气候变化的统计分析方法

课程编码：180083070600P1003H 英文名称：Statistical Analysis of Climate Change 课时：40 学分：2.00 课程属性：学科核心课 主讲教师：严中伟等

本课程介绍气候研究中常用和前沿统计分析方法，目的是为相关专业研究生正确处理气候科研中遇到的各种数据信息处理和问题分析提供必要的统计基础知识及应用经验。要求学生具备气候学和概率统计方面的知识基础。

气候学、概率统计

第一章 引论 - 从气候跃变说起 3学时 严中伟
第1节 课程概况-目的、要求、考试安排等
第2节 理论背景-从周期观到跃变观
第3节 气候跃变的定义
第4节 气候跃变的案例
第5节 均值跃变的检测方法和应用
第6节 变率跃变的检测方法和应用
第7节 更多类型跃变的分析方法和应用
第8节 课堂讨论+课外作业解释
第二章 基础知识：统计量、概率分布、显著性检验 3学时 钱诚
第1节 常用统计量：距平、方差
第2节 常用统计量：标准差、相关系数
第3节 概率分布
第4节 重现期
第5节 统计检验：参数方法
第6节 统计检验：非参数方法
第三章 线性回归和气候趋势 3学时 钱诚
第1节 最小二乘线性回归
第2节 Student's t检验
第3节 Mann-Kendall检验
第4节 Sen趋势
第5节 通用的趋势分析方法：WS2001
第6节 WS2001应用案例
第四章 气候变量场趋势及成因分析 3学时 严中伟
第1节 背景问题：全球变暖非线性、区域气候变化格局
第2节 三次样条回归CSR
第3节 案例分析：全球变暖的非线性过程
第4节 广义加法模型GAM
第5节 案例分析：西南澳降水趋势格局剖析
第6节 广义线性模型GLM
第7节 案例分析：西北欧风速变化格局及成因
第五章 谐波谱和小波分析 3学时 钱诚
第1节 谐波谱原理
第2节 离散功率谱
第3节 连续功率谱
第4节 谐波谱案例
第5节 小波分析原理
第6节 小波分析代码和案例
第六章 EEMD 3学时 钱诚
第1节 EEMD简介
第2节 EEMD原理
第3节 EEMD代码和FAQ
第4节 EEMD气象应用案例
第5节 EEMD水文应用案例
第6节 EEMD海洋应用案例
第七章 气候变量场的时空分解 3学时 严中伟
第1节 EOF方法的基本原理
第2节 EOF的其他表述及应用问题
第3节 EOF应用案例分析
第4节 旋转EOF
第5节 旋转EOF应用问题
第6节 旋转EOF案例分析
第7节 SVD原理
第8节 SVD应用案例分析
第9节 问题和讨论
第八章 气候极值 3学时 严中伟
第1节 气候新定义：分布、均态和极值
第2节 从分布的视角看气候变化
第3节 逐日气候分布的计算及应用案例
第4节 绝对和相对气候极值指数
第5节 极值理论分布GEV和GPD
第6节 非平稳极值理论拟合
第7节 更多气候极值分析方法 - 以GLM为例
第8节 应用案例分析
第9节 问题和讨论
第九章 极端天气气候变化 3学时 严中伟
第1节 背景问题：全球变暖与区域极端天气气候事件
第2节 IPCC系列报告及标志性的研究进展回顾
第3节 基于逐日气候分布的各种气候极值指数计算
第4节 极端天气气候变化的事实分析 - 多案例
第5节 极端天气气候变化的成因分析 - 多案例
第6节 问题和讨论
第十章 随机天气发生器 3学时 严中伟
第1节 SWG的定义、实例及应用场景
第2节 SWG建模基础 - Markov过程
第3节 逐日降水序列的一阶Markov模型
第4节 Markov模型的改进
第5节 多变量SWG的构建和模拟流程
第6节 案例详解：用SWG分析季节极端降水的潜在可预测性
第7节 问题和讨论
第十一章 气候序列的均一化 3学时 严中伟
第1节 基本概念
第2节 理论分析
第3节 实例分析
第4节 常用的均一化方法简介
第5节 针对极值的均一化方法
第6节 多要素协同的均一化方法
第7节 均一化结果的不确定性及解决途径
第8节 基于均一化资料重新评估近百年中国气候变暖
第十二章 气候变化的检测归因 3学时 钱诚
第1节 检测与归因的概念
第2节 长期变化归因：气候模式辅助的方法
第3节 长期变化归因：不用模式的方法
第4节 事件归因：基于环流相似的方法
第5节 事件归因：大气模式方法
第6节 事件归因案例
第十三章 学生报告+讨论 2学时 严中伟
第1节 学生报告：各专业文献中的统计分析方法及应用
第2节 讨论+答疑
第十四章 闭卷考试 2学时 钱诚
第1节 闭卷考试

严中伟，气象学博士，中科院大气所二级研究员，博导，中国科学院大学岗位教授。1983年于北京大学地球物理系获理学学士学位，1985年于北京大学地球物理系获理学硕士，1989年于中国科学院大气物理研究所获理学博士。历任大气所助研（1989）、副研（1990）、研究员（1995）；1992年法国CNRS第四纪地质实验室访问学者；1994-1995年比利时皇家气象学院访问学者；1999-2000年英国UEA气候研究部（CRU）Royal Society Fellow；2000-2001年英国UCL统计科学系Senior Researcher；2001-2005年国际CLIVAR项目办Senior Scientist。《Adv Atmos Sci》、《J Meteor Res》编委；《大气科学》、《气候与环境研究》、《气象学报》常务编委；众多国际学刊论文评审人；获第一届赵九章科学工作奖（1990）；国务院特殊贡献专家（1993-）；中直机关优秀中青年工作者（1995）；第一届学笃风正科研奖（1997）；国家自然科学奖二等奖（2004）；大气物理研究所科技创新贡献奖（2013）。主要研究极端天气气候变化，是多次国家气候变化评估报告的章主笔，迄今发表论文200多篇，合著多部。 钱诚，气象学博士，中科院大气所研究员，博导，中国科学院大学岗位教授。2009年在中科院大气所获博士学位。2013年获得“谢义炳青年气象科技奖”；2016年入选中国科学院青年创新促进会。《第四次气候变化国家评估报告》第一卷第三章“气候变化的检测归因”主要作者。从事区域气候变化检测归因和预测预估研究，发表的关于人类活动影响区域尺度气温年循环变化的检测归因研究被2篇Science论文他引、《参考消息》报道；发表的关于华北干旱多年代际变率的研究单篇引用超过100次；发表的关于2016年1月中国东部破纪录冷事件的归因研究和关于近50多年中国二十四节气气候变化的研究工作受到国内外媒体和科普杂志的广泛报道。