Analýza teplotních. řad. Petr Štěpánek. Czech Hydrometeorological Institute, regional office Brno

Transkript

1 Analýza teplotních řad ČR Petr Štěpánek Czech Hydrometeorological Institute, regional office Brno

2 Počty stanic s homogenními mi měřm ěřeními Charakteristika Počet stanic po homogenizaci Průměrná délka / roky Délka - medián / roky Průměrná vzdálenost nejbližší stanice / km Vzdálenosti nejbližších stanic - medián / km Průměrná vzdálenost všech stanic mezi sebou / km ČR Čechy MS

3 Počty homogenních stanic Počet stanic pro daný rok Nadm. výška v m.n.m c_snez Počet stanic Čechy MS Řada3 Řada s_prad s_lyho2 c_stac_o Počet stanic pro danou délku řady Počet stanic Čechy MS MS Čechy Délka řady / roky

4 Počet stanic se začátkem v dané dekádě 40 Počet stanic 35 Ce MS s 1840s 1860s 1880s 1900s 1920s 1940s 1960s Počet stanic s koncem v dané dekádě Rok Počet Počet stanic Ce MS Rok Počet s 1850s 1870s 1890s 1910s 1930s 1950s 1970s s

5 Prostorové rozložen ení stanic ČR Konec End of měření: measurement měření / roky Počet Prům. min. vzdálenost /km počet počet prům. min. vzdál.

6 Prostorové rozložen ení stanic 100letéřady ČR Čechy Měření Morava+Slezsko Měření Stanice Začátek Konec Délka Stanice Začátek Konec Délka Čáslav (Casl) Brno (BTur) České Budějovice (CBud) Bystřice pod Hostýnem (ByHo) Česká Lípa (Clip) Holešov (Hole) Klatovy (Klat) Hranice - Drahotuše (Hran) Praha - Klementinum (Klem) Luhačovice (Luha) Mariánské Lázně (MaLa) Město Albrechtice, Žáry (MeAl) Sněžka (Snez) Olomouc - Klášt. Hradiště (Olom) Tábor (Tabo) Opava (Opav) Teplice - Šandov (Tepl) Přerov (Prer) Telč - Kotnov (Telc) Velké Meziříčí (VeMe) Znojmo (Znoj)

7 Statistické charakteristiky, řady 10tiletí ady ČR, C C Průměr - rok 2,0 Průměr - rok 1,5 0,5-0,5 - -1,5-2,0-2, Směr. odchylka Průměr - rok Počet STD Směr. odchylka - rok Počet STD Trend - rok Počet STD Počet a směrodatná odchylka počítaná z hodnot daných statistických charakteristik (prům směrodatná odchylka, lineární trend), v rámci daného desetiletí, pro roční teplotní průmě stanic v ČR. Na levé ose počet hodnot, na prav ose hodnoty směrodatné odchylky ve C Trend - rok

8 -2,5 Statistické charakteristiky, řady ČR, 10tiletí Průměr - zima Průměr - léto ,0 1,5 0,5-0,5 - -1,5-2,0 Průměr - zima Směr. odchylka - zima 3,5 Směr. odchylka - zima 3,0 2,5 2,0 1,5 0, ,0 3,5 Průměr - léto Směr. odchylka - léto 1,5 3,0 2,5 0,5 2,0-0,5 1,5 - -1,5-2,0 0,5-2, ,0 3,5 1,5 Průměr - jaro Směr. odchylka - jaro 3,0 2,5 0,5 2,0-0,5 1,5 - -1,5 0,5-2,0-2, ,0 3,5 Průměr - podzim Směr. odchylka - podzim 1,5 3,0 2,5 0,5 2,0-0,5 1,5 - -1,5-2,0 0,5-2, Směr. odchylka - léto Trend - zima Trend - léto

9 Statistické charakteristiky, řady 30tiletí ady ČR, Průměr - rok Směr. odchylka - rok Trend - rok Průměr - zima Směr. odchylka - zima Trend - zima Průměr - léto Směr. odchylka - léto Trend - léto

