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氣象統計實習報告
專業:大氣科學
班級:xxxx 級 x 班
學號:2012130xxxx
姓名:
2 * 實習一 求 求 500hPa 高度場氣候場、距平場和均方差場 一、實習結果
1981.1 距平場 1981.1 500hpa 高度場在歐亞大陸為正距平,在印度洋和太平洋為負距平。
3 1981.1 氣候場 1982.1 的氣候場呈現明顯的沿緯度的上升而下降的趨勢。
1981.1 均方差場 1981.1 的均方差場在歐亞大陸的南側有最小值,在 10N~20N 的南側歲緯度而降低,在其北側隨緯度升高。
的 二、相關的 fortran 程序,gs 文件 ( (1 )Fortran 程序:
program main
parameter(nx=37,ny=17,mo=12,yr=4)
real var(nx,ny,mo,4)!數據
real vars(nx,ny,mo)!4 年氣候態
real jp(nx,ny, mo,4)!距平
real fc(nx,ny,mo)!方差
real jfc(nx,ny,mo)!均方差
integer i,j,m,y,irec
real::summ=0.0 !*********************求均方差********************* do m=1,12
do i=1,37
do j=1,17
do y=1,4
4
summ=summ+jp(i,j,m,y)**2
enddo
fc(i,j,m)=summ/4!方差
jfc(i,j,m)=sqrt(fc(i,j,m))!均方差
summ =0.0
enddo
enddo enddo
!****************************************** open(11,file="d:\shixi\vars.grd",form="binary" ) open(12,file="d:\shixi\jp.grd",form="binary" ) open(13,file="d:\shixi\jfc.grd",form="binary" ) do m=1,12
write(11)((vars(i,j,m),i=1,nx),j=1,ny) enddo do m=1,12
write(13)((jfc(i,j,m),i=1,nx),j=1,ny) enddo do y=1,4
do m=1,12
write(12)((jp(i,j,m,y),i=1,nx),j=1,ny)
enddo enddo
close(11)
close(12)
close(13) End (2 2 )s Gs 程序
1. 距平場 "open e:\anomaly.ctl" "set gxout shaded" "d xiaobao" "set gxout contour" "d xiaobao" "draw title 1982 年 1 月" "enable print e:\anomaly.gmf" "print" "disable print" 2. 氣候場 "open e:\climate.ctl" "set gxout shaded" "d xiaobao"
5 "set gxout contour" "d xiaobao" "draw title 1982.1" "enable print e:\climate.gmf" "print" "disable print" 3. 均方差場 "open e:\deviation.ctl" "set gxout shaded" "d xiaolu" "set gxout contour" "d xiaolu" "draw title 1982.1 deviation" "enable print e:\deviation.gmf" "print" "disable print" * 實習二 計算給定數據資料的簡單相關系數和自相關系數
根據下表中年平均氣溫和冬季平均氣溫的等級數據進行下列計算:
1)計算兩個氣溫之間的簡單相關系數。
2)分別找出兩個氣溫數據自相關系數絕對值最大的滯后時間長度。(滯后長度 τ 最大取 10)
6 一、實習結果 (1)計算簡單相關系數
為 計算出相關系數為 r=0.4685170 (2)分別找出兩個氣溫數據自相關系數絕對值最大的滯后時間長度。(滯后長度τ 最大取 10)
可以知道,年平均氣溫在度 滯后長度 j=7 ,冬季 j=4 最大 的 二、相關的 fortran 程序(部分)
implicit none
real x(20)!年平均氣溫
real y(20)!冬季平均氣溫
real :: zx(10)=(/0,0,0,0,0,0,0,0,0,0/)
real :: rzx(10)=(/0,0,0,0,0,0,0,0,0,0/)
real ::s=0.0 !協方差
real ::jx=0.0
real ::jy=0.0
real ::jfx=0.0
real ::jfy=0.0,r
integer i,t,j
real ::m=0.0
data x/3.40,3.30,3.20,2.90,3.40,2.80,3.60,3.00,2.80,3.00,&
&3.10,3.00,2.90,2.70,3.50,3.20,3.10,2.80,2.90,2.90/
