気温の年周期の振幅と位相: 周期解析

気温の年周期の振幅と位相

3. 周期解析

X(t)は周期成分とノイズから成るとする。

X(t) = a0 + Σk = 16 ( ak cos k ω t + bk sin k ω t ) + ε.
     = a0 + Σk = 16  Ak cos (k ω t - φk) + ε.
ノイズの項の2乗ε2を最小にするように 最小2乗法で13個の係数(a0, ak, bk)を決める。 (あてはめる周期成分の数を6までとしたのは、月平均データによる結果との 比較をしやすくするため。)

係数を振幅Akと位相φkに変換する。 さらに位相はその成分が極大となる日付(Φk)の形に換算する。

Ak = sqrt( ak2 + bk2 )
Φk =  φk × tyear / (2 π k)
  = arctan(bk / ak ) × tyear / (2 π k).

次のような統計量も使う。

[全分散:]
V = (1 / N) Σt = 1N { X(t) - a0 }2;
[第1成分の分散:]
V1 = (1 / 365) Σt = 1365 { A1 cos (ω t - φ1) }2;
[6つの成分の合計の分散:]
V1-6 = (1 / 365) Σt = 1365 { Σk = 16 Ak cos (k ω t - φk) }2.


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