r - 用 R 计算季节性平均值的最优雅方法是什么？

Question

我将时间序列与每日平均观察数据均匀分布。

如何以最简单的方式计算季节性平均值？季节应遵循 DJF(= 冬季:12 月、1 月、2 月)、MAM、JJA 和 SON 的气象术语。

这意味着 12 月的值来自 x-1 年。

这里很好地介绍了月均值的计算:
How to calculate a monthly mean?

在计算季节性均值时可以遵循这个想法。但是，有几个警告使它不是很透明，必须小心!

我还在以前的帖子中处理了这个问题的一小部分:How to switch rows in R?

现在是完整的故事:

0: 制作一个随机时间序列

ts.pdsi <- data.frame(date = seq(
                from=as.Date("1901-01-01"), 
                to=as.Date("2009-12-31"), 
                by="day"))
ts.pdsi$scPDSI <- rnorm(dim(ts.foo)[1],  mean=1, sd=1)    # add some data

第一名:使用 seas 包并将季节添加到您的时间序列中，该时间序列必须格式化为 data.frame。

library(seas)
# add moth/seasons
ts.pdsi$month  <- mkseas(ts.pdsi,"mon")   # add months
ts.pdsi$seas <- mkseas(ts.pdsi,"DJF")     # add seasons
ts.pdsi$seasyear <- paste(format(ts.pdsi[,1],"%Y"), 
                          ts.pdsi$seas ,sep="")   # add seasyears, e.g. 1950DJF

这给

> head(ts.pdsi)
    date      scPDSI month seas seasyear
1 1901-01-01 -0.10881074   Jan  DJF  1901DJF
2 1901-02-01 -0.22287750   Feb  DJF  1901DJF
3 1901-03-01 -0.12233192   Mär  MAM  1901MAM
4 1901-04-01 -0.04440915   Apr  MAM  1901MAM
5 1901-05-01 -0.36334082   Mai  MAM  1901MAM
6 1901-06-01 -0.52079030   Jun  JJA  1901JJA

第二名:然后，您可以按照上述方法使用 $seasyear 列计算季节性平均值

> MEAN <- tapply(pdsi$scPDSI, ts.pdsi$seasyear, mean, na.rm = T)
> head(MEAN)
1901DJF     1901JJA     1901MAM     1901SON     1902DJF     1902JJA 
-0.45451556 -0.72922229 -0.17669396 -1.12095590 -0.86523850 -0.04031273 

注意: Spring (MAM) 和夏季 (JJA) 由于严格按字母排序而切换。

第三名:切换回来

foo <- MEAN
for(i in 1:length(MEAN)) {
    if (mod (i,4) == 2) {
        foo[i+1] <- foo[i]    #switch 2nd 3rd row (JJA <-> MAM)
        foo[i] <- MEAN[i+1]
    }
}
# and generate new names for the array
d <- data.frame(date=seq(from=as.Date("1901-01-01"), to=as.Date("2009-12-31"), by="+3 month"))
d$seas <- mkseas(d,"DJF") 
d$seasyear <- paste(format(d[,1],"%Y"), d$seas ,sep="")
names(foo)<-d$seasyear  # add right order colnames
MEAN <-foo

最后，这会产生季节性均值的时间序列。好吧，我觉得它太复杂了，我想周围有更简单的解决方案。

此外，该解决方案还存在冬季 DJF 的一个重大问题:到目前为止，还没有从前一年中选择 12 月。这很容易修复(我猜)，但使给定的方式更加复杂。

我真的希望周围有更好的想法!

Answer 1

我这是你想要的？

# # create some data: daily values for three years
df <- data.frame(date = seq(from = as.Date("2007-01-01"),
                            to = as.Date("2009-12-31"),
                            by = "day"))
df$vals <- rnorm(nrow(df))

# add year
df$year <- format(df$date, "%Y")

# add season
df$seas <- mkseas(x = df, width = "DJF")

# calculate mean per season within each year
df2 <- aggregate(vals ~ seas + year, data = df, mean)

df2
#    seas year         vals
# 1   DJF 2007 -0.048407610
# 2   MAM 2007  0.086996842
# 3   JJA 2007  0.013864555
# 4   SON 2007 -0.081323367
# 5   DJF 2008  0.170887946
# 6   MAM 2008  0.147830260
# 7   JJA 2008  0.003008866
# 8   SON 2008 -0.057974215
# 9   DJF 2009 -0.043437437
# 10  MAM 2009 -0.048345979
# 11  JJA 2009  0.023860506
# 12  SON 2009 -0.060076870

因为 mkseas将日期转换为具有所需顺序级别的季节性因素，在年份和季节聚合后顺序也是正确的。