氣候資料的基本統計
正文
各氣象要素的多年觀測記錄按不同方式的統計。其統計結果稱為氣候統計量，又稱氣候要素。它們是分析和描述氣候特徵及其變化規律的基本資料。通常使用的有均值、總量、頻率、極值、變率、各種天氣現象的日數及其初終日期，以及某些要素的持續日數等。氣候統計量通常要求有較長年代的記錄，以便使所得的統計結果比較穩定，一般取連續30年以上的記錄即可。為了對某區域或全球範圍的氣候進行分析比較，必須採用相同年份或相同年代的資料。為此，世界氣象組織曾先後建議把1901～1930年和1931～1960年兩段各30年的記錄，作為全世界統一的資料統計年代。在一些氣候變化不大的地區，或對於一些年際間變化較小的要素，其連續10年以上的統計結果，也具有一定的代表性。
平均值和總量 平均值 是基本氣候資料中最常用的統計量。必須統計平均值的氣象要素，有氣壓、氣溫、濕度、風速和雲量等。日平均值是一晝夜的 24次、8次或 4次觀測值的平均數據。候平均值、旬平均值和月平均值，分別為每 5天、10天和30天（或31天）中的日平均值的平均數據。年平均值則為一年12個月的月平均值平均所得的數據。多年平均值為某要素逐年同期的平均值，在相當長（至少連續30年）的時期內平均所得的數據。為了解氣候的變化或某氣象要素的變化，還常用距平值。它是一系列數值中的個別值與平均值之差。個別值大於平均值者稱正距平，小於平均值者稱負距平。主要有對多年平均值的偏差、氣候要素在某一特定地點的數值與該要素在該地所在緯圈的平均值之差等。
總量 是某氣象要素觀測值在一定時段內的累積量。如：某年7月的月降水量，就是該年 7月1～31日所有各日降水量的總和；某年的年降水量則為該年 1～12月各月降水量的總和。統計總量的要素有：降水量、日照時數、蒸發量和輻射量等。
極值 某氣象要素自有觀測記錄以來的極端數值或在某特定時段的極端數值。實際套用的有平均極值、極端極值和一定保證率的極值等三種。平均極值是指對每天觀測到的某項極值(如最低溫度)進行旬、月、年和多年平均的結果。如北京在1951～1970年的20年間,7月平均最高氣溫為31.1°C，1月平均最低氣溫為-10.0°C。極端極值是從某要素在某時段的全部極值觀測記錄中挑選出的最極端的數值（表1）。如北京在1951～1970年的20年中，極端最高氣溫曾達到40.6°C（1961年6月10日）,極端最低氣溫為-27.4°C（1966年2月22日）。 氣候資料中的極端極值同統計的時段（候、旬、月、年）和記錄的年代有關，時段和記錄的年代不同，極端極值就可能不同。
在解決許多實際生產任務時,往往不取極端極值,而取某種保證率的極值,如取30年（或50年、100年甚至更長時段）一遇的極值。這種極值是根據一定時間的實測資料，按照數理統計極值頻數分配理論計算出來的。
頻率 將某氣象要素的全部觀測序列，按數值大小分成若干組，各組中所含的次數稱為頻數；各組的頻數所占總次數（即各組頻數的總和）的百分比即稱為頻率。將頻率按一定順序逐個累加的結果，稱為累積頻率。
為表示某地在一定時間內的風向和風速的頻率，常用形似玫瑰花朵的風玫瑰圖。風向一般用 8個方位或16個方位表示。風向風玫瑰的模量，表示各風向的頻率。頻率最高，表示該風向出現的次數最多（圖1）。風玫瑰圖通常有年、季和月等多種，也有按特定風速繪製的風玫瑰，如大於10.0米/秒或小於3.0米/秒的風向風玫瑰等。風玫瑰圖可供城市規劃、 港口和機場設計、工廠建築設計以及氣候研究等方面使用。 變率 表示氣象要素觀測資料序列變動程度的數量。氣候學中一般用相對平均差(v)表示變率,即：