10 Statistické charakteristiky, řady ČR, 30tiletí Koef. asymetrie - rok Koef. špičatosti - rok Koef. asymetrie - zima Koef. špičatosti - zima Koef. asymetrie - léto Koef. špičatosti - léto

11 Box plot pro korelační koeficienty v rámcičr, 9187 hodnot pro každou kategorii

12 Korelační koeficienty Korelační koeficienty mezi stanicemi ČR navzájem (alespoň 20 společných let), 9187 hodnot Měsíc I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Aritm. průměr 0,953 0,960 0,959 0,937 0,931 0,904 0,915 0,896 0,921 0,909 0,923 0,933 Období Zima Jaro Léto Podzim Rok Aritm. průměr 0,960 0,937 0,879 0,916 0,936 Korelační koeficienty mezi stanicemi ČR a okolím ČR, 4526 hodnot Měsíc I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Aritm. průměr 0,885 0,896 0,880 0,819 0,816 0,780 0,837 0,735 0,805 0,791 0,790 0,854 Období Zima Jaro Léto Podzim Rok Aritm. průměr 0,897 0,815 0,757 0,800 0,842

13 Prostorová analýza korelačních koeficientů Závislost korelačních koeficientů pro průměrné teploty zimy a léta včr na vzdálenosti a rozdílu v nadmořské výšce daných dvojic stanic (8736 hodnot) V zimě korelační koeficienty klesají se vzdáleností stanic pozvolna závislost na rozdílu v nadmořské výšce stanic V létě - proměnlivější, jejich pokles se vzdáleností je daleko rychlejší Závislost na vzdálenosti Závislost na rozdílu v nadmořské výšce Rok Zima Jaro Léto Podzim Rok Zima Jaro Léto Podzim Koef. determinace Vícenásobná regrese, závislost na vzdálenosti a rozdílu v nadmořské výšce Koef. determinace Rok Zima Jaro Léto Podzim

14 Extremita měsíčních m průměrů teploty vzduchu , 1999, 28 stanic

15 Extremita, , 1999, 28 stanic Průměrný rný počet měsíců m za rok překra p ekračuj ující 0.95 nebo nedosahující 5 5 ND p> Počet měsíců p< Počet měsíců 2000

16 Extremita, -1999, 1999, 28 stanic Průměrný rný počet měsíců m za rok překra p ekračuj ující 0.99 nebo nedosahující 1 1 ND 1.8 p> p< Počet měsíců Počet měsíců

17 Shluková analýza, 1961 teplý půlrokp 1961-,, standardizovaná data,

18 Shluková analýza, 1961 chladný půlrokp 1961-,, standardizovaná data,

19 Analýza hlavních komponent

20 Analýza hlavních komponent období standardizace převedení do gridů

21 Analýza hlavních komponent, všechny měsíce, m data standardizovaná F1 51 F Korelační koeficient F1 a AVG ČR: první komponenta vyjadřuje pouze společnou variabilitu F2 51 F Tab Prostorové korelační koeficienty mezi jednotlivými komponentními váhami a vybranými charakteristikami gridových bodů. Tučně jsou zvýrazněny korelační koeficienty překračující podle t testu 5 hladinu významnosti Hlavní komponenta Hlavní komponenta Zimní půlrok Letní půlrok Zem. délka Zem. šířka Nadm. výška

