气候突变检验方法-Regime Shift Detection

zane · 发表于 2019-12-31 17:38:10

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本帖最后由 zane 于 2020-2-4 09:50 编辑

前言
我最近开始试着做突变检验，才了解到气候突变检验方法的方法有那么多！比如累积距平、滑动T检验、M-K检验和这个帖子要说的Regime Shift Detection。当然还有魏凤英书中第五章提到的其它方法。方法再多，为我所用。论坛已经有很多关于这些方法matlab代码分享帖子了。我先给大家引流一下吧（除累积距平，因为简单）。

滑动T检验的matlab的代码分享帖子连接为-http://bbs.06climate.com/forum.php?mod=viewthread&tid=41568。我觉得搞笑的是，滑动T检验的英文名为Moving t-Test Technique （MTT），但是很多人误传为MMT。本人从上述帖子下载了代码后，稍微加工，使得程序可以另外输出两条阈值先，分别是通过95%和99%显著性检验。如下：

TIM图片1.png

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M-K检验的matlab的代码分享帖子在论坛也有很多。很多又是差不多一样的，但是得到的结果和魏凤英书中65页的结果不一致！但是他们的代码对照书本的公式并没有错误，如这个网址（http://bbs.06climate.com/forum.php?mod=viewthread&tid=31908&highlight=M-K%BC%EC%D1%E9）提到的代码，检测到的趋势突变是在1930年之后的。魏凤英书中提到的上海气温数据大家可以在本贴附件下载去试试。不过，有一个帖子（http://bbs.06climate.com/forum.php?mod=viewthread&tid=34869
）中m-k检验的matlab代码，计算结果和书中结果一致。各位自行判断吧。MK检测的是趋势！此方法的好坏也有人讨论过，比如这个帖子：http://bbs.06climate.com/forum.php?mod=viewthread&tid=35768
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正文
Regime Shift Detection方法，又名STARS（Sequential-test analysis of regime shifts），由 Sergei N. Rodionov 在他的2004年GRL的文章首次提出，而后逐渐为人广用。其具体的计算方法可参考他的文章（https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2004GL019448），而对应的中文版可以浏览这篇文章：https://www.doc88.com/p-1476996662445.html。
其实，这种方法之前在论坛已经被介绍过。但是它的仅仅是介绍，并没有使用教程。所以，如何使用Regime Shift Detection方法即为本帖子的意义所在。

步骤如下：
1、打开此网址--

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下载软件。

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2、解压压缩包，你将会得到这些。其中有个 .xla 的文件。没错，其实这个计算用到excel的宏来实现！

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3、以Excel2016 为例，依次如下操作。随便打开一个excel文件，按下图的第一步和第二部操作，在弹出的第三步文件夹中，把.xla文件复制过来！然后，点击两次确定。

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4、在完成上一步操作后，记得设置宏安全性。

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5、之后，在excel软件中按快捷键 ALT+F11。得到VB工作区，依次如下操作：

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6、这样，加载宏成功，工具栏多了加载项。这样，就可以使用加载宏做 STARS 检验了。操作如下。但是值得注意的是，官网 help 说明（

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）有提到，数据必须要有标题，而且纵向排列。

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！！！来到下面这一步，需要注意的是：①在“Data Ranger”这里一般不用修改（除非此sheet中有多余的信息）②“cut-off length” 这里需要各需填写。这里的数字有点类似滤波中设置的长度。比如此数据是yearly的，那么现在想看年代际的气候突变，那么这里的数字至少的输入“10”。如果是monthly的数据，需要检测出在年代际尺度的突变，那么这里至少输入10*12=120！大家自行设置考虑。

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7、运行结果得到另外三个sheet。主要关心的是第三个sheet！
”RSI“是突变指数，有的就表示在此年份发生突变！“Mean”这一列表示对用某一阶段的平均值。
但是，值得注意，并不是RSI不为0的年份为突变年。正如上述提到的两篇文章中所提到，突变年份的判断必须是RSI为正值（且已通过显著性检验）。如下面结果中，1914年和1937年的RSI均为正值，但是1914年的RSI值是0.01220673，没有1937年的大。即1937年的气候突变更为明显。
如果你对不同的“cut-off length”进行设置，比如11，12，13。你会发现，突变的年份和魏凤英书中的M-K检验结果不一致。基本维持在1930s初期。且这与论坛中大部分M-K检验的结果差不多。所以，大家自行选择方法。这个仅供参考。

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最后，附上两篇使用该方法的文章做参考：https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00382-019-04697-1 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2873283/

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PS：论坛写帖子有点麻烦啊。

zane · 发表于 2019-12-31 19:30:24

oydl1985 发表于 2019-12-31 17:53
你会发现，突变年份和魏凤英书中的M-K检验结果不一致。哈哈哈！那么，楼主觉得哪一个方法更好呢？

我也不知道，但是对我的数据做突变检验，三种方法的结果差不多

oydl1985 · 发表于 2019-12-31 17:53:34

你会发现，突变年份和魏凤英书中的M-K检验结果不一致。哈哈哈！那么，楼主觉得哪一个方法更好呢？

hunter2019 · 发表于 2019-12-31 22:30:45

楼主这个发现高大上！

高空急流 · 发表于 2019-12-31 22:43:57

谢谢分享~~

流浪的心 · 发表于 2020-1-1 08:08:51

感谢分享！

qxtlyf · 发表于 2020-1-2 04:24:53

谢谢了，共同分享

deemo7 · 发表于 2020-1-2 07:28:03

{:eb511:}{:eb511:}

ztf_qy · 发表于 2020-1-2 08:27:06

感谢分享！

Jude · 发表于 2020-1-2 08:45:34

学习了，大神666

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