（气象学专业论文）三种再分析资料基本统计量比较.pdf

学位论文独创性声明 本人郑重声明： 1 、坚持以“求实、创新 的科学精神从事科学研究工作。 2 、本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果。 3 、本论文除引文外，所有实验、数据和有关材料均是真实的。 4 、本论文除引文和致谢的内容外，不包含其他人或其他机构已经发表或 撰写过的研究成果。一 5 、其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表示了谢意。 作者签名：诬 日 期：j 蝉 学位论文使用授权声明 本人完全了解南京信息工程大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有 权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版； 有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅； 有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索；有权将学位论文的标题和摘 要汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规定。 作者签名：二睫 日 期：笪衅学 三种再分析资料基本统计量比较 中文摘要 为了评估中国气象部门整理的资料的特色和应用价值，本文使用统计方法检 验了中国资料和n c e p n c a r 、e c m w f 再分析资料7 月1 0 0 h p a 、5 0 0 h p a 位势 高度场和1 月海平面气压场的气候均值和年际方差差异的显著性，并比较了1 月和7 月北半球主要大气活动中心面积、强度、位置指数的年际变化差异和相 关程度。 研究结果表明：( 1 ) e c m w f 再分析资料7 月1 0 0 h p a 、5 0 0 h p a 位势高度场 的气候均值显著小于中国资料，而且其历年值没有大于1 6 6 0 、5 8 8 位势什米的 格点，与中国资料相比不适合用于研究南亚高压和副热带高压。n c e p n c a r 再分析资料7 月5 0 0 h p a 位势高度场的气候均值在低纬地区亦显著小于中国资 料。三种资料1 月海平面气压场气候均值差异显著的地区主要在南亚和副热带 太平洋地区。( 2 ) 7 月1 0 0 h p a 、5 0 0 h p a 高度场和1 月海平面气压场都有中国资 料年际方差大于n c e p n c a r 和e c m w f 再分析资料的地区，但没有后者大于 前者的地区。方差反映年际变率的强度，说明n c e p n c a r 和e c m w f 再分析 资料由于采用全球多层谱模式同化，即平滑了部分年际变率，而中国资料基本 保留了局部地区和年际变化，更适用于分析年际变率。( 3 ) 三种资料阿留申低 压年际变化的相似性好于南亚高压、副热带高压、蒙古高压，三种资料用于研 究阿留申低压时年际变化差异最小。( 4 ) 三种资料冬季的蒙古高压和阿留申低 压的年际变化一致性好于夏季的南亚高压和副热带高压。( 5 ) 中国资料是从单 层等压面图上直接读数得到的，更接近实际观测值，更适合诊断单个等压面层 上的气压系统。 关键词：中国资料，n c e p n c a r 再分析资料，e c m w f 再分析资料，基本统 计量，差异显著性 三种再分析资料基本统计量比较 a b s t r a c t i no r d e rt oa c c e s sc h a r a c t e ra n d a p p l i c a t i o nv a l u e o fm e t e o r o l o g i c a ld a t a c o m p i l e db yc h i n e s em e t e o r o l o g yd e p a r t m e n t s ，t h ep a s s a g eh a su s e d s t a t i s t i c a l m e t h o d st oc h e c kd i f f e r e n c en o t a b i l i t ya b o u tc l i m a t i cm e a nv a l u ea n di n t e r a n n u a l v a r i a n c eo f10 0 h p a ，5 0 0 h p ag e o p o t e n t i a lh e i g h ti nj u l ya n ds e al e v e lp r e s s u r ei n j a n u a r yo fc h i n e s ed a t a ，n c e p n c a ra n de c m w fr e a n a l y s i sd a t a ，a n dh a s c o m p a r e dd i v e r s i t ya b o u ti n t e r a n n u a lc h a n g ea