一种新的气候容量定量评价方法

唐力生; 张柳红; 王华

doi:10.16032/j.issn.1004-4965.2025.026

一种新的气候容量定量评价方法

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2025.026

广东省气候中心, 广东广州 510641

基金项目:

国家自然科学基金气象联合基金项目 U2142205

中国气象局气候变化专项 CCSF201837

中国气象局重点创新团队 CMA2024ZD03

广东省气象局科学研究项目 GRMC2019Z01

广东省气象局科学研究项目 GRMC2020Q05

科技创新团队 GRMCTD202005

详细信息

通讯作者:
张柳红, 女, 广东省人, 工程师, 主要从事应用气象研究。E-mail: 838012150@qq.com

中图分类号: S162
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出版历程
- 收稿日期: 2023-12-27
- 修回日期: 2025-02-19
- 刊出日期: 2025-06-20

A New Quantitative Evaluation Model for Climate Capacity

Guangdong Climate Center, Guangzhou 510641, China

摘要

摘要: 为科学认识和评价气候容量，提出了一种新的气候容量定量评价方法，能够克服内梅罗指数法和偏离平均值法在气候容量评价中指标极大值贡献过大、等权重、偏离量极限值无定义等缺点，又能实现不同地区气候容量的统一评价。该方法利用正态分布的3σ准则确定气候指标临界值，定义了气候指标偏离量，构建气候指标偏离量标准化模型；采用熵权法确定气候容量指标权重，进而构建气候容量模型；对服从正态分布的气候容量，采用距离期望一个标准差分位法将其划分为差、一般、优3个等级进行评价。经验证，该方法具有计算量少、使用简单、便于理解、结果符合实际等优点，可为气候承载力评价提供新的思路和参考。
- 气候指标 /
- 天然容量 /
- 气候容量 /
- 临界值 /
- 随机变量 /
- 正态分布
Abstract: To enable a scientific understanding and evaluation of climate capacity, this study proposes a new quantitative assessment method that addresses the limitations of traditional approaches (e. g., the Nemerow index and deviation-from-average methods), including excessive sensitivity to extreme values, uniform weighting, and poorly defined deviation thresholds. The proposed method also facilitates consistent cross-regional comparisons. Based on the 3σ principle of the normal distribution, critical thresholds for climate indicators are established, followed by the definition of indicator deviations and the construction of a standardized deviation model. The weight coefficients of climate indicators are determined using the entropy weight method, leading to the development of a climate capacity model. For normally distributed climate capacity data, ratings (poor, average, and excellent) can be assigned using a one-standard-deviation quantile approach. Validation demonstrates that the proposed method offers advantages of low computational complexity, ease of use, intuitive interpretation, and consistency with empirical observations, thereby providing a new framework for climate carrying capacity assessments.
- climate indicator /
- natural capacity /
- climate capacity /
- critical threshold /
- random variable /
- normal distribution

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图 1 研究区域地理位置

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图 2 1983—2022年化州气候指标值及其偏离量标准化值历年变化

a. 年降水量；b. 年最大风速；c. 年均气温；d. 年日照时数。下同。

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图 3 1983—2022年南澳气候指标值及其偏离量标准化值历年变化

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图 4 1983—2022年化州和南澳气候容量历年变化

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表 1 化州和南澳站年降水量、年最大风速、年均气温和年日照时数正态性检验

统计量	原始观测值统计描述分析								自然对数值统计描述分析
	年降水量/mm		年最大风速/(m·s^-1)		年均气温/℃		年日照时数/h		年降水量/mm		年日照时数/h	年最大风速/(m·s^-1)
	化州	南澳	化州	南澳	化州	南澳	化州	南澳	化州	南澳	化州	南澳
最大值	3 005.3	2 502.5	11.8	29.3	24.8	23.1	2 372.5	2 651.3	8.0	7.8	7.8	0.3
最小值	1 103.0	680.1	3.6	12.2	22.2	21.0	1 531.7	1 774.5	7.9	6.5	7.3	0.2
平均值	1 828.6	1 376.2	6.9	17.8	23.3	22.0	1 847.2	2 142.9	7.5	7.2	7.5	0.3
标准差	398.06	398.26	2.03	4.65	0.62	0.50	156.92	209.48	0.20	0.29	0.08	0.03
峰态*	1.21	0.72	0.48	1.05	0.27	0.20	0.76	0.24	0.53	-0.03	0.39	-0.45
峰度**	4.53	3.33	2.68	3.43	2.63	2.40	4.72	2.61	3.70	2.85	4.03	2.46
JB统计量***									2.73	0.04	2.76	1.85
分布类型	对数正态	对数正态	正态分布	对数正态	正态分布	正态分布	对数正态	正态分布	正态分布	正态分布	正态分布	正态分布
：显著性水平α = 0.05，样本量n = 40时，\| β_s\| = 0.59。：显著性水平α = 0.05，样本量n = 40时，β_k左右临界值分别为2.07、4.06。 **：显著性水平α = 0.05，自由度为2时，χ_0.95² (2) = 5.99。

