相关比回归模型与线性回归模型对比分析

在日常的统计天气预报中,我们采用线性相关系数挑选预报因子,但实际经验告诉我们:某些预报因子与预报对象之间存在着明显的非线性关系。我们在国外提出的相关比计算方法的基础上,把近邻权方法引入到相关比计算中,以提高其估值精度,并提出相关比回归模型,把非线性信息引入到模型中。本文通过实际试验结果分析线性回归模型与相关比回归模型的优劣、不同近邻权参数对相关比回归模型拟合、使用的影响。     

用分档系数筛选因子

微机的应用使台站在制作预报选因子时能考虑较大范围、较大数量的要素,且允许进行较为复杂的计算。而常用的预报方法如线性相关系数,极差分析等往往选不出非线性相关的因子。为此,我们根据县站人工挑选因子时常用的分档筛选思路,构造了一个分档系数来筛选因子,并用微机计算,取得较好的效果。     

扩散气候模式的应用及其参数的灵敏度

本文根据南京大厂区排放的二氧化硫污染源资料,用SD模式和CD模式计算了二氧化硫的年平均浓度。发现两式的计算值颇为一致,线性相关系数达0.94,平均比值为0.91,平均相对误差为9%。用美国大气湍流及扩散实验室的面源模式(ATDL)计算值分别同两模式计算值叠加,并与26个监测点的实测值比较,结果也较理想,满足精度要求。本文还对模式参数的灵敏度作了初步分析,指出在气候模式的各参数中,有效源高和铅直扩散参数最为重要。     

用模糊事件的概率变换进行非线性相关因子筛选

在统计分析中,非线性相关因子的处理经常采用初等函数变换的方法,即把自变量X和因变量Y通过一个非线性函数x′=F(x)进行变换后,再计算x′同Y的线性相关系数。但是,由于确定这种函数的计算工作量很大,而且事实上大多非线性关系很难用某一规则函数来表达,所以,有时效果并不理想。我们在雨量量级预报中试用模糊事件的概率变换进行非线性相关因子筛选,然后,由因子的概率样本建立回归方程,在微机上编程计算,方法简单,使用效果较好。     

用模糊事件的概率变换进行非线性相关因子筛选

在统计分析中,非线性相关因子的处理经常采用初等函数变换的方法。即把自变量X和因变量Y通过一个非线性函数X＇=F(x)进行变换后,再计算X＇同Y的线性相关系数,但是,由于确定这种函数的计算工作量很大,而且事实上非线性关系很难用某一规则函数来表达,所以,有时效果并不理想。     

磁层顶日下点距离R_0与磁暴D_（st）指数的相关性

利用2004—2006年ACE、WIND卫星观测的太阳风数据和相应时期反映磁暴大小的Dst指数,针对200个不同级别的磁暴事件,分析了磁层顶日下点距离R0与磁暴Dst指数的线性相关性。分析显示,在极端太阳风条件下,Dst指数时间序列比借助于Chao Model计算出的磁层顶日下点距离R0的时间序列延迟了约3h。经修正时间延迟后,对磁层顶日下点距离R0与磁暴Dst指数的线性相关性进行分析。结果表明：发生超级磁暴时,二者线性相关系数的均值为0.77;大磁暴时,线性相关系数的均值为0.74;中等磁暴时,线性相关系数的均值为0.47。此外,用最小二乘数据拟合得到了不同级别磁暴时的R0-Dst关系图。     

论变量线性相关系数的相互制约及其对多元线性回归方程拟合优度的影响

本文提出并定量地研究了三个变量间线性相关系数的相互制约关系。在此基础上讨论了因子相关对多元线性回归方程拟合优度的影响。提出一种选因子的标准,并初步论证了它的合理性。     