n dc o r r e l a t i v ed e g r e ea b o u ta r e a ， i n t e n s i t ya n dl o c a t i o ni n d i c e so fd o m i n a t i n ga t m o s p h e r i ca c t i v ec e n t e r si nj a n u a r y a n dj u l yi nt h en o r t h e r nh e m i s p h e r e r e s u l t ss h o wt h a t ：( 1 ) t h ec l i m a t i cm e a nv a l u eo fl0 0 h p aa n d5 0 0 h p a g e o p o t e n t i a lf i e l di nj u l yf r o me c m w fr e a n a l y s i sd a t ai se v i d e n t l ys m a l l e rt h a n w h i c ho fc h i n e s ed a t a ，a n dt h e r ei sn o tag r i dp o i n tt h a tb i g g e rt h a n16 6 0a n d5 8 8 g e o p o t e n t i a ld e c a m e t e ri nt h eh i s t o r i c a lv a l u eo fe c m w f d a t a ，s oi ti sn o ts u i t e dt o r e s e a r c ht h es o u t ha s i a nh i g ha n dt h es u b t r o p i c a lh i g ha sc o m p a r e dw i t hc h i n e s e d a t a c l i m a t i cm e a nv a l u eo f5 0 0 h p ag e o p o t e n t i a lh e i g h ti nj u l yo fn c e p n c a r r e a n a l y s i sd a t ai sa l s os m a l l e rt h a nw h i c ho fc h i n e s ed a t ai nl o wl a t i t u d i n a la r e a t h e n o t a b l yd i f f e r e n ta r e ao fs e al e v e lp r e s s u r ei nj a n u a r yd e r i v e df r o mt h r e ek i n d so f d a t am a i n l yl o c a t e di nt h es o u t ha s i aa n dt h es u b t r o p i c a lp a c i f i ca r e a s ( 2 ) t h e r ea r e a r e a st h a ti n t e r a n n u a lv a r i a n c eo fc h i n e s ed a t ai s b i g g e r t h a nw h i c ho f n c e p n c a r ，e c m w fr e a n a l y s i sd a t ao f10 0 h p a ，5 0 0 h p ag e o p o t e n t i a lh e i g h tf i e l d i nj u l ya n ds e al e v e lp r e s s u r ef i e l di nj a n u a r y , b u tt h e r ea r en o ta r e a st h a tt h el a t t e ri s b i g g e rt h a nt h ef o r m e r v a r i a n c er e f l e c t si n t e n s i t yo fi n t e r a n n u a lv a r i a b i l i t y a b o v e r e s u l t si l l u s t r a t et h a tn c e p n c a ra n de c m w fr e a n a l y s i sd a t ah a sb e e na s s i m i l a t e d b yg l o b a lm u l t i l a y e rs p e c t r u mm o d e l ，t h a ti s ，h a sb e e ns m o o t h e dp a r t i a li n t e r a n n u a l v a r i a b i l i t y b u tc h i n e s ed a t ai sm o r es u i t e dt oa n a l y z ei n t e r a n n u a lv a r i a b i l