data y/3.24,3.14,3.26,2.38,3.32,2.71,2.84,3.94,2.75,1.83,&
&2.80,2.81,2.63,3.20,3.60,3.40,3.07,1.87,2.63,2.47/
do i=1,20
jx=jx+x(i)
jy=jy+y(i)
end do
do i=1,20
s=s+(x(i)-jx/20)*(y(i)-jy/20)
jfx=jfx+(x(i)-jx/20)**2
jfy=jfy+(y(i)-jy/20)**2
7
end do
r=s/20/sqrt(jfx/20*jfy/20)
print *,"r=",r
do t=1,10
do i=1,20-t
zx(t)=zx(t)+(x(i)-jx/20)*(x(i+t)-jx/20)
end do
rzx(t)=zx(t)/(20-t)/(jfx/20)
print *,t,rzx(t)
if(abs(rzx(t))>m) then
m=abs(rzx(t))
j=t
end if
end do
print *,"年平均溫度的自相關系數絕對值最大的滯后時間長度"
print *,j
實習三 計算給定數據的落后交叉相關系數和偏相關系數
根據下表 北京冬季(12 月~2 月)氣溫資料 計算:12 月氣溫與 1 月和 2 月氣溫的落后交叉相關系數(滯后長度 τ 最大取 10)和偏相關系數。在實習報告中給出程序。
年份 12 月 1 月 2 月 1951 1.0 -2.7 -4.3 1952 -5.3 -5.9 -3.5 1953 -2.0 -3.4 -0.8 1954 -5.7 -4.7 -1.1 1955 -0.9 -3.8 -3.1 1956 -5.7 -5.3 -5.9 1957 -2.1 -5.0 -1.6 1958 0.6 -4.3 0.2 1959 -1.7 -5.7 2.0 1960 -3.6 -3.6 1.3 1961 -3.0 -3.1 -0.8 1962 0.1 -3.9 -1.1 1963 -2.6 -3.0 -5.2
8 1964 -1.4 -4.9 -1.7 1965 -3.9 -5.7 -2.5 1966 -4.7 -4.8 -3.3 1967 -6.0 -5.6 -4.9 1968 -1.7 -6.4 -5.1 1969 -3.4 -5.6 -2.0 1970 -3.1 -4.2 -2.9 1971 -3.8 -4.9 -3.9 1972 -2.0 -4.1 -2.4 1973 -1.7 -4.2 -2.0 1974 -3.6 -3.3 -2.0 1975 -2.7 -3.7 0.1 1976 -2.4 -7.6 -2.2 1977 -0.9 -3.5 -2.3 1978 -2.7 -4.2 -0.5 1979 -1.6 -4.5 -2.9 1980 -3.9 -4.8 -1.4 一、 實驗結果 偏相關系數 計算出的 12 月氣溫與 1 月氣溫的偏相關系數為 0.327,12 月氣溫與 2 月氣溫的偏相關系數為 0.290。
的 二、相關的 fortran 程序
Funtion area(x,y)
implicit none
real x(30)
real y(30)
real ::jx=0.0
real ::jy=0.0
real ::jfx=0.0
real ::jfy=0.0,r
integer i,
real ::s=0.0
do i=1,30
jx=jx+x(i)
jy=jy+y(i)
end do
do i=1,30
s=s+(x(i)-jx/30)*(y(i)-jy/30)
jfx=jfx+(x(i)-jx/30)**2
jfy=jfy+(y(i)-jy/30)**2
end do
9
r=s/30/sqrt(jfx/30*jfy/30)
print *,"r=",r end funtion area
* 實習四 求給定數據的一元線性回歸方程 利用下表數據,以環流指標為預報因子,氣溫為預報量,計算氣溫和環流指標之間的一元線性回歸方程,并對回歸方程進行檢驗。
年份 氣溫 T 環流指標 1951 0.9 32 1952 1.2 25 1953 2.2 20 1954 2.4 26 1955 -0.5 27 1956 2.5 24 1957 -1.1 28 1958 0 24 1959 6.2 15 1960 2.7 16 1961 3.2 24 1962 -1.1 30 1963 2.5 22 1964 1.2 30 1965 1.8 24 1966 0.6 33 1967 2.4 26 1968 2.5 20 1969 1.2 32 1970 -0.8 35 一、實習結果
( (1)
)用 用 excel 制作的氣溫- 環流的醫院線性回歸方程
10 氣溫-環流指數的一元線性回歸方程y = -0.2343x + 7.5095-2024680 10 20 30 40環流指數氣溫T氣溫T線性 (氣溫T) 回歸方程為:ˆ 7.5-0.23 y x ? ( (2 )回歸方程的檢驗 檢驗結果:
F =20.18> F α =4.41,回歸方程顯著 二、n Fortran 程序(部分)
( (1)
)
