Климат Петербурга: статистика среднемесячных температур

Те, кто интересуется климатической статистикой, часто оказываются в ситуации, когда ответ на казалось бы ординарный вопрос (например: как часто в мае в Петербурге температура ни разу не достигала 20°С?) приходится либо долго искать на разных ресурсах, подбирая формулировки, либо выводить самостоятельно, обрабатывая данные, скажем, в Microsoft Excel. Помимо этого, нелегко убедиться в достоверности используемых данных, важность которой трудно переоценить.

Мы бы (создатель сие творения https://vk.com/gannochka и администрация сообщества «Погода в Петербурге») хотели предложить Вам инструментарий –набор дашбордов с визуализацией (удобный отчет с графиками и таблицами), позволяющий самостоятельно ответить на разнообразные запросы, связанные со среднемесячными температурами воздуха в С.-Петербурге с 1881 года – времени начала надёжных наблюдений за погодой. В процессе работы, надеюсь, будут сами собою обнаруживаться новые вопросы и ответы, которые позволят лучше понять, как устроен наш нетривиальный климат. Если какие-то моменты так и останутся невыясненными, просим сообщать Андрею Ганночка или нам в личные сообщения сообщества. Это позволит дашбордам стать еще лучше.

Далее – краткое описание дашбордов и примеры типовых вопросов.

Среднемесячные температуры (c 1881)

Эта страница содержит базовые сведения по каждому месяцу каждого года, начиная с 1881-го:

• минимум месяца,
• средний минимум (по дням),
• среднемесячная,
• средний максимум (по дням),
• максимум месяца.

Примеры вопросов:

1. Какие сентябри входят в тройку самых холодных?

Выберем в фильтре «Месяц» 9-ый месяц и отсортируем значения в столбце «Среднемесячная» по возрастанию. Для этого выделяем нужный столбец и наведя курсор на заголовок столбца нажимаем соответствующую кнопку:

2. В январе какого года наблюдалась самая большая разница между наивысшей и наинизшей температурами в течение месяца?

Ответ легко получить, выбрав только 1 месяц и отсортировав значения в последнем столбце «Разность максимума и минимума месяца» по убыванию:

Среднемесячные температуры (30-летние периоды)

ВМО (Всемирная Метеорологическая организация) рекомендует использовать 30-летние периоды для оценки климата. До недавнего времени стандартом считался период 1961 – 1990 гг., который с учётом явных тенденций к потеплению климата давно устарел. С 2021 года и на данный момент актуальные нормы вычисляются на основе данных за 1991 – 2020 гг. и далее, предположительно они обновятся только в начале 2050-х годов.

Однако, с помощью данной страницы можно не ждать публикаций новых норм, а изучать средние значения температур за любое тридцатилетие: нужно лишь указать последний год периода.

3. Каковы были средние температуры в Ленинграде в 1926 – 1955 гг.?

Указываем последний год периода (1955), кликаем по свободному пространству экрана и получаем следующую картину:

Примечательно, что март тогда являлся полноценной зимой со средней температурой -4,0°С, а вот ноябрь был «положительным»; июль же со среднемесячной +18,4°С выглядит весьма тёплым даже на фоне современных норм.

Распределение среднемесячных температур

Визуализация данных на этой странице основана, как и на предыдущей, на 30-летних периодах. Разница в том, что здесь мы получаем более подробную информацию для конкретного выбранного месяца.

В дополнение к среднему минимуму, среднемесячной температуре и среднему максимуму здесь появляются ещё две статистики – усреднённые за 30-летний период минимум и максимум месяца.

4. Каково максимальное за весь месяц значение температуры воздуха в сентябре в среднем за последние 30 лет?

Для получения результата нужно выбрать последний год (в нашем случае 2021) и соответствующий месяц (9-ый).

Ниже располагаются графики указанных выше характеристик – здесь можно понаблюдать, насколько часто холодные сентябри сменяются теплыми, есть ли тенденция к потеплению минимума месяца и т.п.:

Наконец, можно изучить гистограммы наших пяти характеристик и посмотреть, к примеру, насколько их распределения похожи на нормальные. По меньшей мере унимодальность (то есть наличие единственного «пика») наблюдается далеко не всегда – для февралей последних 30 лет видна следующая картина:

Иными словами, для февралей 1992 – 2021 гг. среднемесячные температуры (зелёная гистограмма) довольно часто либо существенно выше выборочного среднего, либо ниже его.

Корреляции среднемесячных температур

На данной странице можно по традиции выбрать 30-летний период и два месяца, корреляцию между которыми интересно было бы посмотреть.

5. Верно ли, что есть связь между средними температурами февраля и марта за период 1921-1950 гг. (иначе – часто ли за тёплым февралем следовал тёплый март)?

Для этого, как обычно, вводим «Последний год периода» (в нашем случае 1950), выбираем нужные месяцы (X = 2, Y = 3) и, кликая по свободному пространству экрана, получаем результат

Не углубляясь в теорию статистической проверки гипотез, ограничимся здесь вычислением выборочного коэффициента корреляции, который оказывается ближе к 1, чем к 0. То есть, условно, некоторая связь между мартом и февралём всё же есть):

Ниже можно ознакомиться с диаграммой рассеяния, визуализирующей корреляцию. на диаграмме также изображена прямая – график функции линейной регрессии. Саму функцию можно узнать просто наведя курсор на прямую:

Заключение

В качестве упражнения предлагаем ответить на вопрос, сформулированный в самом начале ;)

В дальнейшем планируется создать похожий инструментарий для работы со статистиками среднесуточных температур, а также для мгновенного вычисления и визуализации сглаженных ежедневных норм температур за 30-летние периоды.

Если появятся вопросы или замечания, будем рады ответить на них.