第五章 现代气候统计诊断与预测技术

气候突变检验

气候变量的两种方式 ：连续性变量和不连续性变量。不连续性变量为突变，突变的精髓是奇点理论(在于考察其种系统或过程从一种稳态到另一种稳态的飞跃)。

检测气候突变的常用方法：以下   种，对于其应用最好进行多中方法比较，指定严格的显著水平进行检验。

一、滑动t-检验：

定义：考察两组样本平均值的而差异是否显著来检验突变。

基本思想：把一气候序列中量短子序列均值有无显著差异看成来自两个总体均值有无显著差异的问题来检验。如果超过则认定发生质变，有突变发生。

缺点：子序列时段的选择带有人为性。为避免选择序列长度造成的突变漂移，可以反复进行试验比较。

计算步骤：确定基准点前后两个子序列的额长度；用滑动平均连续设置基准点；给定显著水平a查t分布表得到临界值ta。

计算结果分析：根据t统计量曲线上的点是否超过ta值来判断序列是否出现过突变。

二、Cramer's法

原理与t-检验相似，但是它是用来比较一个子序列与总序列的平均值的显著差异来检测突变。

三、Yamamoto法

是从气候信息和气候噪声两部分（信噪比=信号/噪声）来讨论突变问题的。

也是用检验两子序列均值的差异是否显著来判别突变的，形式上要比t检验简单，但是也存在于t检验相似的缺点,比如认为设置的基准点，会出现突变点的漂移，需要反复变动序列长度进行比较。

计算步骤：确定基准点前后两端子序列的长度；设置基准点，滑动方式依次计算信噪比；若SNR>1.0认为在i时刻有突变发生、若SNR>2.0认为在i时刻有强突变发生。

计算结果：根据信噪比曲线上的点是否超过1.0或是2.0直线判断序列是否发生过突变，并且点突变的时间，特别适用于长期演变趋势。

四、Mann-Kendall法（一种非参数统计检验方法或成为无分布检验，优点是不需要样本遵循一定量的分布，也不受异常值得干扰，适合于类型变量和顺序你变量）

优点：计算简单，可以明确突变开始的时间，并指出突变的区域，是一种常见的突变检测方法。

计算步骤：计算顺序时间序列的秩序列；计算逆序时间序列的秩序列；给出显著水平。

计算结果分析：分析绘制UFk和UFk曲线图。若UFk或UFk的值大于0，表示序列成上升趋势，小于0表示呈现下降趋势。当它们超过临界直线时，表明上升或下降显著，而超过临界线的范围确定为出现突变的时间区域。如果UFk和UBk两条曲线出现焦点，且交点在临界线之间，那么焦点对应的时刻便是突变开始的时间。

五、Pettitt法

是一种类似Mann-Kendall法相似的非参数检验的方法。直接利用秩序列来检测突变点的。

六、Lepage法

是一种无分布双样本的而非参数检验的方法，用来检验序列的突变。

原理：视序列中的两个子序列为另个独立总体，经过统计检验，如果两子序列有显著差异，则认为在划分子序列的基准线点时刻出现了突变。

计算步骤：确定基准点前后两个子序列的样本长度；采用连续设置基准点的办法以华东的方式进行计算；给定显著水平进行查询卡方分布图。

计算结果分析：在绘制WA曲线图上的点是否超过临界值来判断序列是否出现突变，并确定突变时间。