SDSM降尺度模型中文操作手册

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1、Reviews typically group dow nscali ng methodologies into four main types: a) dyn amical climate modell ing, b) syn optic weather typ ing, c) stochastic weather gen erati on, or d) tran sfer-fu nction approaches.综述了典型组降尺度方法研究分为四种主要类型：一)动力气候建模，B)的天气天气分型,C)随机天气生成，或D)的传递函数方法。The SDSM software reduces th

2、e task of statistically dow nscali ng dailyweather series into seve n discrete steps:1) quality con trol and data tran sformati on;2) scree ning of predictor variables;3) model calibrati on;4) weather gen erati on (us ing observed predictors);5) statistical an alyses;6) graph ing model output;7) see

3、nario generation (using climate model predictors).Figure 2 J SDSM Version 4.2 diiiiatc scciwio tneroiian模型的校准，来源是美国国家环境预报中心（NCEP再分析数据集-。数据被重新-网格适应HadCM3网格系统（图22 ）。所有的预测（与地转风的方向，异常，见下文）进行标准化与1961至1990的平均水平。然而，日常的预测也为期1961 - 2000提供。缩减未来气候情景下四套的GCM输出是可用的： HADCM2, HADCM3，CGCM2, CSIRO三种排放情景：可用：CO2年均以每年1%

4、的温室气体实验（HADCM2只），A2和B2两个SRES 情景的温室气体，产生的硫酸盐气溶胶，和太阳辐射（ HADCM3, CSIRO CGCM2）。3。开始启动SDSM,在Windows桌面上的开始按钮，然后在 程序，然后在SDSM （出现在名单上的一个小雨云 可用的程序）。下面的屏幕会出现：? Statistical DowtiscaliHg ModelSDSM飞溅屏幕出现在未来（IE主菜单屏幕，将开始出现在盒子SDSM）单击“不再显示此屏幕再次。如果进一步的信息在任何时间，在每个屏幕的顶部，请单击“帮助”按钮（用户可以通 过关键词或任务搜索帮助的内容）。SDSM是由在每个屏幕的顶部栏中选

5、择适当的按钮导航。 这些设置在同一逻辑顺序为SDSM关键功能。在降尺度，用户应该检查的日期范围，所有输入的数据类型和完整性。建立工作环境点击扳 手符号在主菜单的顶部（或任何其他屏幕顶部）访问 settingsscreen （图3.3 ）。3.2高级设置先进的设置是通过设置屏幕点击高级按钮在屏幕的顶部。高级设置屏幕允许用户更改并保存偏好进一步降尺度模型（图3.4）：模型转换：指定的变换应用在有条件的模型预测。默认的（不）时使用的预测通常是分布式的（通常为每日温度的情况下）。替代（第四根，自然对数逆正常）时使用的数据是倾斜的（如在日降水的情况下）。请注意，逆正态变换采用观测预报量条件采样（见Wil

6、by等。2003）。改造型记录在*。PAR和*。SIM文件来保证数据的一致处理后续方案和数据分析程序中。方差膨胀：控制在缩减日常天气变量的方差膨胀幅度。此参数变化的方差增加/减少的“白噪声”应用于局部过程模型的估计。默认值产生近似正态方差膨胀（任何转换前）。较大的值增加收缩性质的变化。 方差膨胀的-通过设置参数为零活性。 请注意，第四根和自然对数 模型转换（见上文），这个参数也影响均值的变化。偏置校正补偿任何倾向于过分-或在-估计条件过程均值的降尺度模型（例如，平均日降雨量）。默认值是1，表示没有偏差校正。条件选择：调整条件处理的方式（例如，降水量）进行采样。默认的（随机）允许的结果是完全基于

7、机会。固定阈值允许用户增加一个条件事件的机会（通过设置阈值接近零），或减少的机会（通过设置接近 1 ）。优化算法：SDSM 4.2提供的优化模型-对偶单纯形的两种方法（如在早期版本的SDSM）和普通最小二乘法。虽然这两种方法都给出了类似的结果，普通最小二乘法快得多。用户也可以适当的方格打勾选择逐步回归模型。逐步回归工作逐步包括更多的变量和选择根据一个或两个指标-Akaike信息准则的预测最简约的模型（AIC）和贝叶斯信息准则（BIC）。设置文件：位于标准和先进的设置在一个用户定义的参考文件和目录举行。一个新的或更新的设置文件被创建时， 单击“保存”按钮在屏幕的顶部。C: sdsm.ini设置文

