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2.2各气象状态的分布(占有)率问题--气象统计学私探(6)

已有 351 次阅读 2020-8-7 16:51 |个人分类:统计气象学19|系统分类:科研笔记

2.2各气象状态的分布(占有)率问题--气象统计学私探(6

 

张学文 2020 08 07 (即第2章第2部分,第2章第5,6,7节)

 

5.       全球气象状态的统一观测

每门科学学科都涉及到对客观事物的观测。生物学的显微镜,天文学的望远镜都是对应的观测用的利器。气象的观测说简单了是测量空气的温度,湿度,压力。说复杂了它要求对大气的全球同时观测,要求气象站在海洋与陆地上均匀分布。

是的看似不复杂的气象测量(基本气象观测)不是每个人的即兴行为,而是全球统一,时间均匀分布,站点均匀分布,仪器精度一致的规范行为。这些活动用世界气象组织统一协调好。由各国的气象部门落实,而获得的气象数据按统一的规格编报,对各国公开。

如果你不去进行特殊的气象测量,观测,那么气象统计用的基本数据应当都是参与国际交换的气象数据。此类数据既有各个气象站的原始数据,也有经过有关部门换算到标准经纬度格点上的数据。

此类的原始数据基本都是时间离散,即它们是用某时刻(离散点)的数据代表某时间段的平均值的数据。但另外气象站没有星期天休息一说,它多年保证按全球统一的规定。不遗漏每次的气象测量,以使数据代表性和连贯性。

全球气象站的协调统一布局为气象工作者获得全球统一的气象数据提供了保证。

记得过去我国新疆为了维持参加国际统一观测的气象站(50多个)已经费力不少。但是近20年来随着数据采集,传输的自动化的迅猛发展。搞一个自动气象站的成本已经减低了很多。现在新疆具有的包括自动气象站的气象站数量已经是1500(可能更多)个的水平。它们不参加国际交换,但是可以自己用。夏季我们可以看到全国十分精细的降水分布,就与很密的气象站网有关。

显然气象统计分析工作是在这些已经具有的数据的基础上的进一步气象分析工作。

 

6.       气象统计的核心是求气象变量不同取值时所对应的出现次数(函数)

气象站都进行例如求气温平均值之类的基本气象数据统计。这为分析各地气候特征提供了基础数据。气象工作者进一步对各地各个时间的各种气象数据进行了多方面的统计分析。本地气候特征,本省区,本国,世界的气候特征都是在气象观测数据的基本处理基础上形成的研究成果。

在气象统计分析工作中,最核心的分析点是获得在本论域(各个时间,或者面积,或者各个空气微团)内不同气象变量的取值的情况出现了多少次(从气象资料中可以获得)。如果把对应的出现次数用总次数去除,就获得了出现的百分比(比率)。而百分比则对应着该气象变量的出现概率。--这样我们就把气象统计与数学里的概率论联系了起来。于是概率论的知识就帮助气象统计迈入了理论的殿堂

假设某气象变量x被分为n个档次,根据资料统计知道每个档次的出现次数qi 如下表(Q是各个q的合计值)

变量值(区间)

x1

x2

xi

xn-1

xn

出现次数

q1

q2

qi


qn-1

qn

比率(概率)

q1/Q

q2/Q

qi/Q


(qn-1)/Q

qn/Q

 

上表中的变量值xi与出现次数qi的关系是一一对应的函数关系。即气象统计让我们获得了一个函数。

求某气象变量的不同取值的出现次数,就是寻找变量值与出现次数的函数关系,它是气象统计的基础一环。它可能让你把这些气象数据与概率论中的公式联系起来,也可以求得有关的统计参数(如平均值等等)。

一旦我们证实某气象变量的不同取值的函数关系符合某概率论中的概论分布函数。那么我们可以进一步把对应理论知识用到本变量中。

可以说对特定的气象变量(如气温,气压)求得其不同取值的概率分布(函数),并且分析它是否符合某概率论中的概率分布函数(如正态分布等等)。这是气象统计的基础环节。


7.   不同统计基元下的统计分布问题例子

 

针对以上的气象变量的统计分布函数一般问题和前面对统计基元的认识。我们可以列举一些气象统计分布函数的例子如下表。在这里我们突出如何提出气象统计问题,对这些问题的具体回答要在后面的有关章节中分别讨论。

在不同气象统计基元下,不同气象统计分布函数问题或者平均值问题。

 


气象统计分布函数问题

可能的回答

对应的统计基元

1

北京冬季不同气温的

出现概率是多少

不同气温的出现概率符合正态分布

统计元是时间,概率高则占有的时间长

2

本旬中国的不同降水量占了多少国土面积

无雨区面积最大,暴雨区面积最小

统计元是面积,概率高占有的面积大

3

全球空气中不同压力的空气各有多少

大气中,不同大气压力占有的百分比基本相同(均匀分布)

大气质量是统计元

4

大气的平均温度是多少

这个问题从来没有人提过,但是它提的合理。应当从气象统计学中寻找答案

需要以大气质量为统计元展开分析

5

本地上空的空气中不同气温的空气各有多少

基本是均匀分布

大气质量是统计元

6

世界各地的白天、夜间的出现概率相同吗

相同!

时间是统计基元,是关于日光的统计

 

 

以上的表给出不同统计基元下的基本气象统计问题的个例,其中只有第一个例子是过去的气象统计大量分析的。其他的例子都多是在熵气象学研究中(见张学文,马力《熵气象学》一书,1992年,气象出版社)提炼出来的问题。显然这些都是气象变量的有意义的统计分布问题。气象统计学不能无视它们!

 

我们看到各气象状态的分布(占有)率问题,就是在特定的统计基元(时间,面积,质量)下分析特定的气象变量为不同值占有的基元数量。它们也就是概率论中的概率分布函数在气象领域的特例。

我们在这里把问题提出来,而各个具体问题的答案,要在后面另外具体讨论。




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