大気海洋解析法特論
• 解析とは？
–
物事をこまかく解き分けて、論理的に研究するこ と。
• この講義の目的
–
セミナーや論文において「このあたりまでは何の 説明も無く使われる」ような基礎的解析手法につ いての説明。
• 担当教員
–
低温科学研究所
–
青木 茂
大気と海洋は兄弟
取り扱う変数の例
ジオポテンシャル ハイト
各種物質濃度 海水位
密度 塩分
湿度
フラックス 蒸発量
降水量
圧力・マス 水圧
気圧
速度 流速
風
温度 水温
気温
大気と海洋は同じ地球流体
大気・海洋における変動現象の時空間スケール 大気と海洋は兄弟
（空間は水平方向）
低気圧 台風 雷雨
積雲対流
プラネタリー波 ジェット気流
潮汐
熱塩循環 うねり
人の背丈 日本の長さ 地球の直径
北海道の幅
大学キャンパス 地衡乱流
内部波・内部重力波
1学年
一生
1学年 一生Von Storch and Zwiers (1999)
大気と海洋には同じ力学が働く
概ねスケールが大きいほど時間もかかる
データの種類と表現法
空間分布スカラーデータ
イメージ表示（赤外画像） 等高線（コンター）表示
生データ パターンの広がり
データの種類と表現法
空間分布ベクトルデータ
ベクトル表示
データの種類と表現法
時系列データ
マウナロアにおける
CO2濃度の時系列変化
（概）周期性
トレンド
Data adopted from LDEO libraryデータは４次元
t=0
t=1
t=2
t=3
t=4
大気・海洋データは４次元
データは４次元
海水位分布の時間変化
２次元分布のアニメーション
データは４次元
・経度方向に平均
・時間方向に平均
緯度 次元を落とす＝情報の縮約
空間的な構造をしらべる
高さ
http://kobam.hp.infoseek.co.jp/meteor/jet-stream.html
データは４次元
次元を落とす＝情報の縮約 位相の伝播特性を調べる
赤道
12.5N西 幅130度 東
1年+ 200 km/day -25 km/day
・鉛直方向に固定
・緯度方向に固定 時間
緯度
Fukumori (1995) J.G.R
Longitude – time plot
（ ホフメラー・プロット ）
関係があるのか？ ないのか？
相関係数
データ解析の型
図Ｃ
ダーウィンと世界各地の年平均海面 気圧偏差の相関係数(x10)。
係数が正の値のところはダーウィンの気圧が通常より高いときにその場所の気圧も通常より高い傾向にあり、係数が負の値のとこ
ろはダーウィンの気圧が通常より高いとき、逆に通常より低い傾向にある。数字の大きさがその傾向の程度を示す。
(図の出典は
Trenberth and Shea,1987,Mon. Weather Rev.)ありがちなパターンは？ データ解析の型
周期性はあるのか？ データ解析の型 時系列データ - 定常・非定常・周期性
南極昭和基地における１分値海水位の変化の例
1m
1
日
信号と誤差：何を信号と考えるか インターナル
VSエクスターナル
データ：海上保安庁
周期性はあるのか（その２）？
昭和基地月平均水位の長期変動
(？
)10cm
10
年
The falling rate is estimated at about 1.4 cm/year that is larger than previous estimations by Odamaki et al. (1991).
Tateoka et al.(2003)ㅤOkhotskㅤsymposium
データ解析のあれこれ
前処理 １次元・２次元 ３次元 データ同化 異常値処理
欠損値・不等 間隔値処理 補間・内挿
スプライン 補間 最適内挿法
基礎統計
相関・回帰解析 スペクトル解析 調和解析
分散解析・フィ ルタリング
Wavelet
解析
composite
解析
EOF解析
SVD
解析
CCA解析
SSA解析
逐次法
ナッジング カルマン
F変分法
Wavelet
の概念図
Spline補間
この講義で扱う内容（予定）
• １．基礎統計量
• ２．確率分布
• ３．合成図解析と統計的検定
• ４．相関係数・回帰係数
• ５．スペクトル解析
• ６．移動平均・フィルタリング
• ７．多変量解析（ EOF 解析）
単位認定
• 主としてレポートによる
• 比較的新しい論文における統計的解析
の取り扱いについてまとめる
参考文献
•
実践
!気候データ解析 松山・谷本 古今書院 ２００５
•
気象解析学 廣田 東京大学出版会 １９９９
•
海洋観測データの処理法 柳 恒星社厚生閣 １９９３
•
スペクトル解析 日野 朝倉書店 １９７７
•
理学部見延さんのホームページ
• Statistical analysis in Climate Research von Storch and Zwiers Cambridge 1999
• Data analysis methods in Physical
Oceanography Emery and Thomson Elsevier 2001