22 Průměrovan rovanářada ada České republiky - jednotlivé řady převedeny p na anomálie 1961-

23 Pro řady neměřící v období vytvoření referenčnířady

24 Oprava na průměr referenčnířady outside

25 Převedeny postupně všechny řady outside 1961-

26 Průměrovan rovanářadačr statistické charakteristiky Avg ĆR I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Zima Jaro Léto Podzim Rok Počet Průměr -0,22-0,37-0,44-0,20-0,15 2 0, ,32-0,43-0,36-0,32-0,26 6-0,28-0,20 Směr. Odchylka / C 2,86 2,94 2,19 1,69 1,66 1,31 1,30 1,21 1,42 1,59 1,84 2,40 1,89 1,18 0,80 3 0,78 Rozptyl / C C 8,18 8,63 4,80 2,85 2,77 1,72 1,69 1,47 2,02 2, 51 3,38 5,75 3,56 1,38 0,65 5 0,60 Koeficient variace /% Koeficient asymetrie -0, ,22 9-0,15-3 0,15 0, ,12-0,13-0,79-0,63 4 0,42-0,23-0,11 Koeficient špičatosti 1 1,32-0,85-0,66-0,26-0,21-5 0,48 0, ,13 0,98 2-0,51 0,42-0,13-0,24 Minimální hodnota -8,5-11,5-5,8-3,7-4,2-4,0-2,8-2,6-4,8-4,6-6,3-9,3-5,8-3,4-1,9-3,6-2,1 1. výskyt (rmd) Počet výskytů Maximální hodnota 5,3 4,9 3,7 3,8 3,7 2,9 4,2 4,7 4,0 4,1 4,5 5,0 2,9 2,5 2,9 2,2 1,8 1. výskyt (rmd) Počet výskytů decil (10%) -4,1-4,8-3,5-2,5-2,5-1,6-1,6-1,5-1,9-2,3-2,9-3,8-2,7-1,8-0,9-1,5-1,3 1. kvartil (25%) -2,0-1,6-2,1-1,4-1,3-0,9-0,7-0,9-0,9-1,5-1,7-1,6-1,7-1,1-0,5-1,1-0,8 Medián -0,1-0,3-0,3 0,1 0,2 0,1-0,1-0,3-0,4-0,1-0,1-0,3-0,2-0,2 3. kvartil (75%) 1,9 1,6 1,2 1,1 0,9 0,9 0,7 0,8 0,7 1,2 1,1 0,6 0,6 0,5 0,4 Posl. decil (90%) 3,1 2,8 2,4 2,0 1,8 1,9 1,7 1,7 1,6 1,7 1,9 2,5 1,8 1,3 1,1 0,7 Lin. trend

27 Průměrovan rovanářadačr,, shlazená 10-ti letým Gaussovým nízkofrekvenčním filtrem 2,0 Rok Teplota / C - -2,0-3,

28 Průměrovan rovanářadačr,, sezóny Teplota / C 3,0 2,0 - -2,0-3,0-4,0-5,0-6,0 3,0 2,0 - -2,0-3,0-4,0 Zima Léto ,0 2,0 - -2,0-3,0-4,0 3,0 2,0 - -2,0-3,0-4,0 Jaro Podzim

29 Průměrovan rovanářadačr stanovení začátku Roční rozdíly mezi průměrovanou řadou ČR a průměrovanou řadou z okolíčr, Teplota / C 0,5-0,5 - -1,5-2,0 Rok Korelace avgčr a okolí Období Zima Jaro Léto Podzim Rok Počet stanic použitých k výpočtu průměrovanýchřad pro ČR a okolíčr, Roční rozdíly řad neopraveného Klementina s prům. řadou z okolíčr Počet ČR okolí ČR 1,5 0,5-0,5 - Annual ,5-2,

30 Průměrovan rovanářadačr Trend na 100 let ( C), Měsíc I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Trend 1,17 0,47 1,22 0,64 0,79 0,13 0,39 0,56 0,30 0,22 6 1,29 Období Zima Jaro Léto Podzim Rok Trend 0,96 0,88 0,36 0,52 0,69 Korelační koeficienty mezi řadami ročních a sezónních průměrů teploty vzduchu, pro průměrnou řadu ČR ( ) a průměrnou řadu severní polokoule ( , Jones et al., 2001) Průměrná řada ČR ( ) Průměrná řada Severní polokoule ( ) Původní hodnoty: Původní hodnoty: rok zima jaro léto podzim rok zima jaro léto podzim rok rok zima zima jaro jaro léto léto podzim podzim Hodnoty po odstranění trendu: Hodnoty po odstranění trendu: rok zima jaro léto podzim rok zima jaro léto podzim rok rok zima zima jaro jaro léto léto podzim podzim v různých částech roku se významně mění působení jednotlivých klimatotvorných faktorů shlazené vysokofrekvenčním Gaussovým filtrem pro 50 let.