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表 2 气候指标（偏离量标准化值）的相关系数及显著性检验(α = 0.05)

气候指标/(偏离量标准化值)	化州		南澳
气候指标/(偏离量标准化值)	相关系数	t值	相关系数	t值
年降水量—年最大风速	-0.088 4	-0.547 0	-0.436 1	-2.987 6^*
年降水量—年均气温	-0.021 5	-0.132 7	-0.282 6	-1.816 1
年降水量—年日照时数	-0.449 4	-3.100 8^*	-0.604 6	-4.678 5^*
年最大风速—年均气温	-0.620 7	-4.879 8^*	0.473 0	3.308 9^*
年最大风速—年日照时数	0.262 0	1.673 8	0.209 5	1.321 0
年均气温—年日照时数	0.013 6	0.083 6	0.476 4	3.340 2^*
年降水量标准化值—年最大风速标准化值	-0.234 1	-1.484 4	0.251 6	1.602 8
年降水量标准化值—年均气温标准化值	-0.296 8	-1.915 6	0.075 5	0.466 5
年降水量标准化值—年日照时数标准化值	0.085 4	0.528 4	0.317 5	2.063 8^*
年最大风速标准化值—年均气温标准化值	0.371 8	2.468 8^*	0.050 3	0.310 7
年最大风速标准化值—年日照时数标准化值	0.133 6	0.830 9	-0.004 1	-0.025 6
年均气温标准化值—年日照时数标准化值	-0.212 6	-1.341 5	0.115 8	0.718 9
*：$t_{\frac{\alpha}{2}}=2.0244, \|t\|>t_{\frac{\alpha}{2}}$，表示相关性是显著的。

