用天气发生器对我国主要
城市天气指标的模拟和预测

作者:吴 蔚 王 磊 李树良
学校:华东师范大学
院系:金融与统计学院统计与精算系
目 录
摘 要
本文对我国的10个主要城市降雨量和非降雨指标建立了天气发生器模型,对当地的气象指标进行了统计模拟.文章首先介绍了天气发生器的研究历史和主要内容,选取了降雨和日平均气温作为主要研究对象,用Fourier分析和时间序列的方法进行建模,并用统计模拟的方法分别生成了一年的数据.最后,我们将模拟得到的数据与实际数据进行了统计特性上的比较,证明建立的天气发生器给出的模拟结果是合理和有效的,并以此推断气候是否出现异常.
关键词:马尔科夫链;降雨模型;降雨量模型;天气发生器;统计模拟;Fourier分析;时间序列;
Abstract
This paper develops the weather generator for 10 major cities in China and simulates the local climatology. The paper begins with the introduction to researches on weather generator and then turns to the case in 10 major cities in China. With careful consideration of all the factors that are usually included in weather models, the precipitation and the temperature are picked to be modeled by Fourier analysis and time series. The simulation provides one-year data with the model developed. Finally, the generated data are compared with the observed, proving that the simulation is reasonable as well as efficient.
Key words: Markov Chain; Rainfall Model; Weather Generator; Statistical Simulation; Fourier Analysis; Time Series;
第一章 前 言
一,论文背景介绍与问题提出
(一)问题提出的背景
在农业,工业及生态学等多个领域的研究和工作中,天气现象都对研究结果有着重要影响.然而,实际工作中气象数据往往不全或较少,给研究带来了许多困难.因此,天气模型一直是气象学研究的一个重要课题.而近年来反常气候现象的频频发生更引起了人们对气候现象的普遍关注.人们希望,能在现有的条件下尽可能多地了解天气现象的统计特性,并取得尽可能多的数据用于各个领域的研究.作为天气模型的一种,天气发生器(Weather generator)能够补足缺失数据,生成任意长的天气数据序列,在理论和实际工作中都有着广泛的应用.它能通过统计模拟方法生成天气数据,提供更多得研究资料,使人们能够相应的对各种设施进行合理的设计,制定有效的应急响应措施.本文利用已有的数据,建立我国10个主要城市的天气发生器.
(二)天气指标介绍
常见的气象指标包括当日最高气温,当日最低气温,当日平均气温,当日降雨量,太阳辐射等,有时也包括表示空气质量的各种指标.但以降雨和气温两方面的指标对生产生活的影响最为明显,研究结果也最为丰富.因而,本文主要考虑气温和降雨两方面的天气条件.
(三)问题的提出
我们通过查阅大量的文献资料发现,迄今为止,国内的专家学者和机构主要的工作都是在利用以往的天气数据,对未来的降雨量进行模拟.我们通过对天气发生器研究后发现,天气发生器的一个核心功能还在于它能够被用来预测非降雨指标,例如每日最高温度,每日最低温度,每日平均温度,每日太阳辐射量等.本文正是基于对上述问题的考虑,针对我国不同地区分布的10个主要城市,希望通过我国气象数据(来自于中国气象科学数据共享服务网:http://cdc.cma.gov.cn/ )建立一般的降雨模型和降雨量模型,并通过天气发生器建立我国的非降雨指标天气模型.
(四)研究对象背景介绍
根据我国的地理位置分布和气候特点,结合已有的数据,我们选择了有代表性的10个城市作为我们研究的主要对象,这10个城市包括北京,哈尔滨,拉萨,西宁,南京,广州,武汉,海口,吐鲁番,昆明.

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