要同学具有非常强的 数理以及大气科学背景知识； 具有较强的大气科学背景的同学将 更有利于接受本课程的内容； 具有一定的fortran或者其它计算 机语言编程能力的同学有助于更好 的应用本课程的相关知识。
经验正交函数分解，旋转经验正交函数分解。
华丽娟
气候统计方法和应用
第三部分
气候统计描述
什么是统计学
• 收集和分析数据以得到结论并作出决策的 科学； • 统计不能完全代替判断； • 统计学关注的问题是“不确定”的，而统 计方法可以估计或者量化这些不确定的问 题，并作出相应的参考或预测； • 大气运动本身存在很多不确定性，假如这 些不确定性因素均不存在，则不存在不准 确的天气预报，也不用我们学习统计学的 知识。
应用知识
• 第六章 气候突变检测
滑动t检验，Mann-Kendall检验；Pettitt方法， 标准正态归一检验（SNHT），Buishand range 检验等。
•
第七章 气候序列中振荡信号的时空特征 的提取
功率谱，最大熵谱，多通道奇异谱分析， MTM-SVD方法。
•
第八章 气候变量场时空结构的分离
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第二部分
大纲安排
应用知识
•
第四章 回归分析
一元线性回归；多元线性回归；逐 步回归；回归分析在气象中的应用。
•
第五章 气候变化趋势分析
线性倾向估计；滑动平均；累计距 平；五、七和九点二次平滑；五点三次 平滑等，变化趋势的显著性检验。
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气候统计方法和应用
第二部分
大纲安排
气候统计描述
气候统计学的2个分支 • 为了更便于了解气候统计学，将其分 为2支，即描述性统计方法 （descriptive statistics）和推论性 统计方法（inferential statistics）。
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气候统计方法和应用
第三部分
气候统计描述
描述性统计方法 • 描述性统计方法意即对数据的组织以及 概括；
第一部分
基本要求
参考书目
主要参考书： Wilks D. S., Statistical methods in the atmospheric sciences: an introduction, Academic Press, San Diego, 1995 魏凤英，《现代气候统计诊断与预测技 术》，气象出版社，北京，2007 黄嘉佑，《气象统计分析与预报方法》， 气象出版社，北京，2000
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第二部分
大纲安排
基础知识
• 第一章 绪论
气候统计诊断的概念；气候统计诊断研究 的内容；气候统计诊断的一般步骤；典型问题 和概念。
• •
第二章 基本气候状态的统计量
中心趋势统计量；变化幅度统计量；分布 特征统计量；相关统计量。
第三章 基本气候状态的统计检验
统计检验概述；气候稳定性检验；相关性 检验；分布的统计检验。
♦ 大气科学中既包括观测资料（地面、高空、
雷达、卫星资料等等），还包括模式模拟 结果以及再分析资料等； ♦ 如何从大量的数据中有效的提取基本信息？ ♦ 描述性统计方法并不是简单的数字游戏， 而是如何从中提取我们兴趣的自然现象的 信息。
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第三部分
气候统计描述
推论性统计方法 • 推论性统计方法则是由许多方法和程序 组成，通过运用这些方法和程序理解数 据的产生过程； • 通过数据本身探寻其内在的物理含义。
第三部分
气候统计描述
气候统计方法有存在的必要吗？
• 数值模式的快速发展和日臻成熟：
– 业务预报中的广泛应用； – 科学研究中的大量应用；
• 气候统计方法还有生命力吗？
Байду номын сангаас华丽娟
气候统计方法和应用
第三部分
气候统计描述
大气运动的不确定性
• 如果大气过程是定常的、周期性的，那么我们 可以很容易以数学形式来描述这些过程，天气 预报也会变得更加的容易，气象学就失去了魅 力； • 当然，大气的变化在很大程度上是不确定的， 无规律的，这促使我们大量的收集和分析各种 气象要素数据来寻找它的变化规律。 • 气候是一种受到多种因素影响的动力系统，如 果我们能精确知道影响气候变化的动力过程， 我们将不需要统计，但我们不能；
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第一部分
基本要求
课后要求
本课程要求会利用计算机程序处理 气候或者地球科学中的相关问题； 但本课程不会占用课堂时间进行上 机实践，因此要求大家利用课后时 间进行上机实习。
华丽娟
气候统计方法和应用
第一部分
基本要求
对“我”的要求
尽我所能讲授好这门课程； 课程内容以及难度尽可能兼顾班上不 同专业和方向同学的接受能力； 本课程是本人与大家共同学习的过程， 本人无法回答或者解释的问题我将咨 询相关的专家和学者，尽可能给出大 家科学、准确的回答； 大家对教学有任何意见和建议，均可 直接或通过email等方式告诉我。
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第一部分
基本要求
参考书目
其它参考书： Von Storch H., Zwiers F. W., Statistical analysis in climate research, Cambridge University Press, 1999 吴洪宝，吴蕾，《气候变率诊断和预测 方法》，气象出版社，北京，2005 么枕生，丁裕国，《气候统计》，气象 出版社，北京，1990
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气候统计方法和应用
第三部分
气候统计描述
气候学
• 气候学最初是地理学的一个分支，该学科建 立初期，主要以描述性的方法为主； • 气候学需要描述的内容简而言之就是“平均 态”和“异常态”； • 而在计算机快速发展前，即数值方法没有得 到广泛应用前，统计方法是最主要的研究工 具。
华丽娟
气候统计方法和应用
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气候统计方法和应用
第三部分
气候统计描述
什么是统计学 • 在计算机出现之前，涉及到数据分析 的统计学是一门枯燥、繁重且耗时的 学科，尤其是一些重要而有用的方法 无法在实际工作中使用； • 气候统计学便是利用已有的、且已证 明可用于气候现象和过程分析的统计 方法的应用。
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气候统计方法和应用
第三部分