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表 3 化州和南澳气候指标偏离量标准化值和气候容量

年份	气候指标偏离量标准化值								气候容量		等级评价
	年降水量		年最大风速		年均气温		年日照时数		气候容量		等级评价
	化州	南澳	化州	南澳	化州	南澳	化州	南澳	化州	南澳	化州	南澳
1983	0.70	0.57	0.61	0.93	0.50	0.66	0.77	0.51	0.63	0.67	差	一般
1984	0.91	0.94	0.89	0.84	0.40	0.33	0.93	0.80	0.77	0.73	一般	一般
1985	0.63	0.76	0.59	0.74	0.50	0.60	0.69	0.61	0.60	0.67	差	一般
1986	0.93	0.95	0.64	0.61	0.72	0.53	0.56	0.88	0.70	0.74	一般	一般
1987	0.80	0.89	0.28	0.79	0.90	0.80	0.74	0.76	0.65	0.80	一般	一般
1988	0.81	0.85	0.20	0.86	0.61	0.53	0.96	0.62	0.79	0.71	差	一般
1989	0.62	0.75	0.56	0.93	0.67	0.73	0.76	0.61	0.64	0.75	一般	一般
1990	0.93	0.26	0.95	0.31	0.83	0.86	0.94	0.84	0.91	0.59	优	差
1991	0.62	0.85	0.81	0.40	0.95	0.93	0.98	0.70	0.85	0.71	一般	一般
1992	0.97	0.51	0.43	0.88	0.56	0.53	0.97	0.78	0.69	0.69	一般	一般
1993	0.96	0.91	0.74	0.96	0.72	0.73	0.61	0.41	0.75	0.73	一般	一般
1994	0.24	0.73	0.98	0.88	0.94	0.94	0.83	0.97	0.79	0.89	一般	优
1995	0.79	0.81	0.97	0.93	0.56	0.53	0.65	0.73	0.75	0.75	一般	一般
1996	0.64	0.85	0.95	0.65	0.72	0.73	0.96	0.66	0.83	0.71	一般	一般
1997	0.70	0.63	0.82	0.99	0.88	0.86	0.50	0.92	0.75	0.86	一般	优
1998	0.99	0.63	0.77	0.72	0.68	0.67	0.95	0.78	0.83	0.71	一般	一般
1999	0.88	0.79	0.75	0.99	0.90	0.94	0.59	0.66	0.78	0.84	一般	优
2000	0.96	0.83	0.80	0.90	0.90	1.00	0.61	0.81	0.82	0.88	一般	优
2001	0.59	0.92	0.84	0.68	0.95	0.87	0.99	0.72	0.86	0.79	优	一般
2002	0.15	0.55	0.95	0.90	0.95	0.67	0.96	0.87	0.80	0.76	一般	一般
2003	0.49	0.73	0.58	0.66	0.79	0.87	-0.02	0.82	0.49	0.77	差	一般
2004	0.21	0.76	0.77	0.90	0.94	0.94	0.54	0.26	0.66	0.69	一般	一般
2005	0.87	0.73	0.85	0.97	0.99	0.86	0.34	0.85	0.78	0.86	一般	优
2006	0.86	0.41	0.86	0.34	0.90	0.87	0.98	0.50	0.90	0.53	优	差
2007	0.74	0.93	0.63	0.82	0.95	0.74	0.53	0.95	0.72	0.86	一般	优
2008	0.31	0.91	0.92	0.72	0.61	0.93	0.79	0.56	0.69	0.76	一般	一般
2009	0.83	0.52	0.72	0.58	0.99	0.81	0.97	0.72	0.67	0.67	优	一般
2010	0.94	0.99	0.93	0.82	0.95	0.86	0.63	0.95	0.87	0.90	优	优
2011	0.72	0.36	0.95	0.85	0.67	0.80	0.90	0.74	0.81	0.70	一般	一般
2012	0.80	0.73	0.65	0.60	0.95	0.86	0.26	0.67	0.68	0.71	一般	一般
2013	0.53	0.73	0.99	0.32	0.99	0.93	0.86	0.92	0.87	0.73	优	一般
2014	0.90	0.85	0.99	0.79	0.79	1.00	0.87	0.73	0.89	0.83	优	一般
2015	0.96	0.99	0.82	0.70	0.52	0.81	0.97	0.74	0.80	0.80	一般	一般
2016	0.92	0.53	0.78	0.65	0.68	0.67	0.87	0.57	0.80	0.61	一般	差
2017	0.85	0.95	0.45	0.50	0.63	0.54	0.77	0.93	0.65	0.73	一般	一般
2018	0.96	0.90	0.68	0.98	0.68	0.61	0.99	0.84	0.80	0.83	一般	一般
2019	0.98	0.92	0.47	0.55	0.20	0.41	0.81	0.95	0.57	0.71	差	一般
2020	0.76	0.51	0.49	0.50	0.36	0.41	0.73	0.65	0.56	0.52	差	差
2021	0.86	0.23	0.57	0.55	0.41	0.28	0.78	0.19	0.63	0.31	差	差
2022	0.98	0.94	0.77	0.66	0.74	0.54	0.71	0.70	0.79	0.70	一般	一般
期望	0.76	0.74	0.74	0.73	0.74	0.73	0.76	0.72	0.75	0.73
方差	0.05	0.04	0.04	0.04	0.04	0.04	0.05	0.03	0.01	0.01
峰态	-1.253 4	-0.899 7	-0.760 8	-0.601 2	-0.627 3	-0.609 8	-1.348 0	-1.007 0	-0.440 1	-1.322 8^*
峰态	左偏	左偏	左偏	左偏	左偏	左偏	左偏	左偏	标准	左偏
峰度	3.815 2	2.955 3	3.024 0	2.694 1	2.640 5	2.357 2	5.039 8	4.142 8	2.305 0	6.298 4^*
峰度	标准	标准	标准	标准	标准	标准	尖峰	尖峰	标准	尖峰
*：未通过显著性水平检验(α = 0.05)。

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表 4 化州和南澳站年降水量、年最大风速、年均气温和年日照时数临界值及权重

临界值及权重	上临界值		下临界值		权重系数
临界值及权重	化州	南澳	化州	南澳	化州	南澳
年降水量/mm	3 297.3	3 120.5	972.5	560.5	0.19	0.21
年最大风速/(m·s-1)	13.0	31.8	0.8	3.9	0.32	0.26
年均气温/℃	25.2	23.5	21.5	20.5	0.28	0.24
年日照时数/h	2 363.6	2 771.3	1 433.8	1 514.4	0.21	0.29

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