i t yb e c a u s e 2 三种褥分析资料基本统计量比较 o f r e s e r v i n gp a r t i a l l yr e g i o n a l a n di n t e r a n n u a l c h a n g e ( 3 ) s i m i l a r i t y a b o u t i n t e r a n n u a lc h a n g eo ft h ea l e u t i a nl o wd e r i v e df r o mt h r e ek i n d so fd a t ai sb e t t e r t h a nw h i c ho ft h es o u t ha s i a nh i g h , t h es u b t r o p i c a lh i g ha n dt h em o n g o l i ah i g h ，s o t h ed i f f e r e n c eo fr e s e a r c h i n go nt h ea l e u t i a nl o wb yu s i n gt h r e ek i n d so fd a t ai s s m a l l e s t 。( 4 ) t h ei n t e r a n n u a lc h a n g eo ft h em o n g o l i ah i g ha n dt h ea l e u t i a nl o wi n w i n t e rb yu s i n gt h r e ek i n d so fd a t ai sm o r gc o n s i s t e n tt h a nw h i c ho ft h es o u t ha s i a n h i g ha n dt h es u b t r o p i c a lh i g hi ns u m m e r ( 5 ) b e c a u s ec h i n e s ed a t ai sd i r e c t l yr e a d f r o mi s o b a r i cs u r f a c eg r a p h si nt h es i n g l el a y e r ，i ti sc l o s e rt oa c t u a lo b s e r v a t i o n sa n d m o r es u i t e dt od i a g n o s ep r e s s u r es y s t e m si nt h es i n g l ei s o b a r i cs u r f a c e k e y w o r d s ：c h i n e s ed a t a ，n c e p n c a rr e a n a l y s i sd a t a ，e c m w fr e a n a l y s i sd a t a ， b a s i cs t a t i s t i c s ，d i f f e r e n c es i g n i f i c a n c e 3 三种再分析资料基本统计量比较 第一章绪论 1 1 研究目的及意义 大气环流异常是气候灾害的直接原因，气象资料是大气环流异常分析的根据。目前大 气环流异常分析和研制短期气候预测方法中应用最广泛的是n c e p n c a r 和e c m w f 再分 析资料，它们分别是在1 9 9 6 和2 0 0 3 年开始提供再分析资料产品的【m 1 ，而我国中央气象台 等单位早在2 0 世纪七十年代末至八十年代初即整理发布了主要等压面资料，并续补至2 0 0 7 年m 1 。 依据观测资料做的各种研究，其结果显然依赖于资料的特征和可靠性，因而也出现了 较多对资料进行对比的研究。然而，这些比较大多是对n c e p n c a r 和e c m w f 再分析资 料进行的，还有一些工作对两种再分析资料和观测资料进行了比较，目前尚缺乏将我国整 理的资料与国外再分析资料进行分析比较的研究。为了客观评价我国整理的资料的应用价 值和比较依据不同资料的研究成果，本文将其与n c e p n c a r 和e c m w f 再分析资料进行 比较是有意义的。 资料再分析主要经历3 个步骤：资料收集、质量控制和同化，合称再分析系统。资料 产品的特色和可靠性取决于再分析系统。n c e p n c a r 再分析资料的同化系统采用t 6 2 垂 直方向2 8 层等仃面全球谱模式，e c m w f 再分析资料的同化系统采用t 1 0 6 垂直方向3 1 层全球谱模式【7 】o 我国整理的资料则是对单个等压面场和海平面气压场采用人工读数，然 后内插到网格点上，并且经多次校审，对明显错误和不当之处进行了订正【4 羽。从以上过程 可见，n c e p n c a r 和e c m w f 再分析资料较适宜于表示全球范围的风、气压、温度等不 同变量场和不同垂直层次上相协调变化的现象。而我国整理的资料由于是对单个变量、单 个层次上直接读数的，因此更接近实际观测值，更适合诊断单个等压面层上的气压系统。 