宁夏区域太阳日辐射通量计算方法的研究

利用银川站过去5 a的太阳日辐射观测资料(1981~1985)与大气外太阳辐射、日照时数、日照长度间的相关关系,确定了区域系数as。通过对bs的取值进行敏感测试,可得到一组最佳推算太阳辐射通量的区域系数:as=0.3,bs=0.5。用此系数和太阳日辐射通量计算公式,推算了银川站1986、1987年太阳日辐射通量并用观测值进行验证,结果表明:两者之间有很好的线性相关,R2=0.94,验证了区域系数的可信度。通过对银川站2 a(1986,1987)资料的平均误差、平均偏差、平均绝对偏差和均方根偏差的计算表明,结果与国内相关报道基本一致。对宁夏永宁站1989~2000年的太阳日辐射通量用区域系数进行估算,并与银川站的实际观测资料比较,结果显示永宁站太阳日辐射通量估算值和银川站实测值间有很好的线性关系,12 a间的方差最小值R2=0.88。     

最佳分级程序

有关预测预报的问题(如天气预报,水位预报,病虫害预测,流行病暴发预测预报等)都要研究预报对象(用 y 表示)和因子(用 x 表示)之间的关系。例如:“发尽桃花水,必有旱黄梅。”桃花水就是前期预报因子,旱黄梅是预报对象,两者之间就有可能有着前因后果的相关性。气象上,经常用线性相关系数公式来计算两者之间的关系。若预报对象分别是偏多(或偏高),正常,偏少(或偏低)三级。而因子 x 是连续变量。用一般计算线性相关系数公式往往选不出较好的前兆因子,且不少因子和 y 之间也并非都存在     

单多普勒天气雷达反演降水粒子垂直速度Ⅰ：算法分析

针对多普勒雷达风场反演的体积速度处理(Volume Velocity Processing,VVP)方法中系数矩阵的病态问题,从数学上进行了分析和论证,对反演的误差进行了敏感性分析,并对垂直速度的求解方程作了改进。系数矩阵的条件数将随着待反演参量的不同而差别很大,通常的处理方法是舍弃量级较小的参量,通过对误差范数的分析,证明这种处理尽管存在模型误差,但能够降低求解难度和结果误差。对系数矩阵病态原因的分析发现,系数矩阵矢量的线性相关造成了矩阵奇异,当合并或舍弃线性相关项时,待反演参量会受模型误差的影响,并且这种模型误差的大小并不仅与待反演参量的量级有关,而且随着位置的不同而改变,但是部分待参量仍然可以保持准确值。在对VVP算法误差分析的基础上,分析并验证了舍弃部分参量时的反演误差,改进的算法为准确反演降水粒子的垂直速度提供了理论基础。     

基于测风塔数据的最大风速与极大风速 关系研究

利用辽宁省风能资源专业观测网2009年6月至2010年5月26座测风塔10—70 m(部分塔为100 m)高度的逐10 min梯度风观测数据,采用线性相关分析的方法,研究了近地层最大风速和极大风速的关系。结果表明:年内最大风速与极大风速多数出现在同一大风天气过程中,但极大风速并非主要发生在出现最大风速的20 min内;最大风速和极大风速易出现在午后和傍晚;极大风速与最大风速普遍具有较好的线性相关关系,日时距、10 min时距和大风条件下,日时距的相关性最好,平均相关系数达到0.970;不同时距和大风条件下,极大风速与最大风速的比值系数相差不大,但从相关性看可以考虑优先使用日时距样本的最大风速推算极大风速;随着高度的增加,极大风速与最大风速的比值系数减小,10 m高度日极大风速是日最大风速的1.42倍左右,70 m高度则是1.24倍左右,利用最大风速推算不同高度极大风速时不宜采用统一的比值系数。     

对流涡度矢量和湿涡度矢量在暴雨诊断分析中的应用研究

利用对流涡度矢量(CVV, (ζa×θe)/ρ)和湿涡度矢量(MVV, (ζa×θv)/ρ)对华北地区一次大范围的大到暴雨天气过程进行了诊断研究.结果表明,CVV和MVV垂直分量与云和降水密切相关,暴雨区区域平均和垂直积分的CVV和MVV垂直分量与云中水凝物混合比的相关系数分别为0.92和0.95,与降水率的相关系数分别为0.71和0.47.云中水凝物分为液态水凝物和固态水凝物,虽然同态水凝物的含量相对较少,但它在云的变化中起着更重要的作用.滞后相关分析表明,降水率的峰值到来之前4-5 h云中水凝物含晕最少,降水率的峰值到来之后1-2 h,云中水凝物含量最多.云中水凝物与降水率的滞后相关系数主要是由液态水凝物与降水率的滞后相关系数决定的,只有约1/4的滞后相关系数是由固态水凝物与降水率的滞后相关系数贡献的.CVV和MVV的垂直分量与云中水凝物具有非常好的相关性(同时及滞后),与降水率的相关也较好,可以代表云和对流系统的发展.CVV和MVV垂直分量的局地变化超前降水率3 h左右,可以作为降水发生的先兆,对降水的预报有潜在的意义.CVV垂直分量的局地变化与降水率的相关系数大于MVV垂直分量的局地变化与降水率的相关系数,因此在实际预报中可以利用CVV垂直分量的局地变化来估计未来降水的变化.     

