氣候統計學

氣候統計學是指利用現代統計學方法分析整理氣候資料、推斷氣候規律的學科。

現代統計學是運用概率論的基本理論，對要研究的自然與社會隨機現象進行多次觀測或試驗（抽樣）;研究如何合理地獲得數據資料，建立有效的數學方法，並根據所獲得數據，對所關心的問題作出估計和檢驗；總之是一門關於數據資料的收集、整理、分析、和推斷的科學。

在理論上 ，系統的內在隨機性及外在隨機性幾乎不可避免 ，氣候具有概率性 。從實踐中看 ，歷來許多重要觀測事實的揭示往往都是通過統計學方法。 ^[1] 

統計方法是研究氣候變化的一個重要工具。其內容很多，如各種相關分析、加歸分析、判別分析、聚類分析、時間序列分析和極值分析等。分析氣候變化的演變特徵，我們可以發現，氣候變化主要包括氣候狀態均值的緩慢上升或下降，氣候圍繞均值的振動幅度變大或變小以及氣候在一個短時期內發生很大的、異常的、劇烈的變化。氣候變化的這些基本特點，可以通過分析氣候穩定性、氣候噪聲、氣候持續性和氣候變化週期來診斷和估計。

在氣候統計中，一般利用日平均温度計算超過某一定限温度的概率與持續時間。不過，這種計算方法並不考慮環繞平均值的振動，所以這種計算結果，並不能完全滿足生產實際各方面的要求。為了彌補這一缺點，最好求得每小時觀測值的分佈函數。一般不易獲得每小時的觀側值，所以最好利用每日3（或4）次觀測值，去計算超過某一定限温度的概率與持續時間。 ^[2] 

氣候統計的發展是建立在概率論基礎之上的。概率論起源於17世紀，早期由貝努裏與拉普拉斯等人建立了一系列有關的理論基礎自那時以來，在許多學者的相繼努力下，近代概率論體系逐漸形成，其中蘇聯學者A．H．科爾莫格羅夫尤為傑出。

概率論用於氣候統計則是本世紀20年代以來的事情。最早如奧地利氣候學家V.康拉德（Conrad）在氣候統計方面作了很多工作，1944年他寫成第一本有關氣候統計的書籍《氣候學中的方法），總結了以前各學者的工作以及他自己的工作，該書在1950年又由L.W.波拉克（Pollak）加以增補。英國氣候學者C.E.P.布羅克斯（Brooks）自本世紀20年代至50年代也在氣侯統計方面作出貢獻。1953年他與N.卡陸塞斯曾合著了《氣象學統計方法手冊》一書，該書在數理統計學如何應用於氣候統計的間題上作了詳細總結，成為60年代統計氣候方面最好的參考書。該書基於”統計分析對象（即氣候資料序列）為來自總體的樣本”這樣的觀點，藉助於隨機抽樣理論，引進了顯著性檢驗、方差分析、週期圖和相關圖分析等統計方法。此外，這一時期，高橋浩一郎（1944，1956）也著有《氣象統計》，H.A.潘諾夫斯基（Panofsky）與G.W.布瑞爾（Brier）寫過《統計學在氣象學中一些應用》等專著，在氣候統計理論和方法的應用上都有一定的貢獻。60年代以來，哥茲克（Godske)曾著《氣候學中的統計方法》及《統計學方法及其在氣候學中的應用》，鈴木榮一（1968）則著有《氣象統計學》一書，系統地論述了統計學在氣候應用中的新進展，而1976年艾森萬根（Essewanger）則寫了《大氣科學中的應用統計學》專著。所有這些書籍和專著都極大地豐富了氣候統計學的內容。另外，值得一提的是，蘇聯學者在氣侯統計方面所作貢獻也十分顯著，其中德羅茲多夫在《氣象觀測的氣候學整理》一書中(1957）就曾系統地總結過蘇聯在氣候資料統計應用方面的成就，卡札凱維奇曾於80年代末寫成《隨機函數論原理及其在水文氣象學中的應用》一書，反映了這一時期蘇聯學者應用隨機函數理論在水文氣象研究中的主要成果。

事實上，在氣候學發展進程中，統計學概念幾乎隨處可見，最早的氣候定義就有”氣候是天氣的平均”，’氣候是大氣狀態的平均”等涵義。直到現代，氣候的概念始終都具有統計學涵義，不過，隨着現代氣候理論的發展，氣候的統計學概念已更為完整和客觀化。例如，Godske(1966）曾提出氣候與氣候學的一個定義，認為氣候學是研究具有時間與空間的氣象要素多變量分佈的科學，sneyers(1979）曾進一步指出，從數學意義上説，如果將天氣表徵為大氣中各（空間）點上隨時間而變化着的熱力、動力狀態參量的聯合值，那麼，氣候就是大氣中任何點上這些取值的統計總體。在霍頓（Houghton，1984）主編的《全球氣候》這一權威性專著中，著者們也提到了直觀的現代氣候定義，即“天氣振動可視為一種多元隨機過程，而在某一足夠長時間域上，天氣振動所表現出來的各種統計特徵的總和（如平均值、方差、時空相關函數、極值概率等）就是氣候。”由上可見，氣候的概念與統計學涵義始終具有密切的聯繫，而氣候統計正是概率統計理論在氣候學的具體應用。由於氣象資料的日積月累，統計學方法不僅已成為分析和描述氣候狀況不可缺少的工具之一，而且已成為進一步研究氣候成因與變化的一種方法論。正因為如此，進入80年代以來，氣候統計學所取得的成果早巳遠非一兩本專著所能概括。儘管在這一時期前後，國外學者和國內學者都曾寫出不少專著書籍（如王宗皓、李麥村，1974；黃忠恕，1983；麼枕生，1984；屠其僕等，1954；Epstein,1985；史久恩，項靜恬，1988)，但由於統計學各分支學科（如多元統計、時間序列，分佈理論、馬爾科夫鏈等）的迅速發展，加之氣候學各分支與大氣科學的其它各分支學科又相互滲透，致使大量的研究成果融會於各種學術文獻的浩翰湮海之中，因此，學者們深感氣候統計學術文流的重要。 ^[3] 

近年來，人們日益廣泛地應用數理統計方法來揭示氣候要素波動與作物產量之間的關係，國內外均作了不少的研究工作，取得了許多有意義的成果。為獲得農業氣候環境信息的可靠數據，以分析作物與氣候資源的適應性，人們在農業氣候資源考察中可以採用了事件和數值相關，迴歸積分和逐步迴歸等方法，對某研究區域的農作物產量與氣候要素進行統計學分析。 ^[4] 

使用氣候傾向率、經驗頻率法等分析法，可揭示某研究區域的氣候特徵。而氣候傾向率、經驗頻率法等分析法隸屬於氣候統計學。 ^[5]