1 2 再分析资料研究进展 从再分析资料被广泛用于气候研究时起，许多国内外学者从不同角度对这两种资料的 可靠性进行了检验。 a n n a m a l a i 等【8 1 提出e 叫盯再分析资料在季节平均的某些气候特征方面要优于 n c e p n c a r 再分析资料，因为n c e p n c a r 资料忽略了热带海洋上的降水。i n o u e 和 m a t s u m o t 0 1 9 1 指出利用n c e p n c a r 再分析资料所分析的海平面气压年代际变化在某些区 4 三种再分析资料基本统计量比较 域存在着过分夸大的现象，在1 9 8 0 1 9 9 9 年期间有一个很明显的反气旋距平环流出现在蒙 古高原。y a n g 等【1 0 1 指出在n c e p n c a r 再分析资料中，1 9 6 7 年以前在蒙古和华北海平面 气压存在着很大的系统误差。d a v i d 等比较了南半球中高纬度e r a - 4 0 和n c e p n c a r 资料，指出e r a - 4 0 在南半球中高纬地区对流层高度场和地面气温场资料比n c e p n c a r 资料更接近事实。 秦育婧等1 2 1 比较了e c m w f 、n c e p n c a r 再分析资料低纬平均经圈环流，发现它们 存在明显差异。e c m w f 资料较n c e p n c a r 资料的h a d l e y 环流公共上升支强而窄，平均 位置更偏于赤道以北，且e c m w f 资料存在明显的h a d l e y 环流双层结构。郑彬等1 1 3 1 比较 了用e c m w f 、n c e p n c a r 再分析资料的低层风场表征南海夏季风上的差异。结果表明， n c e p n c a r 资料得到的南海夏季风有明显的减小趋势，而e c m w f 资料则没有，二者在 年代际尺度上有明显的位相差。李川等【1 4 】提出e r a - 4 0 地面气温资料在青藏高原地区不能 显示明显的气候变暖，以及它的地面降水资料没有显示青藏高原明显变干或变湿的趋势。 还有一些工作对再分析资料和观测资料进行了比较。n e w m a n 等对n c e p n c a r 、 n a s a - g l a s 、e c m w f 三种数据集和实际观测的降水、向外长波辐射和2 0 0 h p a 辐散风场 资料进行了相互比较，指出e c m w f 再分析资料在热带西太平洋暖池地区与观测到的降水 资料和o l r 场比较接近，从而能够较好地估计出大气的加热场。r o a d s 等【l6 】用 n c e p n c a r 、e c m w f 再分析资料、实际观测资料对密西西比流域的地表水分和能量平衡 进行了相互比较，发现n c e p n c a r 再分析资料的季降水和地表径流比实际观测值更大， e c m w f 再分析资料更接近于观测资料，然而相应的地表径流和季节地表水分变化太小。 n c e p n c a r 和e c m w f 再分析资料的季节能量成分彼此之间更相似。 赵天保等就中国区域的月平均地表气温和降水两种基本气候变量在空间分布及其变 化趋势上对e r a - 4 0 、n c e p 2 和观测资料之间的差异做了比较和分析。结果表明，两种再 分析资料在中国西部，尤其是青藏高原地区的差异比较大，在东部地区的可信度高于西部， 温度场的可信度要高于降水场，e r a - 4 0 可信度要高于n c e p 2 。黄刚指出在2 0 世纪7 0 年代以前，n c e p n c a r 再分析资料对我国北方地区对流层低层无论是位势高度或温度都 描述不好，存在着很明显的虚假年代际变化趋势，与实际探空资料相比，e r a 4 0 再分析资 5 三种再分析资料基本统计量比较 料对东亚地区对流层低层位势高度或温度的描述明显好于n c e p n c a r 再分析资料。 1 3 中国资料研究进展 自从中央气象台等单位整理发布了主要等压面资料m j 后，许多学者依据这些资料做了 较多关于中国短期气候灾害环流异常的研究，取得了有业务应用价值的成果。章少卿等 1 9 1 发现中国东北地区夏季异常低温是南亚高压弱、极地冷空气在中纬度活动的结果。张先恭 等【2 0 j 指出环极气流有2 - 4 个月、5 年、1 9 - - 2 0 年的周期性振动，与我国的气温和降水有密 切关系。董敏等【2 l 】得到最大西风急流轴线所围面积能反映极涡强度的变化并可作为表示极 涡活动的物理量。朱其文等【2 2 】发现在北半球，极涡对极冰的影响比极冰对极涡的影响强。 并且极冰、，极涡与中国大部分地区气温、降水有密切关系。王盘兴等 2 3 - 2 4 1 用斜交模态方案 分析了北半球1 月5 0 0 h p a 高度场遥相关结构，发现了与东亚环流密切的遥相关型一w p a a 型并指出北半球1 月、7 月多年平均高度场的球函数谱结构具有低维低阶的特点，基本环 流特征及季节变化可以由约2 0 个球函数分量得到描述。 1 4 本文主要研究内容 本文主要内容如下： ( 1 ) 第二章介绍了中国资料、n c e p n c a r 、e c m w f 再分析资料的资料预处理方法和 两组资料的气候均值、年际方差差异显著性检验方法。 ( 2 ) 第三章对三种再分析资料7 月1 0 0 h p a 、5 0 0 | l p a 位势高度场、1 月海平面气压场的 气候均值和年际方差差异的显著性进行了检验。 ( 3 ) 第四章比较了三种再分析资料北半球主要大气活动中心面积、强度、位置指数的 气候均值和年际方差差异的显著性，并比较了各指数的年际变化差异和相关程度。 ( 4 ) 第五章对全文进行总结。 6 三种再分析资料基本统计量比较 第二章资料与方法 2 1 资料 为简便起见，本文将e c m w f 再分析资料简称为e 资料，n c e p 再分析资料简称为n 资料，中国中央气象台等单位整理的资料简称为c 资料。本文选取的资料时段：e 资料 1 0 0 h p a 、5 0 0 h p a 位势高度1 9 5 8 年7 月 2 0 0 2 年7 月，海平面气压1 9 5 8 年1 月 - 2 0 0 2 年1 月：n 资料1 0 0 h p a 、5 0 0 h p a 位势高度1 9 4 8 年7 月 2 0 0 5 年7 月，海平面气压1 9 4 8 年1 月 2 0 0 5 年1 月；c 资料1 0 0 h p a 位势高度1 9 5 6 年7 月 - 2 0 0 6 年7 月，5 0 0 h p a 位势高度 1 9 5 1 年7 月 2 0 0 6 年7 月，海平面气压1 9 5 1 年1 月 - 2 0 0 6 年1 月。为了便于比较，本文 将c 资料原菱形格点内插到矩形格点上，再抽取e 、n 资料中与c 资料相同的范围和格点， 经度范围都为0 0 e 1 8 0 1 0 。w 。1 0 0 h p a 位势高度场的纬度范围为1 0 。8 0 0 n ，水平格距为 1 0 0 x l o o ，共3 6 x 8 个格点：5 0 0 h p a 位势高度场、海平面气压场的纬度范围为l o 。- - - 8 5 。n ， 水平格距为1 0 0 5 0 ，共3 6 x 1 6 个格点。 2 2 方法 2 2 1 均值差异显著性检验 两个正态总体平均数之间的差异显著性检验眩5 1 ，用于检验两组资料的气候平均是否存 在显著性差异。两个正态总体的样本资料记为 x 1 ，= 五( f ，j ，m ，y ) 和屯，= x 2 ( i ，j ，m ，y ) ，f ，j 是格点位置在纬向和经向的序号，m 是月份，m = l 或7 ，y 是年序号，分别有碍和n 2 f f - 资料。均值的样本估计分别是 i ( f ，刀啥) ：= j i 砉，c j ( f ，歹，曙，y ) = = g ! l l 一：y 乞= l ，c l y ( 2 2 ，) i c “，肌，= 击茎屯c “，聊，y ，= 吉骞屯y c 2 2 2 ， 检验两组资料总体均值之间的差异，对每个格点做假设- i o ：“= j “2 ，采用统计量 7 三种再分析资料基本统计量比较 t = ( 2 2 3 ) 在h o 成立的条件下，该统计量服从自由度为( 碍+ 心- 2 ) 的f 分布，取a = 0 0 5 ，查 表得乞。当h 乞，则拒绝原假设，认为两组资料在( f ，) 格点上m 月份均值有显著性差 异，f 乞认为而的均值显著大于恐的均值，t 吒2 ( f ，) 或者0 2 2 ( f ，_ ，) q 2 ( f ) 必须采用- 0 尾检验，所以，还要计算 锄。夕每，并查表得c ( 一1 ，确一1 ) ，若么 f 。( n 2 1 ，m 一1 ) ，则拒绝原假设， 7 2 8 瓴一 啊盟啦一 三种再分析资料基本统计量比较 认为屯的方差显著大于五的方差。若么 e ( 一1 ，他一1 ) 和锄 c ( 一1 ，啊一1 ) 都 不满足，则五的方差与x 2 的方差无显著差异。本文应用中，如果而是n 资料，而是c 资 料，则用吸表示么，余类推 2 2 3p e a r s o n 相关系数 p e a r s o n 相关系数是描述两个随机变量线性相关的统计量啪1 ，用，表示，也可作为 两总体相关系数p 的估计。 设有两个变量 相关系数计算公式为： ，也，- ，勃 明，屹，- ，蝴 ( 一i ) ( ”- p ) 露二臣二 ( 2 2 5 ) ( 2 2 6 ) 相关系数，的取值在- 1 o + 1 0 之间。当r ) 0 时，表明两变量呈正相关，越接近1 0 ，正 相关越显著；当r ( o 时，表明两变量呈负相关，越接近1 0 ，负相关越显著；当r = 0 时， 则表示两变量相互独立。本文采用不信相关等于0 的显著性检验对计算出的相关系数进行 了检验。 9 三种再分析资料基本统计量比较 第三章位势高度场和海平面气压场的比较 3 1 气候均值差异 图3 1 a 给出了e 资料7 月1 0 0 h p a 位势高度场的气候均值。由图可见，位势高度最大 值为1 6 5 0 位势什米，位于伊朗高原、青藏高原南部地区，对应7 月l o o h p a 位势高度场上 的南亚高压。次大值为1 6 3 0 位势什米，位于大平原中部和南部地区、中央平原、大盆地、 科罗拉多高原。图3 1 b 给出了c 资料7 月l o o h p a 位势高度场的气候均值。由图可见，位 势高度最大值为1 6 8 5 位势什米，位于伊朗高原、青藏高原南部地区。