Excel實(shí)現(xiàn)西昌氣候極值的分布和再現(xiàn)期值研究

胥德梅 劉純彪

[摘 要]通過(guò)Excel分別對(duì)西昌站各要素極值進(jìn)行估算。用最優(yōu)分布函數(shù)再現(xiàn)期極值組成取值范圍，供氣象服務(wù)、長(zhǎng)期預(yù)報(bào)使用。

[關(guān)鍵詞]西昌;氣候;再現(xiàn)期值;Excel

[中圖分類號(hào)]P423 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

氣候極值再現(xiàn)期在大型工程設(shè)計(jì)中意義非凡。本文通過(guò)Excel 2003內(nèi)部函數(shù)構(gòu)造計(jì)算公式，方便快捷地進(jìn)行運(yùn)算。

1 氣候要素的選取

西昌市的氣候資料從1951年到2015年共65年，資料較完整。選取常用氣候要素24個(gè)，分為5類：

（1）極端氣溫類，包括年極端最高、年極端最低氣溫，6、7、8月平均最高氣溫，12、1、2月平均最低氣溫，地面最高和最低溫度共10個(gè)。

（2）日數(shù)類，包括最長(zhǎng)連續(xù)降雨日數(shù)，最長(zhǎng)連續(xù)無(wú)降雨日數(shù)共2個(gè)。

（3）風(fēng)速類，包括年極大風(fēng)速和年最大風(fēng)速共2個(gè)。

（4）降水量類，包括年降水量、四個(gè)季度降水量及日最大降水量共6個(gè)。

（5）其他類，包括最大積雪深度、最大日蒸發(fā)量、最小相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)4個(gè)。

2 計(jì)算方法簡(jiǎn)介

若某極值T年一遇，1/T則是大（?。┯谶@個(gè)極值出現(xiàn)的概率，因此求再現(xiàn)期實(shí)際上就是求取氣候極值的出現(xiàn)概率，也稱為保證率。同一組樣本，再現(xiàn)期值極大值為：

極小值為：

其中P為概率，T是再現(xiàn)期，x為再現(xiàn)期值，F(xiàn)（x）為概率密度函數(shù)。

3 擬合度檢驗(yàn)和最優(yōu)分布函數(shù)的選擇

以2檢驗(yàn)法，2值越小說(shuō)明擬合度越好，選為最優(yōu)分布函數(shù)。其次使用極值實(shí)際出現(xiàn)概率與各分布模式算出的理論值比較，確定計(jì)算方法的優(yōu)劣。

4 Excel計(jì)算操作

Excel提供了豐富的函數(shù)，一種分布模式只需用一個(gè)氣象要素進(jìn)行公式構(gòu)造，核實(shí)無(wú)誤后，復(fù)制工作表，替換樣本數(shù)據(jù)即可。

文中主要用到的函數(shù)有：AVERAGE（）、COUNT（）、COUNTIF（）、EXP（）、POWER（）、ROUND（）、STDEV（）、SKEW（）、CHIINV（）、PI（）;GAMMAINV（）、GAMMADIST（）;GAMMALN（）;LN（）、LOGINV（）、LOGNORMDIST（）;NORMINV（）及NORMDIST（）。

5 結(jié)果與分析

5.1 2擬合度檢驗(yàn)與實(shí)際擬合效果

在西昌氣候極值分析中， PⅢ分布擬合效果最好。其中， 極端氣溫類、日數(shù)類極值多服從PⅢ分布，降水類、其他類極值多服從韋伯分布，風(fēng)速類極值分析應(yīng)優(yōu)先考慮PⅢ分布，其次為韋伯分布。

在c2檢驗(yàn)與實(shí)際擬合檢驗(yàn)同為最優(yōu)的要素中，6月平均最高氣溫、年極端最低氣溫極大值、極小值均服從PⅢ分布;最大積雪深度、最大日蒸發(fā)極大值、極小值均服從韋伯分布;再次驗(yàn)證了PⅢ、韋伯分布在西昌氣候極值分析中的適用性。

5.2 各分布函數(shù)再現(xiàn)期值比較

選取常用氣象要素的20年、50年、100年再現(xiàn)期值，與實(shí)際值對(duì)比，可看出：各方法算出的極大值中，韋伯值及正態(tài)值普遍偏小，耿貝爾值與實(shí)際值擬合最好，其次為PⅢ值;而極小值中，對(duì)數(shù)正態(tài)值偏大，耿貝爾值偏小，PⅢ值與實(shí)際值擬合最好，其次為韋伯值。

用日最大降水量、最大風(fēng)速、年極端最高氣溫、年極端最低氣溫的33年再現(xiàn)期極大值與極小值組成65年新系列，與實(shí)測(cè)值對(duì)比發(fā)現(xiàn)，各函數(shù)33年再現(xiàn)期值均有效涵蓋了65年實(shí)測(cè)值的范圍，其中，PIII、耿貝爾及韋伯值擬合效果較好。

利用最優(yōu)分布函數(shù)的再現(xiàn)期極小值與極大值， 組成常用氣象要素的再現(xiàn)期值范圍，如表1所示，以便對(duì)長(zhǎng)期預(yù)報(bào)和服務(wù)進(jìn)行指導(dǎo)。

6 結(jié)論

（1）Excel提供了豐富的函數(shù)，文中所用的5種分布函數(shù)都可方便計(jì)算。易于操作且過(guò)程透明，利于透徹地理（下轉(zhuǎn)頁(yè)）

（上接頁(yè)）解氣象統(tǒng)計(jì)原理。

（2）通過(guò)2檢驗(yàn)，在西昌氣候極值分析中， PⅢ分布擬合結(jié)果最好。其中， 極端氣溫類、日數(shù)類極值多服從PⅢ分布，降水類、其他類要素極值多服從韋伯分布，風(fēng)速類極值分析應(yīng)優(yōu)先考慮PⅢ分布，其次為韋伯分布。

（3）計(jì)算出的極大值中，韋伯值及正態(tài)值普遍偏小，耿貝爾值與實(shí)際值擬合最好，其次為PⅢ值;而極小值中，對(duì)數(shù)正態(tài)值偏大，耿貝爾值偏小，PⅢ值與實(shí)際值擬合最好，其次為韋伯值。

（4）各函數(shù)33年再現(xiàn)期極大值與極小值組成的新系列，能有效涵蓋65年實(shí)測(cè)值的范圍，其中， PIII、耿貝爾及韋伯效果較好。

（5）研究結(jié)果對(duì)于地形復(fù)雜區(qū)域的適用情況，需進(jìn)一步展開(kāi)探索。

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