回歸方程的檢驗 !回歸方程顯著性檢驗 !計算兩數組的距平及均方差 do i=1,m var(i)=0 do j=1,nx diff(j,i)=dat(j,i)-ave(i) var(i)=var(i)+diff(j,i)**2 end do var(i)=sqrt(var(i)/nx) end do !計算協方差 i=1;t=0 do j=1,20 t=t+diff(j,i+1)*diff(j,i) end do E=t/20 !計算相關系數 r=E/(var(1)*var(2)) print*,"the relative value r is:", r F=r**2*(nx-2)/(1-r**2)
11
實習五 求給定數據的多元線性回歸方程 說明:x 1 -x 4 為四個預報因子,y 為預報量;樣本個數 n=13 要求:選取預報因子 1、2、4,求預報量的標準化回歸方程。
i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 x 1
7 1 11 11 7 11 3 1 2 21 1 11 10 x 2
26 29 56 31 52 55 71 31 54 47 40 66 68 x 3
6 15 8 8 6 9 17 22 18 4 23 9 8 x 4
60 52 20 47 33 22 6 44 22 26 34 12 12 y 78.5 74.3 104.3 87.6 95.9 109.2 102.7 72.5 93.1 115.9 83.8 113.3 109.4 用 一、用 excel 制作的醫院線性回歸方程 x1:y = 0.2088x + 6 x2:y = 2.2033x + 32.731x3:y = 0.3681x + 9.1923x4:y = -2.7198x + 49.0380204060801001201400 5 10 15x1x2x3x4y線性 (x1)線性 (x2)線性 (x3)線性 (x4) 標準化變量回歸方程:1 2 4ˆ =0.5679 +0.4323 0.2613 y x x x ?
12
* 實習七 計算給定數據的 11 年滑動平均和累積距平
利用數據 ma.dat,編寫 11 點滑動平均的程序,ma.for 給出了閱讀資料的 fortran 程序。數據在文件夾中單獨給出。
要求:實習報告中附出程序,并給出原數據和滑動后數據的圖形(1張圖)和累積距平數據圖形(1 張圖)
一、實習結果
累積距平數據圖形
滑動后數據 二、 分 部分 fortran 程序:
program ma
13 ! dimension x(1000),x1(1000),nny1(1000) ! write(*,10) ! 10format(5x,"n=?,ih=?,nyear=?") ! Read(*,*)n,ih,nyear ! ********************************************** ! * n: sample size of the time series * ! * ih:moving length * ! * nyear: first year of the series * ! * x(n): oroginal time series * ! * x1(n-ih+1): moved series * ! ********************************************** integer i,n,ih,nyear parameter (n=85,ih=11,nyear=1922)
30real x(n),x1(n-ih+1) open(2,file="d:\ma.dat ")
read(2,*)(x(i),i=1,n)
close(2) do i=1,n-ih+1
x1(i)=sum(x(i:i+ih-1))/ih
end do print*,x1
open(10,file="d:\moveaverage.txt")
write(10,"(f10.6)")(x1(i),i=1,n-ih+1)
close(10) end
* 實習八 對給定的海溫數據進行 EOF 分析
給出海表溫度距平數據資料 sstpx.grd,以及相應的數據描述文件sstpx.ctl,對其進行 EOF 分析,資料的時空范圍可以根據 sstpx.ctl 獲知。
數據在文件夾中單獨給出,距平或者標準化距平處理后再進行EOF。
Zhunsst.for 給出了如何讀取資料, Ssteof.for 為對距平或者標準化距平處理后的資料進行 EOF 分析。
14 要求:實習報告中給出第一特征向量及其時間系數,并分析其時空特征。
由上圖可看出,1957 、1973 、1985 、1989 年正異常較大,此時有 El Nino 出 現。厄爾尼諾現象是 發生在熱帶太平洋海溫異常增暖的一種現象,大范圍熱帶 太平洋增暖,會造成一些地區干旱,另一些地區又降雨過多的異常氣候現象。
1956 、1974 、1988 年負異常比較大,海面溫度變低,有 La Nina 出現。
15 拉尼娜是指赤道太平洋東部和中部海面溫度持續異常偏冷的現象(與厄爾尼 諾現象正好相反),也伴隨著全球性氣候混亂。
由圖分析,El Nino 和 和 La Nina 可能以一 定的周期交替出現。
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