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：钱诚等
教学目的要求
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。
预修课程
气候学、概率统计
大纲内容
第一章 课程引论与基础知识 3学时 钱诚
第1节 课程概况-目的、要求、考试安排等
第2节 常用统计量：距平、方差
第3节 常用统计量：标准差、相关系数
第4节 概率分布
第5节 重现期
第6节 统计检验：参数方法
第7节 统计检验：非参数方法
第二章 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
第三章 气候场时空结构分析 — EOF/SVD 3学时 钱诚
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
第四章 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
第五章 EEMD方法 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
第六章 气候极值和极端天气气候变化 3学时 钱诚
第1节 气候新定义：分布、均态和极值
第2节 逐日气候分布的计算及应用案例
第3节 绝对和相对气候极值指数
第4节 极值理论分布GEV和GPD
第5节 非平稳极值理论拟合
第6节 更多气候极值分析方法 - 以GLM为例
第7节 基于逐日气候分布的各种气候极值指数计算
第8节 极端天气气候变化的事实分析 - 多案例
第七章 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：大气模式和耦合模式方法
第6节 事件归因案例
第八章 典型深度学习算法和基本原理 3学时 夏江江
第1节 人工智能技术在天气气候中应用概况
第2节 深度学习基本原理
第3节 循环神经网络RNN原理
第4节 卷积神经网络原理
第5节 典型深度学习算法应用案例
第九章 机器学习气候诊断方法 3学时 夏江江
第1节 决策树原理
第2节 随机森林算法
第3节 XGBoost算法
第4节 典型树模型算法在气候诊断和预报中的应用案例
第十章 智能气候预测方法 3学时 夏江江
第1节 ConvLSTM算法
第2节 UNet算法
第3节 Transformer算法
第4节 时空预测深度学习算法研究进展介绍
第5节 时空预测深度学习算法应用案例
第十一章 精细化气候预估方法 3学时 夏江江
第1节 生成式网络Diffusion算法
第2节 深度学习降尺度方法
第3节 精细化气候降尺度应用案例
第4节 下一代气候模式发展趋势研讨
第十二章 智能气候模型可解释性方法 3学时 夏江江
第1节 可解释性技术在气候中的应用
第2节 树模型可解释性技术原理
第3节 深度学习可解释性技术原理
第4节 可解释性技术应用案例
第5节 物理约束与数据驱动融合研究研讨
第十三章 学生报告+讨论 2学时 钱诚
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
参考书
1、
Statistical methods in the atmospheric sciences: an introduction
Wilks
2019
Academic Press
课程教师信息
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。
夏江江，中国科学院大气物理研究所，副研究员。中国科学院大气物理研究所-大气科学人工智能研究中心副主任，中国气象学会气象人工智能技术委员会副主任委员，中国气象服务协会人工智能技术委员会副主任委员。研究领域：机器学习/深度学习等技术在气象中的应用。