第十一章　气候资料统计

一、实习内容

本次实习主要统计以下气候指标值：积温、平均初（终）霜日、平均无霜期、降水变率和保证率，制作风向频率图、农业小气候的观测记录的整理和统计方法。

二、日平均气温稳定通过某一界限温度的起讫日期及其积温的计算

1.五日滑动平均法

气候学上常用五日滑动平均法确定某年某界限温度的起止日期。在按先后日期排列的长序列资料中，第一个五日滑动平均气温值是序列中的第一天到第五天的日平均气温的平均；第二个滑动平均值是第二天到第六天的各数值的平均；而第三个滑动平均值则是第三天到第七天的各数值的平均，以此类推。

这样，在春季各月中，找出第一次出现大于某界限温度的日期，从此日起，向前推四天，以这一天开始，逐一计算出连续五日的滑动平均气温。从这些滑动平均气温中挑选出第一个大于界限温度的平均气温值；而且在这个平均值以后的各个滑动平均气温都比界限温度大。从第一个大于界限温度的连续五日平均气温中，再挑选出其中首次日平均气温大于该界限温度的日期，这一天就是某界限温度稳定通过的起始日期。终止日期的确定方法与此类似，在秋季各月中，第一次出现小于某界限温度之日起，向后推四天，按日子次序，向前逐一计算每连续五日的滑动平均气温。从这些滑动平均值中，找出第一个小于界限温度的时段，再从该时段的连续五日中，挑选出最后一个日平均气温大于该界限温度的日期，此日就是终止日期。有些地区，秋季温度不稳定，用上述方法确定了终止日期，但其后的个别日期或断断续续的个别时段的日平均气温仍高于界限温度，这些时段比较短，不属于稳定通过，不计在内。

起止日期确定后，该界限温度的持续日数，就是起止日期间经历的天数之和。起止日期之间，各天的日平均温度累加，就是积温值。

表11-1　北京市1977年日平均气温（℃）

续表　表11-1　北京市1977年日平均气温（℃）

以北京市1977年的气温资料（表11-1）为例说明，界限温度取10℃。由资料中找出，3月14日是该年第一次日平均气温大于10℃，向前推四天，即从3月10日开始计算五日滑动平均气温，依次逐一计算，并记入资料计算表表11-2中。在本例中，4月1日以后，只有个别日子的日平均气温低于10℃，邻近日子的气温均高于10℃，这样五日滑动平均值不会低于l0℃，所以，4月1日以后不必计算。从表11-2中看出，3月27日到31日的五日滑动平均气温值是10℃，从这个时段开始，五日滑动平均气温都在l0℃以上；起始日期就在27日～31日的时段中挑选，其中第一个日平均气温大于10℃是3月29日，该日就是1977年稳定通过10℃的起始日期。

终止日期的确定方法与上述相似。北京市1977年稳定通过10℃的结束日期是10月31日。自起始日至终止日的积温4276.4℃，持续期217天。把每年稳定通过某界限温度的起止日期确定后，再统计便得多年平均的起止日期，平均起止日期之间的天数就是平均持续期。同样，把每年积温值作算术平均，便得平均积温值。

表11-2　五日滑动平均气温

2.直方图法

直方图就是利用多年月平均气温资料，绘制气温年变化曲线，通过气温年变化曲线，可以得到一年中，每日的多年日平均气温值。由此，可计算界限温度的多年平均起止日期、多年平均的持续日数和活动积温。

（1）绘制方法

①坐标

在厘米格纸上，纵坐标代表温度（1mm代表0.1℃），坐标原点起点温度要低于一年中最冷月气温。横坐标代表月份（1mm代表1天），各月天数按大小月计，2月按28天计。原点起点月份是11月，月的排列顺序为11、12、1、2、3……12，共14个月；

图11-1　某地区气温直方图和年变化曲线

②将各月气温点于图上，绘成各月长方形图（见图11-1）。这时的年变化曲线是一条阶梯曲线；

③绘气温年变化曲线

过各月长方形顶边（即各月中点）绘制一连续曲线，以代替阶梯曲线，为使连续曲线下面的面积和阶梯曲线下面的面积相等，在绘制连续曲线时要求：a.曲线光滑；b.必须使长方形切割去掉的面积与增补进来的面积大致相等；c.为使连续曲线代表多年日温变化曲线，当最热月及最冷月份的温度不等时，其顶点应偏于相邻月平均气温较高的一侧；最低点亦偏向于相邻月平均气温较低一侧。

（2）界限温度起止日期和持续日数

在纵坐标上找出某界限温度，过该点作平行于横坐标的直线，直线与气温年日变化曲线有两个交点（D和C），交点对应的横坐标，即为某界限温度的开始日（A）和终止日（B）。用日期序列表可计算期间的持续日数。

（3）界限温度起止日期之间的活动积温

由ABCDE组成的面积即为某界限温度起止日期之间的活动积温。某界限温度起止日期所在月的活动积温按梯形面积计算（见图10-1中阴影部分）。其余各月活动积温分别为该月平均气温乘该月日数。

对于作物生长来说，统计计算积温，一般根据实际情况，按照生产或者服务需要来进行确定。计算作物所需积温一般按作物生长发育时期划分，如计算播种至拔节、播种至开花、开花至成熟等时段的积温，可通过活动积温和有效积温来表示。