31 Analýza cykličnosti Maximum Entropy Spectral Analysis Cykly / roky Period 7.8 y. 5.5y. 2.3y. Frekvence Průměrovanářada ČR shlazená pásmovým filtrem pro 8 let 2,0 - -2,0-3, Statisticky významné (α = 5) cykly (v rocích) pro jednotlivé sezóny a rok pro průměrnou teplotnířadu ČR v období Zima Jaro Léto Podzim Rok 12 inf 6 inf inf 26,7 18,5 12,6 18,5 7,7 7,7 5,6 6,0 5,5 4,4 4,1 4,9 2,6 3,3 3,1 2,6 2,3 2,3 2,3 2,3 2,2 2,1

32 Maximum Entropy Spectral Analysis AVG ČR, , roční průměry ry 2.0 Cykly / roky Rok T/ C Cykly / roky Frekvence Frekvence

33 Maximum Entropy Spectral Analysis AVG ČR, , ZIMA 3,0 2,0 Win - -2,0-3,0-4,0-5, ,

34 Maximum Entropy Spectral Analysis AVG ČR, , JARO 3,0 2,0 Spr - -2,0-3, ,

35 Maximum Entropy Spectral Analysis AVG ČR, , LÉTO 3,0 2,0 Sum - -2,0-3, ,

36 Maximum Entropy Spectral Analysis AVG ČR, , PODZIM 3,0 2,0 Aut - -2,0-3, ,

37 Korelační koeficienty Korelace mezi průměrovanou řadou ČR a průměrem stanic v okolíčr, Season Win Spr Sum Aut Year Corr Korelace mezi průměrovanou řadou ČR a průměrovanou řadou severní polokoule Měsíc I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Původní řady Řady bez trendu Období Zima Jaro Léto Podzim Rok Původní řady Řady bez trendu shlazené vysokofrekvenčním Gaussovým filtrem pro 50 let

38 Vazba na klimatotvorné faktory vícenásobná lineárn rní regrese Teplotnířady ČR a severní polokoule shlazené nízkofrekvenčním Gaussovým filtrem pro 10 let, období AVG ČR Parametry neshlazeny Shlazení Shlazení všech parametrů Parametry neshlazeny SOI 10 let 5 let 10 let 20 let Rok Zima Jaro Léto Podzim Rok Rok Rok Rok Rok Koef. determinace Koef. determinace Maximální signál / C Max. signál / C SRN Irradiance 0.21 logsvi 4 roky logsvi 4 roky CO2 20 let CO2 20 let 0.89 SOI SOI 0.14 suma suma 1.10 působení jednotlivých klimatotvorných faktorů v různých částech roku se výrazně mění TNH Parametry neshlazeny Shlazení Shlazení všech parametrů Parametry neshlazeny SOI 10 let 5 let 10 let 20 let Rok Zima Jaro Léto Podzim Rok Rok Rok Rok Rok Koef. determinace Koef. determinace Maximální signál / C Max. signál / C Irradiance SRN 5 logsvi 4 roky logsvi 4 roky CO2 20 let CO2 20 let 0.68 SOI SOI 0 suma suma 0.46

39 Vícenásobná lineárn rní regrese Roční teplotní anomálie průměrných řad ČR (vlevo) a severní polokoule (vpravo) (modře) aproximovanéřadami vypočítanými podle vícenásobného lineárního regresního modelu AVG_ČR = 4, S 665 V C E TNH = 107, S 952 V C 063 E. Všechny použité faktory (prediktory) byly shlazeny nízkofrekvenčním Gaussovým filtrem pro 10 let