8、件自动加载时， SDS M启动。按下重置随时重新加载原始设置，或回到设置屏幕，随后再返回上一屏幕。Hgure 3.4 The Advanced Settings screen4。质量控制与数据转换一些气象站已完成和/或完全准确的数据集。缺失和不完善的数据处理是最实用的情况下有必要。在某些情况下，可能还需要变换数据模型校准之前。SDSM使质量控制和数据转换。4.1质量控制检查输入文件的丢失的数据和 /或可疑值，从任何的主屏幕上点击按钮的质量控制。下面的 屏幕会出现：Figure 4.1 The Qualify Control screen在“选择文件”按钮单击。将一个打开的文档窗口-浏览直到你找

9、到要在这个例子blogsville每日最高温度检查-目录和文件，tmax.dat。在所需的数据文件然后点击打开。激活的质量控制程序，在屏幕上检查filebutt on点击。以下确认将出现：Figure 4.2 Th亡 Qualify check complete dialogue box.点击OK按钮查看质量控制信息。在这个例子中，有 10957个值没有丢失的数据（即，没有 缺失值的代码？ Wilby和道森，2007页25 94 - 999进行检测）。从6.7到34.8 -o C的数据范 围，并有一个平均13.1871oC（见图4.3）。点击重置按钮来清除屏幕的条目，或选择另一个 文件来执行一

10、个新的质量检查。* i1 IIPFigure 43 Reulis of the QualiH Control check for TMAX.DAT4.2数据转换数据进行变换，对变换数据按钮从任何的主屏幕上点击。 下面的屏幕会出现：Figure 4N The Tranifiirni Data File screen在选择输入文件按钮。一个打开的文档窗口将出现。浏览到你处被转化-例如表面涡在英格兰东部的目录和文件，ncepp_zee.dat。在所需的文件，单击。如果有多个列输入数据（如 天气发生器产生的合奏模拟的案例或生成场景的功能，见第7和10）输入输入文件框中的适当数量的列。为了使变换后的数据

11、与多个列的数据处理分析功能（8节），检查框下创建SIM文件。如果用户希望从一个多列数据文件检查此屏幕上的液箱中提取单个集合成员。进入乐团成员的数量要求和数据将被写入到所选择的保存文件。请注意，在这种情况下，没有变换应用到提取的成员。通过检查相应的按钮选择变换。可变换包括：自然对数和loglO，广场，立方体，第四大国，反演，滞后区间和二项式，连同上述的逆转换在适当的地方。如果包选择（滞后N）的最后一个值作为滞后变换的第一个值；否则，丢失的数据标识符插入（注意负滞后值将数据转发， 一个积极的滞后值将数据返回）。落后的更改按钮是用来计算连续天之间的差异。所有的转 换可以应用到标准的预测变量的模型校准

12、之前（6节），产生非-线性回归模型（例如，使用功率变换的多项式模型）。在英格兰东部的数据，选择滞n输入“-1 ”框中，并检查包装箱（这将产生一个没有缺失数据的变量的滞后-1系列）。在“选择输出文件按钮。将一个打开的文档窗口-浏览到 所需的目录位置，输入转换数据的文件名，在这种情况下ncepzlagee.dat （即，在前一天的涡度），然后点击保存。警示：用于转换文件的名称必须完全遵守本协议第2.4.1描述。启动程序，对变换按钮在屏幕的顶部单击。以下确认将出现：Transformation comphte pho n Ln red. indicting that the relationJiip

13、 bciwcen imximumte mperature indand a are most im porta nt. Blanks represent lrts-ignitk antrclatjoaships nt the chosen Significance LeveJ图5.2结果屏幕为blogsville例子。在每个月的相关性最强的是以红色显示，表明最高温度和P500和p_u之间的关系是最重要的。空白是微不足道的关系，在所选择的显著性水平blogsville例子，选择每日最高温度（Tmax）的预测，预测和以下文件：P500, p_u , p_v,和p_z （见表2.1）。此外，使用变换

