8 просмотров

Как студент-математик собирает данные о парниковом эффекте

Что случилось с погодой?

Задача
Чтобы использовать метод статистического анализа, скользящее среднее, для поиска значимых тенденций в необработанных региональных данных о температуре.

  • копия раздаточных материалов для учащихся "Температурные тренды"
    Часть I (PDF или —>HTML)
    Часть II (PDF или —>HTML)
    График температуры (PDF или —> HTML)
  • карандаш
  • желтый, синий, зеленый и красный карандаши, фломастеры или мелки
  • ножницы
  • лента
  • калькулятор
  1. Разделите класс на 10 групп, по одной на каждый год данных.
  2. Раздать обе части 1 Температурные тренды и раздаточный материал для учащихся «Температурный график» с другими материалами. Попросите студента обсудить необработанные данные перед построением графика.
  3. Запишите их наблюдения на доске.
  4. Попросите каждую группу составить график данных за свой год, используя данные о среднемесячных температурах и диаграмму, предоставленную в раздаточных материалах для учащихся части 1 «Тенденции температуры». После того, как они начертят годовые данные в виде графика, попросите учащихся вырезать свои графики и временно склеить их скотчем, охватывая период с 1989 по 1998 год.
  5. Повесьте склеенные вместе графики на стену или пол. Предложите учащимся наблюдать за любыми тенденциями. Добавьте эти наблюдения к первоначальным наблюдениям на доске.
  1. Теперь учащиеся построят 12-месячную скользящую среднюю. Раздайте учащимся раздаточный материал для части 2 «Температурные тренды».Возможно, вам придется помочь учащимся с инструкциями в этой части.
  2. Демонстрируйте алгоритм до тех пор, пока учащиеся не смогут самостоятельно вычислять скользящие средние. Учащиеся поймут, что могут нанести на собственный график только свои первые семь средних значений с июня по декабрь. Они должны нанести следующие пять средних значений на график группы следующего года, с января по май. Группа предыдущего года заполнит свой график средними значениями за январь-май.
  3. Группа, работающая над последним годом, имеет достаточно данных только для расчета одной скользящей средней — июня.
  4. После того, как учащиеся закончили свои скользящие средние, обсудите с ними результаты. Что они видят в данных сейчас? Чем это отличается от того, что они вывели из предыдущего метода построения графиков? Что говорит им каждый метод построения графика? Каково значение скользящей средней?
Статья в тему:  Как электричество влияет на парниковые газы

На созданном учащимися графике будут показаны температуры выше и ниже линии средней температуры выбранного набора данных. Ниже представлены суммы скользящих средних за каждый месяц. Составление январских сумм начинается в июне. (Примечание. Строго говоря, построение графика скользящего среднего начнется точно в центральной точке набора данных; однако, поскольку 12 месяцев — это четное число, а у среднего значения за 12 месяцев не может быть «центрального месяца», июнь был выбрана в качестве отправной точки для построения средних значений.)

12-месячная скользящая средняя для Бостона, январь 1989 г. – декабрь 1998 г.*

Ян
февраль
март
апр
Май
июнь
июль
авг
сен
октябрь
ноябрь
декабрь

* Средние значения, показанные в этой таблице, были рассчитаны с использованием распространенной методики округления числа 5 путем увеличения следующего более высокого разряда на 1.

Визуальный результат построения графика среднемесячной температуры с линией скользящей средней температуры за 12 месяцев впечатляет. Набор данных из Бостона дает некоторые дразнящие намеки на месячном графике, что могут происходить некоторые циклические изменения температуры, но они оказываются неубедительными в тренде скользящего среднего. Скользящее среднее — это скользящее среднее всего, что изучается.В этом упражнении непрерывное усреднение кластера данных (10-летний период температурных записей) дает более содержательную информацию о трендах температуры, чем один набор данных (однолетний период ежемесячных температурных записей). Отдельный набор данных с большей вероятностью будет содержать флуктуации, которые не проявляются в более широком анализе тенденций.

Статья в тему:  Как парниковый эффект влияет на кислород

Большинство студентов придут к выводу, что при рассмотрении результатов в тренде скользящего среднего значения не так уж много. Некоторые могут привести доводы в пользу трех-четырехлетнего цикла небольших изменений. Однако данные на этом графике сами по себе не являются убедительными, поскольку он показывает информацию только за 10 лет. Студенты могут предположить, что, оглянувшись назад и создав скользящее среднее за последние 100 лет, они смогут подтвердить эту тенденцию. Однако это открывает вопрос о том, является ли прошлое надежным предсказателем будущего.

Другие области применения включают анализ экономики, уровня безработицы, осадков, пыльцы, речного стока, температуры морской воды, интенсивности движения и подол платья.

Глобальное потепление Дженни Тезар, Нью-Йорк: факты в файле, 1991.
Описывает парниковый эффект, влияние деятельности человека на глобальные уровни углекислого газа и озона, а также шаги, которые можно предпринять для замедления темпов глобального потепления и разрушения озона.

Парниковый эффект: жизнь на более теплой планете Ребекка Л. Джонсон, Миннеаполис, Миннесота: Lerner Publications Company, 1990.
Описывает науку о том, как работает атмосфера Земли, определяет газы, способствующие глобальному потеплению, и то, как деятельность человека вызывает изменение глобального климата, а также предлагает способы замедлить темпы глобального потепления.

Глобальное потепление: противоположные точки зрения Дэвид Бендер и Бруно Леоне, изд., Сан-Диего, Калифорния: Greenhaven Press, Inc., 1997.
Предлагает противоположные точки зрения на многие проблемы глобального потепления, включая причины глобального потепления, серьезность угрозы и возможные последствия изменения климата.

Статья в тему:  Чем парниковый эффект похож на садовую теплицу

NOVA Online — глобальное потепление
http://www.pbs.org/nova/warm/
Погружается глубже в содержание и темы программы, с такими функциями, как статьи, хронология, интервью, интерактивные действия, ссылки на ресурсы и многое другое. Дата запуска: пятница, 14 апреля.

Информационное бюро США по исследованию глобальных изменений
http://www.gcrio.org/index.html
Содержит общую информацию, ресурсы и ссылки на другие организации, занимающиеся глобальными изменениями. Также включает службу электронной почты Ask Dr. Global Change, куда вы можете отправлять вопросы о глобальных изменениях окружающей среды.

Упражнение «Температурные тренды» соответствует следующим Национальным стандартам естественнонаучного образования:

Научный стандарт А:
Наука как исследование

Способности, необходимые для проведения научных исследований

  • Используйте соответствующие инструменты и методы для сбора, анализа и интерпретации данных.
  • Используйте математику во всех аспектах научных исследований.

Математический стандарт 10:
Статистика

Научный стандарт А:
Наука как исследование

Способности, необходимые для проведения научных исследований

  • Используйте технологии и математику для улучшения исследований и коммуникации.
  • Формулировать и пересматривать научные объяснения и модели, используя логику и доказательства.

Математический стандарт 10:
Статистика

Что случилось с погодой?

какая

Оригинальная трансляция:
18 апреля 2000 г.

Измерение температуры Земли
Посмотрите этот видеофрагмент «Область учителей» (4 мин 39 с), чтобы узнать больше об исследователях, собирающих данные о температуре для изучения изменения климата.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
0
Оставьте комментарий! Напишите, что думаете по поводу статьи.x