Excel實現西昌氣候極值的分布和再現期值研究

胥德梅 劉純彪

[摘 要]通過Excel分別對西昌站各要素極值進行估算。用最優分布函數再現期極值組成取值范圍，供氣象服務、長期預報使用。

[關鍵詞]西昌;氣候;再現期值;Excel

[中圖分類號]P423 [文獻標識碼]A

氣候極值再現期在大型工程設計中意義非凡。本文通過Excel 2003內部函數構造計算公式，方便快捷地進行運算。

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，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。

（2）日數類，包括最長連續降雨日數，最長連續無降雨日數共2個。

（3）風速類，包括年極大風速和年最大風速共2個。

（4）降水量類，包括年降水量、四個季度降水量及日最大降水量共6個。

（5）其他類，包括最大積雪深度、最大日蒸發量、最小相對濕度、日照時數4個。

2 計算方法簡介

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

極小值為：

其中P為概率，T是再現期，x為再現期值，F（x）為概率密度函數。

3 擬合度檢驗和最優分布函數的選擇

以2檢驗法，2值越小說明擬合度越好，選為最優分布函數。其次使用極值實際出現概率與各分布模式算出的理論值比較，確定計算方法的優劣。

4 Excel計算操作

Excel提供了豐富的函數，一種分布模式只需用一個氣象要素進行公式構造，核實無誤后，復制工作表，替換樣本數據即可。

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

5 結果與分析

5.1 2擬合度檢驗與實際擬合效果

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，風速類極值分析應優先考慮PⅢ分布，其次為韋伯分布。

在c2檢驗與實際擬合檢驗同為最優的要素中，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、最大日蒸發極大值、極小值均服從韋伯分布;再次驗證了PⅢ、韋伯分布在西昌氣候極值分析中的適用性。

5.2 各分布函數再現期值比較

選取常用氣象要素的20年、50年、100年再現期值，與實際值對比，可看出：各方法算出的極大值中，韋伯值及正態值普遍偏小，耿貝爾值與實際值擬合最好，其次為PⅢ值;而極小值中，對數正態值偏大，耿貝爾值偏小，PⅢ值與實際值擬合最好，其次為韋伯值。

用日最大降水量、最大風速、年極端最高氣溫、年極端最低氣溫的33年再現期極大值與極小值組成65年新系列，與實測值對比發現，各函數33年再現期值均有效涵蓋了65年實測值的范圍，其中，PIII、耿貝爾及韋伯值擬合效果較好。

利用最優分布函數的再現期極小值與極大值， 組成常用氣象要素的再現期值范圍，如表1所示，以便對長期預報和服務進行指導。

6 結論

（1）Excel提供了豐富的函數，文中所用的5種分布函數都可方便計算。易于操作且過程透明，利于透徹地理（下轉頁）

（上接頁）解氣象統計原理。

（2）通過2檢驗，在西昌氣候極值分析中， PⅢ分布擬合結果最好。其中， 極端氣溫類、日數類極值多服從PⅢ分布，降水類、其他類要素極值多服從韋伯分布，風速類極值分析應優先考慮PⅢ分布，其次為韋伯分布。

（3）計算出的極大值中，韋伯值及正態值普遍偏小，耿貝爾值與實際值擬合最好，其次為PⅢ值;而極小值中，對數正態值偏大，耿貝爾值偏小，PⅢ值與實際值擬合最好，其次為韋伯值。

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

（5）研究結果對于地形復雜區域的適用情況，需進一步展開探索。

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