14、工具（第 4.2节）创建的滞后值（一天，即，滞后的数 据-1）为表面气流指数。预报量不依赖于一个中间发生的过程，所以无条件的过程是在检查选项。使用默认的日期数据选项（即，1961 - 1990）,并选择在选择的分析期间的年度。使用默认的显著性水平（即，0.05）然后点击分析在屏幕variablesmenu顶部的按钮。图 5.2中的结果表明，美国是一个潜在的有用的预测四月至十月最高温度，并通过3月十二月p_u。5.3相关矩阵相关的按钮是用来研究跨-指定变量的相关性子-时期（年，季或月）。SDSM还报告选定的预测和预报量之间的偏相关分析。这些数据 有助于确定，是每一个独特的解释力量的预测。为blo

15、gsville的例子，使用相同的预报量与预报因子为5.2节，但选择分析期二月从下拉列表中选择。然后点击相关按钮在屏幕的顶部变量菜单。结果如图5.3所示。fWHMl OREL/TinS WIT卜 TM:DhTPsiirP vaJuerctcp_0o: ddta on amrc(Wi_Txi! M052Eooom0磁QOK9uain03*21ais?OODCO0244QOOOO9* Results乂CDRREIATION blATRH料ts Peftod： 01 All /151 引 /12/1990 lmud IFla卜理110 口呛QM31畑曲oa?4000)4ncsic_2hk datDOC

16、5til FftWCLllJ0DS36nrc;iUi.l 计0759ncepvlac. daf ona 03(70aosa1 III.Me-ir*5 viie； 0*o*rt： D1陶002应菊0*30031 7 9 & 5 3 tuB512305(u碇 7n-Q-OOQC1Q 霜隠ra?6ft ao.Q丄 o1&Q 刃 4-coloflo nF叨品探Figure 5.3 I tie Results screen tor the BlogsviHe example. Partial correlationsindicate that ROO and p - have the stronaes:

17、 aociation with TM4A once【h(influence of al I other predictors has been rcnwcd.图5.3结果屏幕为blogsville例子。偏相关分析表明，美国和p_z与Tmax 旦所有其他因素的影响已被删除的相关性最强。5.4散点图散射按钮用于变量间的行为-指定的子-时期的视觉检查（年，季或月）。由此产生的散点图（S）表示，该协会的性质（线性，非-线性，等），是否数据转换（S）可能是需要的，和异常值的重要性。为blogsville例子，选择最高气温为预报量，p_u作为预测文件，和二月选择分析期（以下图5.2中的结果）。检查所有其他

18、的预测已被取消，并且无条件的选择下过程。（注意，如果有条件的选择，所有的值小于或等于事件阈值设置被排除的图）。点击散射按钮在屏幕的顶咅B变量菜单。结果如图 5.4所示。Figure The Scatttrplot tor the Blcgsvilk example, showing the association between 7Llf4Xand p ir in February. The results suggest thaKiurin February, higher liiaxiinum diih icmperalures arc iisMJCLaicil h ilIi Lroner

19、 vvcleih airllou s.图5.4散点图的blogsville的例子，显示二月最高温度和p_u之间的关联。结果表明，在二月，日最高温度更高更强的西风气流相关。散点图的演示文稿的质量可以定制， 根据需要，通过加倍点击任何轴的传说，标题或数据点。额外的Windows使变化作出图表字体，样式，大小，颜色，等等。将散点图在 Word文档中，在屏幕上首先使用复制按钮，然后在Word中使用特殊粘贴（图）。6。模型校准校准过程模型构建的降尺度基于多元回归方程模型， 每日的天气数据（成分）和区域-规模， 大气（预测）变量。回归模型的参数写入一个扩展名为*标准格式的文件。PAR随着元-数据记录详细的

20、校准周期，模型类型，预测因子，等（见6.4节）。SDSM优化模型用对偶单纯形或普通最小二乘法优化（见第 3.2节中的高级设置）。用户指定的模型结构：按月，季或年度子-模型是必需的；过程是否有无条件或条件。在无条件的模型的直接联系是假设的预测和预报量之间的（例如，当地的风速可能是一个区域的气流指数函数）。在有条件的模型，有一个区域迫使当地天气之间的中间过程（例如，当地 的降水量取决于湿-/干-天发生，而这又取决于区域-规模因素如湿度和大气压力）。此外,它是可能的应用的标准转换条件模型的预测（见3.2节），和/或具体的预测（见 4.2节）。访问模式的建筑设施，点击按钮校准模型在任何屏幕上。下面的屏