式中xi為各觀測值序列,塣 為多年平均值，n為序列樣本數。在氣候學中，將上式的分子部分，即距平絕對值的平均稱為平均絕對變率,v為以百分率表示的相對平均差，稱為平均相對變率，或簡稱變率。
變率的大小表示該要素年際間變化的程度。降水變率是使用較廣的一種統計量，常用來比較不同地區降水的多年變化特徵和旱澇特徵。例如，開羅和仰光兩地降水量的年平均絕對變率雖然都是17毫米，但是年平均降水量卻分別為 34毫米和 2540毫米，所以開羅年降水量的平均相對變率為17/34＝50％，而仰光則為17/2540＝0.68％。這表明開羅年降水量的年際間變化很大；而仰光則很小，年降水量相當穩定。中國大部分地區的降水變率都比較大（表2）。 年變化 氣象要素以年為周期的變化。通常以12個月的多年平均值的變化來表示。氣候要素受太陽輻射的影響，其年變化主要由地球繞日公轉所致。如冬季，太陽直射赤道以南，北半球的太陽高度角小，白晝時間短，地面獲得的日射量小；夏季，太陽直射赤道以北，北半球的太陽高度角大，白晝時間長，地面獲得的日射量也大；至於春秋兩季，地面獲得的日射量則介於冬夏之間。這是造成各種氣象要素的年變化的主要原因。而地理緯度、海陸分布、大氣環流以及地面狀況等的不同，則造成了各地氣象要素年變化的不同特徵。如中國海口、上海、北京的氣溫、降水和濕度等要素，都有各自的年變化特徵（圖2）。
氣溫年變化 氣溫以年為周期的變化。赤道附近(南北回歸線之間)的地區,一年中氣溫的年變化較小，有些地方出現兩個峰值和兩個谷值，但在南（北）回歸線以南（北）的地區，這種年變化的幅度比赤道附近大，而且在一年之中，氣溫只有一個峰值和一個谷值。南半球的最高氣溫一般出現在1月或2月，北半球則一般出現在7月或8月；南半球的最低氣溫出現在7月或8月，北半球則出現在1月或2月。一年中最暖月的平均氣溫與最冷月的平均氣溫之差，稱為氣溫年較差。它一般隨緯度的增高而增大，隨海拔高度的增高而減小。有時可用它來表示氣溫年變化的大小。在中國，珠江流域的氣溫年較差約為16°C，長江中下游為24～26°C，華北達32°C，黑龍江流域最大達44°C以上。
濕度年變化 絕對濕度的年變化和氣溫相似。在赤道附近的一些地區，一年中有兩個峰值和兩個谷值，其他地區，絕對濕度的最大值一般出現在夏季，最低值出現在冬季。
氣壓年變化 在大陸上，氣壓冬季最高，夏季最低；在海洋上，氣壓的年變化較小，規律性也不明顯。氣壓的年變化隨緯度的增高而增大，赤道附近的年變化最小。此外，氣壓的年變化還隨海拔高度的增高而減小。
日變化 氣象要素以日為周期的變化，通常以多年的每日1～24時的逐時平均值表示（圖3）。日變化主要由地球自轉所引起。以氣溫為例，一般在白天，地面受到太陽照射而增溫,至13～15時達到最高值,稱最高氣溫。然後，隨太陽高度角的減小，氣溫逐漸下降；日落以後，地面輻射使氣溫進一步降低，至次日日出之前出現最低值，稱最低氣溫。此外，海陸物理性質的不同和地面狀況的差別對氣象要素的影響也很大。因此，氣溫、氣壓、風速和濕度等的日變化都各有其顯著的特徵。