北京奥运交通路段精细预报

利用2007年6月1日-9月30日北京奥运交通路段27个自动气象站（含9个路面自动气象站）的监测资料,对各自动气象站的气象要素与北京市观象台同期气象要素进行统计相关分析,得出97个一元线性关系式,其各气象要素的相关系数（最高气温为0.9103~0.9884,最低气温为0.8777~0.9883,相对湿度为0.7499~0.9682,路面环境最高气温与路面最高温度为0.8502~0.9288,路面环境最低气温与路面最低温度为0.9171~0.9851）均通过F_α=0.01的检验。2008年8月北京奥运会期间,在北京市气象台短期预报产品的基础上,根据线性回归关系式,生成交通路段客观预报产品,并应用于服务。     

江西省山地风场风速订正方法研究

利用气象站、探空及NASA再分析资料,对江西省4县山地风场的12座测风塔风速进行订正研究。研究结果表明:测风塔与气象站风速数据相关性较低,相关系数一般远小于0.45;测风塔与探空资料的风速相关系数可达到0.6以上,最高可达到0.8;NASA再分析资料可以作为江西山地风场风速订正参证数据,其与测风塔风速数据相关性较高,相关系数可达到0.54～0.77,大多数测风塔相关系数可达0.7左右。海拔高度小于1000 m的测风塔与NASA 50 m风速的相关系数明显高于其与NASA 850 hPa风速的相关系数,高度为1000—1200 m的测风塔与NASA 50 m风速和与NASA 850 hPa风速的相关系数相差不明显,高度大于1200 m的测风塔与NASA 850 hPa风速的相关系数明显大于其与NASA 50 m风速的相关系数。比值法订正效果略好于线性回归法的,订正后的风功率密度总体偏大。     

小型与E-601型蒸发皿蒸发量对比分析及其折算系数——以江苏省为例

本文基于江苏省16个台站小型和E-601型蒸发皿同步对比观测资料,以南京站为例,采用比值法和多元线性回归法对长时间序列小型蒸发皿蒸发量进行估算及效果检验,结果表明:通过比值法计算得到的月折算系数介于0.490～0.609之间,年折算系数介于0.476～0.621之间,二者平均折算系数相同,均为0.537,两种蒸发皿月蒸发量相关系数高达0.952 4,年蒸发量相关系数仅0.496 2,表明在利用比值法进行计算时,月折算系数较为合理,具有较好适用性;基于各气象因子和E-601型蒸发量建立的各月小型蒸发皿蒸发量多元线性回归方程,决定系数介于0.809～0.940,效果较理想;比值法和多元线性回归法模拟检验中,比值法年平均误差为7.9%,多元线性回归法年平均误差仅2.5%,比值法预测结果决定系数为0.861 9,回归模型决定系数高达0.953 4,可见回归模型效果更为理想。总结研究结果后,本文详细给出江苏省各台站小型及E-601型蒸发皿折算系数,为有效完整利用江苏省各台站长时间序列小型蒸发皿资料提供合理依据。     