21、幕会出现：Figure 6-1 The Calibrate Model screen6.1文件处理开始建立模型，预测在选择文件的按钮在左上角单击-。一个打开的文档窗口出现；浏览到正确的目录和文件都达到了， 然后单击相应的文件名-为例， 该？Wilby和道森，2007页33 94日最高气温在blogsville, tmax.dat。该文件的名称将出现在按钮。遵循类似的程序来定位和通过从下拉在屏幕中心窗口选择正确的驱动器上选择所需的预测变量。该驱动器上的可用的目录将出现在窗口的拖动窗口上方。例如，位于C: ncep1961-90 SDSM blogsville目录。所有*。此目录中的 DAT文件然

22、后是列出的在上面的窗口。选择预测器，只需点击文件名-将高亮的蓝色。选择一个文件，点击它再次，它将不再被高 亮显示。预测变量选择的数显示在这个窗口。在左-右边的屏幕校准模型允许分析周期的开始和结束日期被改变的数据段的菜单。默认的日期是在设置屏幕举行（3.1节）,在这种情况下，1961 - 1990。如果开始日期和结束日期 不在允许范围内，用户将被提示输入新值。理想情况下，应使用的模型部分的可用数据校准， 独立的模型验证扣缴的其余部分（见章节7和8）。指定输出参数的名称（*。PAR文件，在输出文件按钮。一个输出参数的文件窗口。最大 的方便，确保参数文件是作为成分的文件保存在同一目录，在这种情况下，

23、C: observed1961-90 blogsville SDSM。在“文件名”框中输入一个适当的文件的名称，然后点击 保存按钮。的参数文件的名称然后被显示在输出文件的按钮，例如，如果从1961 tmax61-75.par - 75的数据用于校准。6.2型确定的降尺度模型检查每月的时间分辨率，季节或年度模型下型箱。在每月的模型，不同的模型参数推导出每个月。在季节性模式，在同一季节各月（例如，十二月，一月和二月冬季）具有相同的模型参数。在年度车型，各月有相同的参数（即，没有试图在指定参数值-年度内的变化）。其次，说明是否降尺度过程中应检查过程框合适的选项可以无条件或条件。请注意，有条件的过程中

24、，预测值为正偏态分布，它是可能的应用之一，在高级设置中的几个转变（见3.2节）。例如，第四根可能被选定为日降水量。 如果一个组件是自回归模型中所需的（即，滞后的预测量作为预测） ，用户应选择包括在回 归箱。SDSM 4.2可以计算残差统计和显示这些无论是散点图或直方图。散点图块残差对模型预测，残差的分布直方图显示。 这两个图的建模后的汇总统计数据呈现给用户生成。 在“直方图条 数可以由直方图在类别框改变值调整。用户还可以查看 Chow 检验统计量（模型的平稳性）在相应的方框。邹检验是一个可选的测 试，它可以减缓建模过程明显，特别是如果一个对偶单纯形优化选择。最后，单击“校准屏 幕顶部的按钮。6

25、.4 * 标准文件。 模型校准的过程中。标准文件的生成，存储各种参数对该模型的结构。注意：在* 举行的信息。PAR文件通常可以用来诊断任何意想不到的结果或行为的原因。图6.4提供了这样一个文件的一个例子-使用blogsville数据集。此文件中的数据被存储在线的顺序如下： 1 的数量的预测 2 的季节代码（ 12 =月， 4 =季节， 1 =年度模型） 3 年长度指示器（ 366，365，或 360） 4 记录的开始日期 5 记录长度（天） 6 模型拟合的开始日期 7 。用于模型拟合的日数 8 模型是否是有条件的（真正的）或无条件的（假） 9 变换（ 1 =不=第四， 2根，3 = 4 =自然

26、对数，对数正态分布） 10 集合大小 11 自回归指标（真或假） 12 预测文件名 13 预测的文件名（在这种情况下，五）29 模型参数；在这个例子中的第一个 6列的参数（包括拦截），最后两列的SE和R2统计 30 的预测文件的根目录7irrtliriT M-0也*W n 3w立iSMHpj 显An#rt&eled Inpm FitsSstacl CxHttput File环ecrtwka 怙X 旳 Wrri?Fii TIwiAkSI J占戸5FjwirpTMX*碎M msDLA Mrwprt-vjw iwFib TUAcNCflP7S-9Q QVTC SIM jAu trs-ariid)rE

