《气象统计方法》教学大纲

1、气象统计方法Meteorological Statistical Method一、课程基本情况课程类别：专业任选课课程学分：2 学分课程总学时： 32 学时，其中讲课： 24 学时，实验（含上机）： 8 学时，课外 学时课程性质：选修开课学期：第6学期先修课程：高等数学，概率统计，线性代数，天气学原理, 气象程序设计及绘图适用专业：大气环境专业教 材：施能编，气象统计预报，气象出版社，2009出版开课单位：大气科学学院 气候学系 二、课程性质、教学目标和任务气象统计方法是大气物理专业的一门专业任选课，它是在概率统计、线性代数等课程基础上，学习利用统计方法对气象特征及成因进行诊断或对气象现象进行

2、预报的方法。通过本课程的教学，使学生能够掌握对天气、气候现象进行诊断分析及预报的常用统计学方法的基本原理和技术，包括挑选与统计检验预报因子、建立预报工具、统计与分析气象资料中的统计规律，并且培养学生运用所学的方法与技能从事科学研究的能力，为将来从事大气物理方面的业务及科学研究工作打下基础。 三、教学内容和要求第1章 气象资料及其表示方法（5学时）1.1单个要素的气象资料(3学时)（1）了解气象资料对于气象业务和科研的重要性；（2）了解单要素气象数据资料的表达及几何意义；（3）掌握描述单要素气象数据资料统计特征的基本统计量，如平均值、中位数、众数、距平、方差、 均方差、绝对变率、相对变率、频率分

3、布、总体与样本、分布函数、分布列与频率表等；（4）理解各个统计量在气象分析和研究中的具体含义；（5）理解并掌握常用统计量如平均值、距平、均方差等的实际应用情况； 1.2多要素的气象资料(2学时)（1）了解多要素气象数据资料的矩阵表达及几何意义；（2）掌握描述多要素（变量）气象数据资料统计特征的基本统计量，如均值向量、协方差与协方差矩阵、多维频率表、多维分布列等概念；（3）理解各个统计量在气象分析和研究中的具体含义；（4）掌握区域资料的整理和利用方法、数据的标准化与正态化方法；（5）掌握多要素常用统计量如均值向量等的实际应用情况；重点：描述气象资料基本统计特征的各统计量表达式、区域资料整理和利用

4、方法，数据标准化和正态化方法难点：各统计量表征的含义及应用第2章 选择最大信息的预报因子（4学时）2.1概率和条件概率以及预报指标(0.5学时)（1）了解概率和条件概率的概念；（2）掌握如何利用条件概率的概念确定预报指标；2.2天气预报指标的统计检验(1学时)（1）掌握二项分布的概念；（2）掌握符合二项分布的三个条件；（3）掌握二项分布在天气预报指标统计检验中的应用；2.3 假设检验中的基本问题（0.5学时）（1）了解假设检验的基本思想（2）掌握假设检验中涉及的基本概念及基本步骤2.4简单相关系数及检验(1学时)（1）掌握简单相关系数的概念、意义、计算公式；（2）掌握简单相关系数的统计检验方法

5、及应用；2.5偏相关系数(0.5学时)（1）了解偏相关系数的意义；（2）掌握偏相关系数的概念及三个要素时的计算表达式；（3）理解其应用；2.6高自相关变量间相关系数(0.5学时)（1）了解对高自相关变量相关系数检验需计算有效自由度的必要性（2）掌握有效自由度的计算方法重点：条件概率在确定预报指标中的应用，以及天气预报指标的统计检验；各类相关系数的定义、功能及统计检验；难点：假设检验的基本理解，偏相关系数概念的理解及应用。第3章 回归分析（6学时）3.1 一元线性回归（2学时)（1）了解一元线性回归的基本概念；（2）掌握一元线性回归原理，包括：一元线性回归方程的三种回归模型，回归系数的最小二乘估