次大值为1 6 6 5 位势 什米，位于大平原南部和墨西哥高原北部地区。图3 1 c 给出了n 资料7 月l o o h p a 位势高 度场的气候均值。由图可见，位势高度最大值为1 6 8 5 位势什米，位于伊朗高原、青藏高原 南部地区。次大值为1 6 6 5 位势什米，位于大平原中部和南部地区、中央平原、大盆地、科 罗拉多高原。综合上述分析可知，三种资料7 月i o o h p a 位势高度场的基本流型一致，但是 位势高度最大值有显著的差异，e 资料的位势高度最大值比c 、n 资料的偏小3 5 位势什米。 图3 17 月l o o h p a 位势高度场气候均值( 单位：位势什米) 图3 2 a 给出了e 与c 资料7 月l o o h p a 位势高度场的气候均值差值。由图可见，在整 个研究区域e 资料气候均值比c 资料偏小3 2 5 到3 7 位势什米，差值最大值区域位于中国 的长江中下游地区。图3 2 b 给出了e 与n 资料7 月l o o h p a 位势高度场的气候均值差值。 由图可见，在整个研究区域e 资料气候均值比n 资料偏小3 1 5 到3 6 位势什米，差值最大 值区域位于北太平洋的副热带中部地区。图3 2 c 给出了n 与c 资料7 月l o o h p a 位势高度 场的气候均值差值。由图可见，整个研究区域两种资料的气候均值互有高低，差值最大值 区域位于华北平原、长江中下游地区、东南沿海，n 资料的气候均值小于c 资料的。综合 上述分析可知，c 资料7 月l o o h p a 位势高度场气候均值最大，n 资料的次之，e 资料的最 小。 图3 27 月1 0 0 h p a 位势高度场气候均值差值( 单位：位势什米) 图3 3 a 给出了e 资料7 月5 0 0 h p a 位势高度场的气候均值。由图可见，位势高度最大 1 0 三种再分析资料基本统计量比较 值为5 7 5 位势什米，位于北太平洋、北大西洋的副热带地区、北美洲南部、非洲北部、阿 拉伯半岛、伊朗高原大部分地区。图3 3 b 给出了c 资料7 月5 0 0 h p a 位势高度场的气候均 值。由图可见，位势高度最大值为5 9 0 位势什米，位于北大西洋的副热带地区、非洲北部、 爱德华高原、墨西哥湾、佛罗里达半岛。图3 3 c 给出了n 资料7 月5 0 0 h p a 位势高度场的 气候均值。由图可见，位势高度最大值为5 9 0 位势什米，位于北大西洋的副热带地区、非 洲西北部、科罗拉多高原、爱德华高原、大平原南部、墨西哥湾、佛罗里达半岛。综合上 述分析可知，三种资料7 月5 0 0 h p a 位势高度场的基本流型一致，但是位势高度最大值有显 著的差异，e 资料的位势高度最大值比c 、n 资料的偏小1 5 位势什米。 图3 37 月5 0 0 h p a 位势高度场气候均值( 单位：位势什米) 图3 4 a 给出了e 与c 资料7 月5 0 0 h p a 位势高度场的气候均值差值。由图可见，在整 个研究区域e 资料气候均值比c 资料偏小1 0 5 到1 3 位势什米，差值最大值区域有三个， 分别位于伊朗高原东北部、帕米尔高原、塔里木盆地、青藏高原西北部一带，亚美尼亚高 原到幼发拉底河区域，北冰洋的极区。图3 4 b 给出了e 与n 资料7 月5 0 0 h p a 位势高度场 的气候均值差值。由图可见，在整个研究区域e 资料气候均值比n 资料偏小1 0 2 到1 2 位 势什米，差值最大值区域位于大平原南部、爱德华高原。图3 4 c 给出了n 与c 资料7 月 5 0 0 h p a 位势高度场的气候均值差值。由图可见，整个研究区域两种资料的气候均值互有高 低，差值最大值区域位于非洲西北部，n 资料的气候均值小于c 资料的。综合上述分析 可知，c 资料7 月5 0 0 h p a 位势高度场气候均值最大，n 资料的次之，e 资料的最小。 图3 47 月5 0 0 h p a 位势高度场气候均值差值( 单位：位势什米) 图3 5 a 给出了e 资料1 月海平面气压场的气候均值。由图可见，海平面气压最大值 为1 0 3 0 h p a ，位于柴达木盆地、塔里木盆地、天山山脉、阿尔泰山脉、蒙古高原、华北平 原一带。海平面气压最小值为1 0 0 0 h p a ，分别位于阿留申群岛和拉布拉多海盆、格陵兰岛 南部一带。图3 5 b 给出了c 资料1 月海平面气压场的气候均值。由图可见，海平面气压最 大值为1 0 3 5 h p a ，位于蒙古高原。海平面气压最小值为1 0 0 0 h p a ，分别位于阿留申群岛、科 三种再分析资料基本统计量比较 曼多尔群岛一带和和拉布拉多海盆、格陵兰岛南部一带。图3 5 c 给出了n 资料1 月海平面 气压场的气候均值。由图可见，海平面气压最大值为1 0 3 5 h p a ，位于蒙古高原、阿尔泰山 脉、萨彦龄一带。海平面气压最小值为1 0 0 0 h p a ，其位置与c 资料的类似。综合上述分析 可知，三种资料1 月海平面气压场的气候均值差异小于7 月1 0 0 h p a 和5 0 0 h p a 位势高度场 的差异。 图3 51 月海平面气压场气候均值( 单位：h p a ) 图3 6 a 给出了e 与c 资料1 月海平面气压场的气候均值差值。