每种作物都有一个生长发育的下限温度（或称生物学起点温度）。高于生物学下限温度的日平均气温值叫做活动温度。作物某个生育期或全部生育期内活动温度的总和，称为该作物某一生育期或全生育期的活动积温。例如10℃为某作物的生物学零度，其中某三天日平均温度为13.9℃、8.7℃、10.5℃，则这三天的活动积温为33.1℃，其中8.7℃低于生物学零度，不统计在内。

有效积温是某作物生育时期内活动温度与生物学下限温度之差。例如，某作物的生物学零度为10℃，某日温度12.1℃，则该日有效温度为12.1℃-10.0℃＝2.1℃，某发育时段逐日有效温度之和，即为该发育时段的有效积温。有效积温中不包含低于生物学零度（起始温度）的温度值，所以用来表征作物生长发育对热量条件的要求更为准确。与活动积温相比，有效积温变化小，相对较为稳定，多应用于作物生育速度的计算和发育时期的预报。

三、平均初霜日、终霜日和平均无霜期的统计

一般来说，每年初霜日和终霜日出现日期不相同，但偶尔也可能相同。因此，需要把多年观测记录获得的初、终霜日加以统计，得出平均初霜日和终霜日。统计方法举例说明如下：北京市1960～1965年历年初、终霜日如表11-3。从表上看出该地、该时段内初霜日最早出现在10月4日(1962和1963年)，最晚出现在10月16日(1960和1965年)，其余各年初霜日介于最早和最晚之间。为了求平均初霜日，可在10月4日～16日之间任意假定一个基础日，如假定10月7日为基础日，然后求出它与各年初霜日相差天数分别为9、5、-3、-3、-2和9天，求代数和，除以6，得平均相差天数近似为3天。然后，在假定的基础日上加3天，使得平均初霜日为10月10日。(www.daowen.com)

表11-3　北京市1960～1965年历年初、终霜日

用同样方法，可求出平均终霜日为4月24日。因此，平均无霜期从4月25日到10月9日历时168天。平均霜期197天。

每年无霜期日数可用下列公式计算：

无霜期日数＝初日累计日数-终日累计日数-1

初日和终日累计日数可查《地面气象观测规范》中的附表7。用每年无霜期日数求和，取平均也得平均无霜期。上述例子中1960～1965年历年无霜期日数分别为170、160、140、161、184、192天，平均无霜期为167.8天，近似168天。

四、降水变率的计算

降水变率是衡量一个地方逐年降水量的变动情况。降水变率大，说明某些年份出现水涝，而有些年份却出现干旱；降水变率小，说明逐年降水量较为恒定。降水变率有绝对变率和相对变率两种。

降水量的绝对变率是某地逐年降水量与同期多年平均降水量之绝对偏差的平均值，计算公式为：

式中ΔR为降水量绝对变率；R_i为逐年降水量；R为多年平均降水量；|R_i-R|为降水量距平的绝对值；n为资料年数。计算变率前，先用算术平均法求出多年平均降水量。如北京市1954～1977年历年降水量资料见表11-4，经统计，多年平均降水量为633.7mm，绝对变率为184.8mm。

如果比较不同地区的降水变动状况，需用相对变率，计算公式如下：

表11-4　北京市1954～1977年降水量（mm）

把公式用于上述例子中，便得该时段内北京市降水相对变率为29%。

五、降水保证率的统计

保证率是指某一气候要素值（降水、温度、风速）高于（或低于）某一界限值的所有频率的总和。从意义上讲，表示可靠程度的大小。保证率的统计方法以北京市降水资料为例说明如下：

1.从统计数列中列出最大值和最小值，了解数列范围。北京市1954～1977年的降水资料中，年降水量最多为1115.7mm（1956年），最少261.8mm（1965年）。

2.确定组距和组数。统计降水保证率时，一般取组距为100mm，也可按研究目的而定。组数随组距和数列变动范围而定。如取组距为100mm，则上列中组数为10。各组上、下限填入表11-5内。

表11-5　北京市各级降水量的保证率

3.统计各组出现的次数（频数），再求出频率。

分别填入表内。

4.按年降水量组由大而小方向依次累加频率，即得各组降水量的保证率。由表10-5中可见，北京市年降水量600mm以下的保证率为69%，900mm以上的保证率只有19%。

六、风向频率图的制作

风向频率图可用来表示一地盛行风向和各风向出现频率。制作方法如下：以同心圆的圆心为中心，同心圆的半径（按等距离增加）为频率值。从中心向外的辐射线表示风向。风向取8个或16个方位。两条辐射线间夹角相等。根据资料，将各方位频率点入图中，然后用实线依次把这些点连起来，就得到某地气象要素的风向频率图。当风速为零，即出现静风时，则在图中以圆心的小圈表示，旁边注以静风频率（见图11-2）。

此外，也可以用此图表示风与其他气象要素的相关情况。如图11-3所示，某地吹东南风和南风时，雨量最多，达220～230mm；吹西风时雨量最少，约50mm。

图11-2　某地风向频率玫瑰图

图11-3　某地雨量与风向的关系

复习思考题

1.五日滑动平均法和直方图在统计方法和应用范围上有何差异？

2.统计平均初霜日、终霜日和平均无霜期的具体方法是什么？

3.农业气候统计中常用的变率指标有哪些？保证率如何求算？