6、计、回归系数要满足的正规方程组；掌握一元线性回归系数与相关系数的关系，（3）了解对回归方程进行方差分析的意义，掌握回归方差与剩余方差的定义及计算方法，掌握回归方程的统计检验（F检验）；（4）掌握利用一元线性回归方程进行预报的思路；（5）了解回归分析和相关分析的区别；3.2多元回归分析(2学时)（1）了解一元线性回归的基本概念（2）掌握多元线性回归方程的模型、回归系数的最小二乘估计、回归系数要满足的正规方程组；（3）了解复相关系数的定义及计算方法。（4）了解对回归方程进行方差分析的意义，掌握回归方差与剩余方差的定义及计算方法，掌握回归方程的统计检验（F检验）；（5）掌握利用多元线性回归方程进行预

7、报的步骤；3.3逐步回归方法(2学时)（1）掌握预报因子重要性检验方法及原理；（2）掌握逐步回归的基本思想和具体步骤，正规方程组求解与求逆的矩阵变换方法，矩阵变换方法的性质及计算、逐步回归中方差贡献的计算方法，引入与剔除变量的F检验方法及原理，逐步回归中剩余标准差计算；（3）理解其实际应用；重点：一元（多元）线性回归模型和不同形式的回归方程组；回归方差与剩余方差的定义及计算方法；回归方程的统计检验。难点：回归系数的最小二乘估计方法；逐步回归的基本思想和具体步骤。第4章 气候趋势分析（3学时）4.1线性倾向估计（1学时）（1）了解分析气象要素气候变化趋势的必要性和意义；（2）掌握线性倾向估计方法

8、的原理；（3）理解该方法在气象要素变化趋势分析中的应用；4.2滑动平均（0.5学时）（1）掌握滑动平均方法的原理和计算；（2）理解该方法在气象要素变化趋势分析中的应用；4.3二次平滑方法（0.5学时）（1）掌握二次平滑方法的原理和计算；（2）理解该方法在气象要素变化趋势分析中的应用；4.4累积距平（0.5学时）（1）掌握累积距平方法的原理和计算；（2）理解该方法在气象要素变化趋势分析中的应用；4.4变化趋势的显著性检验（0.5学时）（1）掌握气候变化趋势的显著性检验方法及计算；重点：掌握线性倾向估计、滑动平均、累积距平等常用气象要素变化趋势分析方法；难点：理解上述方法的应用。第5章 气候稳定性

9、检验（2学时）5.1平均值的显著性检验（1学时）（1）掌握检验某一地区气候是否具有稳定性、两个地方的气候是否有显著差异的均值检验方法（u检验、t检验）；（2）了解上述方法的应用；5.2方差的显著性检验（1学时）（1）掌握检验某一地区气候是否具有稳定性、两个地方的气候是否有显著差异的方差检验方法（x2检验、F检验）；重点：均值、方差稳定性检验的方法；难点：均值、方差检验的释用。第6章 气象场的自然正交展开（4学时）6.1气象场的自然正交展开原理（3学时）（1）了解自然正交函数分析方法的基本思想、功能及其优点；（2）了解自然正交函数分析方法的原理；（3）掌握特征向量、时间系数的确定； （4）理解特

10、征向量和时间系数的物理意义；（5）掌握应用自然正交函数分析方法进行气象要素场分析的步骤、方差贡献率的计算与收敛性的分析；掌握时空转换技术；6.2气象场的自然正交展开方法的应用（1学时）理解并掌握自然正交函数分析方法在气象要素场分析中的释用。重点：自然正交展开方法的基本原理及物理内涵。难点：特征向量和时间系数的分析。实验部分：实验内容和要求序号项目名称所需学时内 容 提 要项目要求实验类型必开选开实验一基本统计量的计算和应用2求500hPa高度场气候场、距平场和均方差场综合实验二各相关系数的应用12计算给定数据资料的简单相关系数和自相关系数综合实验三一元线性回归2求给定数据的一元线性回归方程综合实验四气象要素时空特征分析2对给定的海温数据进行EOF分析综合四、课程考核（1）作业等：作业：3 次，课程论文： 0 篇；（2）考核方式：闭卷考试（3）总评成绩计算方式：平时成绩30%、期中考试20