由图可见，整个研究 区域e 、c 资料的气候均值互有高低，其中差值最大值区域位于青藏高原，e 资料的气候 均值小于n 资料的。图3 6 b 给出了e 与n 资料1 月海平面气压场的气候均值差值。由图 可见，整个研究区域e 、n 资料的气候均值互有高低，其中差值最大值区域位于格陵兰岛， e 资料的气候均值小于n 资料的。图3 6 c 给出了n 与c 资料1 月海平面气压场的气候均 值差值。由图可见，整个研究n 、c 资料的气候均值互有高低，其中差值最大值区域位于 格陵兰岛，n 资料的气候均值大于c 资料的。综合上述分析可知，三种资料1 月海平面气 压场的气候均值在整个研究区域互有高低。 图3 61 月海平面气压场气候均值差值( 单位：h p a ) 3 2 气候均值差异显著性检验 图3 7 a 、b 给出了e 与c 资料、e 与n 资料7 月1 0 0 h p a 高度场的气候均值差异显著性 检验t 值，给定a = 0 0 5 ，得乞= 1 9 6 ，图中t 大于乞地区( 深阴影) e 资料的气候均值显 著大于c 资料的气候均值，小于一乞地区( 浅阴影) 则反之。由图可见，在整个研究区域 t 小于一乞，说明c 资料、n 资料7 月1 0 0 h p a 高度场的气候均值显著大于e 资料的。图3 7 c 给出了n 与c 资料7 月1 0 0 h p a 高度场的气候均值差异显著性检验t 值。由图可见，在副 热带中东太平洋到副热带西大西洋，n 资料7 月1 0 0 h p a 位势高度场的气候均值显著大于c 资料的，其中赤道中东太平洋到赤道西大西洋t 大于3 ，a 达0 0 1 ：极地的大部分地区、 1 2 三种再分析资料基本统计量比较 东欧平原、西西伯利亚平原、蒙古高原、除东北外的整个中国地区、非洲北部、阿拉伯半 岛东部，n 资料的气候均值显著小于c 资料的，其中云贵高原t 小于一4 ，a 达0 0 0 1 。 图3 77 月l o o h p a 位势高度场气候均值差异显著性检验t 值 图3 8 a 、b 给出了e 与c 资料、e 与n 资料7 月5 0 0 h p a 高度场的气候均值差异显著性 检验t 值，给定a = 0 0 5 ，得乞= 1 9 6 。由图可见，在整个研究区域t 均小于一t o ，说明c 、 n 资料7 月5 0 0 h p a 高度场的气候均值显著大于e 资料的。图3 8 c 给出了n 与c 资料7 月 5 0 0 h p a 高度场的气候均值差异显著性检验t 值。由图可见，在北太平洋中部和北美洲大平 原，n 资料7 月5 0 0 h p a 位势高度场的气候均值显著大于c 资料的；在副热带太平洋、副热 带大西洋、非洲北部、亚欧大陆的中南部，n 资料的气候均值显著小于c 资料的，其中副 热带太平洋、副热带大西洋、非洲北部、阿拉伯半岛、伊朗高原、长江中下游地区t 小于一6 ， a 达0 0 0 1 。 图3 87 月5 0 0 h p a 位势高度场气候均值差异显著性检验t 值 图3 9 a 给出了e 与c 资料1 月海平面气压场的气候均值差异显著性检验f 值，给定 位= o 0 5 ，得乞= 1 9 6 。由图可见，在阿拉伯半岛、伊朗高原、印度半岛和北美洲的西南 海岸，e 资料1 月海平面气压的气候均值显著大于c 资料的，其中波斯湾t 大于6 ，a 达 0 0 0 1 ；在青藏高原、四川盆地、蒙古、东南沿海、南海、副热带中西太平洋和副热带大西 洋，e 资料的气候均值显著小于c 资料的，其中青藏高原东部t 小于一6 ，口达0 0 0 1 。图 3 9 b 给出了e 与n 资料1 月海平面气压场的气候均值差异显著性检验t 值。由图可见，在 非洲北部、阿拉伯半岛、伊朗高原、天山山脉、太平洋东部、北美洲南部和南美洲北部，e 资料1 月海平面气压的气候均值显著大于n 资料的，a 达0 0 1 ；在蒙古高原、青藏高原和 格陵兰岛北部，e 资料的气候均值显著小于n 资料的，其中青藏高原中部t 小于一1 2 ，a 达 0 0 0 1 。图3 9 c 给出了n 与c 资料1 月海平面气压场的气候均值差异显著性检验，值。由图 可见，在非洲东部、阿拉伯半岛东南部、印度半岛、青藏高原、太平洋中部、科罗拉多高 1 3 三种再分析资料基本统计量比较 原和格陵兰岛大部分地区，n 资料1 月海平面气压的气候均值显著大于c 资料的，其中青 藏高原南部、格陵兰岛中部t 大于6 ，a 达0 0 0 1 ：在副热带太平洋、副热带大西洋、非洲 北部、里海、天山山脉和蒙古高原，n 资料的气候均值显著小于c 资料的，其中赤道太平 洋中部、赤道大西洋东部、上几内亚高原t 小于一6 ，a 达0 0 0 1 。 二二二二二二二 图3 91 月海平面气压场气候均值差异显著性检验t 值 综合以上分析可知，e c m w f 资料7 月1 0 0 h p a 、5 0 0 h p a 位势高度场的气候均值在北半 球绝大多数区域都显著地小于中国资料和n c e p n c a r 再分析资料，尤其小于中国资料。 n c e p n c a r 资料7 月5 0 0 h p a 位势高度场的气候均值在低纬地区亦显著小于中国资料。