27、nsmbte Si7e-Seteci Predictor Ckectury-j咖畀fJa dl prcdltLcrSAin m-th EEinm F iIe-eD 沾 wrsinrQ|he B 弓 Eu|R-eCoifl Leng环nlti詡I* 3刑Lj*t莓誅Unccndiona!|l01JD1/I9CI昨jj而而Figure 7J The Weather Generator screen.7.1文件处理在合成过程中的第一步是合适的模型参数文件的选择。在选择参数文件按钮，在左上角-手。一个打开的文档窗口出现；浏览到正确的目录和文件都达到了，然后单击相应的文件名-为例，为日最高气温在 blo

28、gsville参数，被关押在tmax61-75.par。该文件的名称将出现在按钮。 下一步，指定文件的位置的预测变量的选择正确的驱动器和目录从窗口的左下角的屏幕下- 方面选用预测目录。？ Wilby和道森，2007页38 94写的合成数据的结果文件，它是必要的 选择一个适当的目录和输出文件名。在“保存点击。在右上角的按钮-文件。一个打开的文档窗口出现；浏览到正确的目录是达到了，然后输入例如一个合适的文件名tmax ncep7690.out。该文件的名称将出现在按钮。在查看详情按钮，和 （预测随后预测）用于模型的校准文件是在下面的窗口中列出。记录的 开始日期和可用的记录长度（天数）也显示。注：*

29、面值生成的文件的早期版本的SDSM仍然可以处理。的标准文件的SDSM版本号是随着工艺类型显示（有条件或无条件的）和是否选择了自回归。用户必须指定（子-）使用合成的启动和合成长度框一代天气所需的时间， 分别为。在这种情况下，合成跨越1976至1990年（合成开始是1 / 1 / 76和合成时间是5479 天）。合成启动和合成长度的默认值是用来模拟用于模型的校准记录期间。如果，然而，模型验证是采用一套独立的数据从校准过程中隐瞒，那么这两个值都要进行相应的修改。 如果观测数据，基于完整的预测记录模拟是必要的，那么记录开始记录长度的值应该被使用。7.2集合大小决定多少集合成员的需要，最高可达100,并

30、输入相应的值的集合大小框在右下角的屏幕-手（默认为20）。个体的集合成员同样被认为是合理的地方的气候情景预测区域-规模共同 意识到。在何种程度上有所不同， 取决于集合成员的确定性和随机性的用于降尺度回归模型组件的相对重要性。例如，当地的温度在很大程度上取决于区域强迫而降水序列显示更多的“噪声”从局部因素引起的。前者会产生类似的寻找集合成员； 后者，个体成员间差异较大。一旦上述选择完毕，点击顶部的菜单按钮的合成。几秒钟后，后续的对话框将会出现：Figure 7.2 TIkcompletedbtx,8观察和缩小的数据分析8.1概述观察到的统计分析和统计降尺度天气数据由SDSM略有不同的方式处理但都

31、在屏幕进行汇总统计。常见的诊断测试可用于观察和合成数据。这些数据包括变量的均值，方差，最大， 最小，高于/低于阈值，百分百分之-天峰，湿，湿/干-天-法术-长度，在一个日历月计算，季节或年度的基础上。 评估是缩小的数据或观察到的数据，在主屏幕上任何的汇总统计按钮。下面的屏幕会出现：FigtircX.l Tlie Siimmary Statistics screen在分析的第一步是选择对模拟数据源-点击，为缩小的数据分析，观察或观测资料分析。第二步是一个合适的数据文件的选择。在选择输入文件按钮， 在左侧-右手边。 一个打开的文档窗口出现；浏览到正确的目录和文件都达到了，然后单击相应的文件名-为例