铜仁市暴雨局地性、同步性和相关性研究

通过贵州省铜仁市10个国家级地面气象观测站2007-2021年逐日降水资料统计分析发现：（1）铜仁市暴雨天气过程的局地性非常突出,大暴雨以上天气过程单站率占70.4%,暴雨以上天气过程单站率为50%,研究时长内没有查询到10个国家级台站同日出现暴雨的案例。（2）铜仁市暴雨天气过程同步性总体较差,有95.6%的台站暴雨以上同步率小于50%。（3）台站间年度暴雨日数相关性总体不明显,仅有22.2%（6.7%）能通过0.05（0.01）显著性检验。（4）发生暴雨以上天气过程时,站间雨量相关性也不够理想,有64.4%（60%）能通过0.05（0.01）显著性检验,其中西部思南和印江之间相关性最好,大暴雨天气过程相关系数达到0.8550,暴雨以上天气过程雨量相关系数达到0.7908;东部碧江和万山之间相关性最好,发生大暴雨以上天气过程时雨量相关系数为0.6067,发生暴雨以上天气过程时相关系数为0.5772,可供复杂地形下精细化预报参考。     

赤道中东太平洋海温关联指数及其与ENSO强弱作用年相关的研究

基于关联度区域平均的方法定义了赤道中东太平洋海表温度的关联指数(TPTI),这一关联指数与多种传统指数具有较多的共性,主要体现了赤道中东太平洋地区海温与其他区域作用强度的变化.同时,指数偏强的年份基本对应了强厄尔尼诺年和拉尼娜年,主要原因在于这些年份温度同步变化的覆盖区域较广,赤道中东太平洋对其他地区的作用较强.因此,厄尔尼诺和拉尼娜事件本身也包含了对全球气候变化的强作用年和弱作用年两种情况.这一关联指数与中国夏季降水联系的研究表明:春季和夏季关联指数与中国夏季降水经验正交分解第一模态的相关系数分别为-0.24和-0.38,前冬和春季关联指数与夏季降水在长江流域和东北地区等均有显著的相关,关联指数大值年和小值年对应的亚欧大陆和北太平洋区域的异常环流形势基本呈反位相配置.因此,这一关联指数具有应用于夏季降水预测的潜在价值,基于网络关联度的指数定义方法可能是气候变化信号指数定义之新的有效途径.     

Some aspects of the correlation between lightning and rain activities in thunderstorms

The lightning activity of convective systems is a sometimes fruitful indicator of their precipitation production. The present study compares rain volume with different types of lightning activity in several convective systems. The study uses data obtained in the Paris area where two lightning detection systems coexist. The Météorage network provides the location and the polarity of cloud-to-ground flashes, while the SAFIR system detects the total flash activity: cloud-to-ground, intra-cloud flashes and VHF individual sources within a given time window. The overall spatial correlation between rain and lightning appears to be very consistent for all lightning types. A pixel-to-pixel study shows that positive CG flashes are associated with higher rainwater volume than negative flashes. Introducing a weight coefficient for positive CG flashes considerably improves the correlation between rain amount and lightning production. Taking into account the specific contribution of each type of lightning flash, the amount of rain can be estimated from the total electrical activity of each system. Comparison with the amount derived from radar measurement shows reasonable agreement. Finally, the parallel time evolutions of rain and lightning rates display quite similar characteristics.     

华北中部夏季气溶胶垂直分布及其与云凝结核和云滴转化关系的飞机观测研究

气溶胶的时空分布及其核化成云的转化过程是云降水物理研究的重点,也是气候变化中气溶胶间接效应关注的热点问题。利用2013～2014年期间在华北中部山西地区开展的9架次夏季晴天和积云天气情况下的气溶胶、云凝结核（CCN）及云滴数浓度观测资料,分析研究了气溶胶的垂直分布、谱分布、来源特征及其与云凝结核、云滴数浓度的转化关系。研究结果表明,大气边界层逆温层结对气溶胶、CCN垂直分布有重要影响,不同天气条件下气溶胶谱型在低层差异较大而高层基本一致;垂直方向上CCN数浓度与气溶胶数浓度有较好的相关性,过饱和度0.3%条件下CCN比率（云凝结核/凝结核）与气溶胶有效直径呈线性关系;积云云下气溶胶与云滴的线性拟合方程为y=1.3x?616.3,拟合相关系数为0.96,气溶胶转化为云滴的比率可达到47%。在过饱和度0.3%条件下,云下CCN与云滴的线性拟合方程为y=1.6x?473.8,拟合相关系数也为0.96,CCN转化为云滴的比率可达到69%。