三 种资料1 月海平面气压场的气候均值差异显著的地区主要在南亚和副热带太平洋地区，互 有高低，但在中国北方至蒙古地区，e c m w f 和n c e p n c a r 资料都显著低于中国资料。 中国资料是对单个变量、单个层次直接读数的，因此更接近实际观测值。 3 3 年际方差差异显著性检验 年际方差反映年际变率的强度。图3 1 0 a 给出了e 与c 资料7 月1 0 0 h p a 位势高度场的年 际方差差异显著性检验足c 值，e 资料、c 资料分别有4 5 和5 1 年资料，尼，c 检验的分子自 由度为( 碍一1 ) = 4 4 ，分母自由度为( n 2 - 1 ) = 5 0 ，给定信度及= o 0 5 ，得兄= 1 6 1 。由图可 见，整个研究区域都未通过a = o 0 5 的显著性检验。图3 1 0 b 给出了c 与e 资料7 月1 0 0 h p a 位势高度场的年际方差差异显著性检验忍，e 值，尼，) f o 地区表示该地区c 资料7 月1 0 0 h p a 位势高度场的年际方差显著大于e 资料的。由图可见，1 0 。- - - ，5 5 0 n 的大部分地区c 资料的年 际方差显著大于e 资料的，其中印度半岛中部f c ，e ) 4 5 ，口达0 0 1 。 二二二二二二二 图3 1 0e 与c 资料7 月1 0 0 h p a 位势高度场年际方差差异显著性检验，值 图3 1 l a 给出了e 与n 资料7 月1 0 0 h p a 位势高度场的年际方差差异显著性检验最值， 最，检验的分子自由度为4 4 ，分母自由度为5 7 ，给定信度a = o 。0 5 ，得c = 1 5 7 。由图可见， 三种再分析资料基本统计量比较 整个研究区域都未通过a = 0 0 5 的显著性检验。图3 1 l b 给出了n 与e 资料7 月1 0 0 h p a 位势 高度场的年际方差差异显著性检验目占值。由图可见，在北太平洋中部和南美洲的最北端， n 资料7 月1 0 0 h p a 势高度场的年际方差显著大于e 资料的，其中太平洋中部目，e ) 2 0 ，a 达o 0 1 。 图3 i ie 与n 资料7 月1 0 0 h p a 位势高度场年际方差差异显著性检验f 值 图3 1 2 a 给出了n 与c 资料7 月1 0 0 h p a 位势高度场的年际方差差异显著性检验目c 值， 给定信度口= o 0 5 ，得e = 1 5 8 。由图可见，整个研究区域未通过口= o 0 5 的显著性检验。图 3 1 2 b 给出了c 与n 资料7 月1 0 0 h p a 位势高度场的年际方差差异显著性检验疋，值。由图可 见，在北大西洋、非洲北部、南亚地区、青藏高原、蒙古、自令海、北太平洋中东部、赤道太 平洋中部、北美洲东部，c 资料7 月1 0 0 h p a 位势高度场的年际方差显著大于n 资料的，其中 印度半岛南部尼，) 3 3 ，a 达0 0 1 。 图3 1 2n 与c 资料7 月i o o h p a 位势高度场年际方差差异显著性检验，值 图3 1 3 a 给出了e 与c 资料7 月5 0 0 h p a 位势高度场的年际方差差异显著性检验疋，c 值， 给定信度a = 0 0 5 ，得疋= 1 6 1 。由图可见，整个研究区域都未通过a = o 0 5 的显著性检验。 图3 1 3 b 给出了c 与e 资料7 月5 0 0 h p a 位势高度场的年际方差差异显著性检验忍，e 值。由图 可见，在印度半岛、太平洋中部、副热带大西洋和撒哈拉沙漠，c 资料7 月5 0 0 h p a 位势高度 场的年际方差显著大于e 资料的，其中副热带大西洋尼e ) 3 3 ，a 达0 0 1 。 图3 1 3e 与c 资料7 月5 0 0 h p a 位势高度场年际方差差异显著性检验f 值 图3 1 4 a 给出了e 与n 资料7 月5 0 0 h p a 位势高度场的年际方差差异显著性检验层， 1 5 三种再分析资料基本统计量比较 值，给定信度a = o 0 5 ，得e = 1 5 7 。由图可见，赤道太平洋中西部地区名， e ，说明 该地区e 资料7 月5 0 0 h p a 位势高度场的年际方差显著大于n 资料的。图3 1 4 b 给出了n 与e 资料7 月5 0 0 h p a 位势高度场的年际方差差异显著性检验目值。由图可见，在中南 半岛、印度半岛北部、阿拉伯半岛东南部、蒙古高原、伊朗高原、中国大部分地区、副热 带东大西洋和北非，n 资料7 月5 0 0 h p a 位势高度场的年际方差显著大于e 资料的，其中青 藏高原北部目，e 3 5 ，a 达0 0 1 。 二二二二二二 图3 1 4e 与n 资料7 月5 0 0 h p a 位势高度场年际方差差异显著性检验，值 图3 1 5 a 给出了n 与c 资料7 月5 0 0 h p a 位势高度场的年际方差差异显著性检验r ，c 值， 给定信度a = o 0 5 ，得c = 1 5 8 。由图可见，目，c ) c 的地区位于天山山脉、帕米尔高原、青 藏高原北部、黄土高原，其中腾格里沙漠目，c 3 0 ，a 达0 0 1 ，说明这些地区n 资料7 月5 0 0 h p a 位势高度场的年际方差显著大于c 资料的。图3 1 3 b 给出了c 与n 资料7 月5 0 0 h p a 位势高度 场