氣溫日變化 氣溫以日為周期的變化。這種變化離地面愈近愈明顯。一般同緯度高低、下墊面情況和季節變化等因素有關，還受當地雲量、風速和天氣系統等變化的影響。它反映了當地的氣候特點。氣溫日變化的大小，可用一日中最高氣溫和最低氣溫的差值，即氣溫日較差來表示。在中國氣溫日較差的年平均值，由東南沿海到西北內陸，約從6°C增大至16°C。
濕度日變化 通常，在海洋及其沿岸地區和大陸的濕潤地區，絕對濕度隨溫度的升高和蒸發的加強而增大，其日變化為單峰型。但大陸在暖季時，早晨絕對濕度隨著溫度的升高和水分蒸發的加快而增大；中午前後溫度進一步升高，湍流交換加強，近地面層空氣中的水汽被帶至高層，地面的絕對濕度減小；午後溫度降低，湍流減弱，近地面的絕對濕度再次升高，日變化便呈雙峰型。而相對濕度一般則隨氣溫上升而減小，隨氣溫降低而增大。
風速日變化 陸地上風速一般在清晨最小，午後達最大值，以後，又迅速減小。海上風速的日變化則小於陸地，而且最大風速的出現時刻也較陸地遲。
風向日變化 風向日變化主要由溫度的周期性日變化所致。一般在山區、海陸交界地區最為明顯，如山谷風、海陸風等。風向的周期性日變化，常受天氣系統的影響而破壞。
氣壓日變化 氣壓在一天中有兩個最高值(在9～10時和21～22時)和兩個最低值(在3～4時和15～16時),其振幅隨緯度的增加而減小。
天氣現象日數 在某時段（旬、月、年）內，出現某種天氣現象的天數，稱為該天氣現象的日數（如降水日數、大風日數等）。天氣現象的日數反映各種現象在某時段內的頻繁程度，是表示某地氣候特徵的一種統計量。在氣候統計分析中,常用的天氣現象日數有降水(雨、雪)日數、冰雹日數、霧日數、 沙暴日數、雷暴日數、大風日數等等。
降水日數 通常把一日內降水量達 0.1毫米以上的日子（不考慮降水時間的長短），稱為一個降水日，又稱雨日。一月或一年內降水日的總數，是相應時段的降水日數。有時，還統計日降水量達10毫米以上的中雨日數、25毫米以上的大雨日數和50毫米以上的暴雨日數。
冰雹日數 冰雹是固態降水物，它是一種災害性天氣，所以在統計降水日數之外，往往還要專門進行統計。只要當日降雹，無論其量是否達到 0.1毫米，均按冰雹日計算。
霧日數 指近地面幾米至幾百米高度的大氣層有霧形成或移來，使水平能見度小於1000米的日數。
沙暴日數 有沙（塵）暴使能見度小於1000米的日數。
雷暴日數 指觀測站上既見閃電又聞雷聲，或只聞雷聲而不見閃電的日數。
大風日數 用儀器測量時，指瞬間風速達到或超過17米/秒的日數；用目力觀測時，指風力達8級以上的日數。
初終日數 指某種天氣現象在年度內第一次出現和最後一次出現的日期。通常統計初終日期的項目有霜、雪、積雪、結冰，最低氣溫小於或等於 0°C、地面最低溫度小於或等於0°C等各種界限溫度和雷暴等。
初日至終日的期間為該現象的出現期。如初霜日至終霜日之間為霜期，其餘時間為無霜期。
界限溫度 指在農業生產上有指示意義的溫度，如0°C、5°C、10°C、15°C和20°C等。0°C表示土壤解凍(凍結)的界限；5°C是大多數木本植物開始（停止）生長的界限；10°C是大多數作物開始（停止）活躍生長的界限；15°C是水稻栽插的適宜界限；20°C是水稻分櫱和迅速增長的界限。一般認為 0°C以上的持續期為溫暖期或農事期，5°C以上的持續期為生長期,10°C以上的持續期為生長活躍期等。統計上述界限溫度的初終日期和持續的日數，可以供給生產部門以及有關方面參考使用。