32、，实际的每日最高温度blogsville ,举行tmax.dat。该文件的名称将出现在按钮。 如果使用模拟输出点 击查看详情查看关于降尺度实验的基本信息（如预测，数量开始日期，等）下一步，指定（子-）段所需的分析使用分析的开始日期和结束日期窗口分析，分析期间的 标题下。默认值是标准的开始日期和结束日期的设置标准在全球举行（3.1节）。默认使用的合奏的意思吗？箱产生平均？ Wilby和道森，2007页42 94诊断为所有集合成员和集成的标准偏差（见图8.4）。然而，个人会员的诊断可以通过取消选择使用集合平均提取？并输入所 需的乐团成员（在这种情况下，整数1至100）在集合成员的盒子。保存分析结果

33、，有必要选择一个合适的目录和文件名。 在“保存概要文件在右-右边的按钮。 一个打开的文档窗口出现； 浏览到正确的目录是达到了， 然后输入例如一个合适的文件名-, tmaxobs76-90.txt。该文件的名称将出现在按钮。最后一步是选择所需的诊断。在菜单上单击Statistics按钮。下面的屏幕会出现：Figure L2 The Stathiks Selection scrctit屏幕被分为三个方面。 第一，领导一般测试，列表统计，可以适用于任何变量 （平均，最大， 最小，和，方差，中位数，计数，峰值超过/低于阈值，百分位数，四分位数范围-间，自相关，偏度和最大总 N,等）。第二，为首的条件试

34、验，列表统计，仅适用于日常条件系列（百分比湿，平均干-/湿-法术长度，最大干-/湿-法术长度，干-标准偏差/湿法术，峰 值超过阈值作为一个百分位数，峰值超过阈值的总降雨量，等。一个百分比）。请注意，湿-天的定义可以使用事件阈值设置下的调整。默认值为零（即，湿-天定义为非-零天降水总量）。注意，总和平均的年数的数据集提供月 /季/年度平均值。看到的统计解释8.3部分。第三，领导三角洲， 三角洲的时间段期间进入三角洲统计类型选择（见下文）。通过检查适当的对话框，用户可以选择八个统计分析。默认值为平均，最大，最小，和，和 方差。点击返回的汇总统计数据屏幕。一旦所有上述选择已经完成，在顶部的菜单上单击

35、 analysebutton。几秒钟后，屏幕上会出现的结果：tfe轴Prfif葫 Rei-uh冥SUMMAFTf STATISTICS FDR： TMMDATAnpM Start 01/31 /13TSAn如机*聞口武,31/T跖常Enserrtta Memtwfit Not npicbteMonlhMranManEjmX/llHFTCCSuRi仙HBOC70013&9&17HFabruaiji6,(1$uacasoo15 2W1&1 4279161 &eift 7231&615Dwembet7 00417880Wmtei6SO310LBVSpfir12GM250S1Summei2111 巧3

36、0 OWAi*uw*M期2C351Annual1345530 tmSrandardDeviaiicnj ol RasulhMinimni 5319 3060 1 OTO 2775 4.G32 9329 12122 11 757&123 X)017 3&3 5i9re1 口卫 932b 0017 59737引聞解13WS12E7813SZ21U.3J4 1A25914 247BITS8fe61 ao?j772113 517U309 13砒 17W1033020 37810Toaoaoon5o0545GOoo5oOQcon5o9o9a4o ooooogg-zlgoooogs& p o u u o

37、业严 2312 Q Q Q Q o 少 2WJarKMi” 1051 517Felrusiyom0Mrch01H1195April01111 324May0 099Q832jLneOCTO0 355J 4)0 0740 70(1AuguaQ1D41 023September01020 94QOcioter0C911 1的0 W：0.753Deceniba0.1101 1113Wtfita0CS21.315Sprirfl0 0720 822Sunmcr0 053Q 766AJurw0.0&0& 944Arnl0.0373673-6 3 3 355333 讪 0 g 庁 4 6- _o E 4 5

38、 四 6 G 5 Fm3L5 1&y9(!*a斗 ihch1.a51 o-1 _Q 1 1 o o o- Q -1 1 1 1 111粥860噩黑噩席器黑霧 OQOOOOQQQOQQQQQQQDOnoooo9295mB3cr318ooooDO92438910 00-007 580620007546Figure 8.4 Exainpk output orSuitimrv Stutislics |Mo(ielll) slioultig llie nianand standard deviation of diagnostics foT a 20 member ensemble9频率分析9.1安装程序9.2诊断和情节9.3极值分析10情景生成10.1检查设置10.2安装程序11图形统计月报