年降水異常的空間特征及時間變化規律

0西北區降水特征中國西北部地勢較寬，屬于干旱和半干旱氣候。年降水量分布不均，雨季短，降水集中。為了找到降水預測的指標，提高預測能力，對華北地區的降水特征進行分析是非常必要的。這也是當前氣候研究的重要組成部分。目前，中國北方夏季降水的特點已被分析為分析的結果。在這項工作中，我們分析并研究了中國北方年降水量的空間結構和變化規律。這工作對短期氣候預測非常重要。1時間序列分析資料選用中國西北五省(區)90個測站1960～1990年歷年月降水量.為了消除地理位置及年際變化的影響,對每個月的資料進行標準化處理.用主成分分析(EOF)方法,得到空間載荷向量(VL)陣及主成分(CP)陣,在此基礎上,采用Horel使用的方差最大正交旋轉法,進行旋轉主成分分析(REOF),得到旋轉載荷向量(VRL)和對應的旋轉主成分(VRP).用二階主值函數Y(t)表示時間序列的變化趨勢,即Y(t)=c0+c1t+c2t2,式中t表示年份序號,c0,c1,c2為系數,由最小二乘法求得.用功率譜對各區代表站降水序列進行周期分析.2西北年降水量特征與異常分析2.1降水量場的南北差異對西北五省(區)90個站降水量用主成分和旋轉主成分分析,其載荷向量VL和旋轉載荷向量VRL能夠較好地反映降水量的空間異常特征.前3個載荷向量的空間分布情況如圖1所示,其方差貢獻分別為21.10%,7.55%,6.50%.第一載荷向量場(VL1)(圖1a)除北疆有小范圍微弱的負值外,西北大部分地區呈同一符號的正值,載荷量大值區域在高原東部陜、甘、寧、青交界區,最大中心載荷量為+0.78,表明西北區區域降水受大尺度氣候異常的影響,表現為全區一致的多雨或少雨;第二載荷向量(VL2)(圖1b)揭示了西北地區降水量場的南北差異,即南多(少)北少(多)的特點;第三載荷向量(VL3)(圖1c)揭示了降水量場東西相反的變化趨勢.為進一步說明西北地區各地域的氣候特點,本文在以上主成分分析的基礎上,取前10個載荷向量(其累積方差貢獻率達56.06%)及對應的主成分參加旋轉.由前7個旋轉載荷向量得到年降水量空間異常氣候區(圖2).第I區——高原東側區,旋轉載荷向量VRL1的大值區在青藏高原東部的青海、甘肅、寧夏交界區,中心值達-0.81,代表站為甘肅的定西.第Ⅱ區——西北東部區,VRL2的大值區在陜西、甘肅東部,中心值達+0.85,代表站為陜西的洛川.第Ⅲ區——青海南部區,VRL3的大值區在青海南部和甘肅南部,中心值達+0.79,代表站為青海的吉邁.第Ⅳ區——北疆區,VRL4的大值區在北疆地區,中心值達-0.81,代表站為新疆的烏蘇.第Ⅴ區——南疆區,VRL5的大值區在南疆喀什,其值為+0.78.第Ⅵ區——青海東部區,VRL6的大值中心為+0.74,代表站為青海的門源.第Ⅶ區——河西走廊區,VRL7的大值中心為+0.77,代表站為甘肅的酒泉.第Ⅷ區——沙漠盆地區,范圍包括塔克拉馬干沙漠和柴達木盆地.以上降水異常區域的劃分與西北區氣候背景基本吻合,這對于做好西北區降水異常的氣候預測具有較好的指導意義.2.2降水的周期特性對西北區年降水經REOF分解后的CRP反映了所對應的VRL空間異常型的時間變化.由于VRL的高值表示出CRP與該站原降水序列的相關性,故取每個異常區VRL的高值代表站分析其時間演變趨勢.圖3給出前7個主要異常區代表站年降水量的標準化序列及其二階主值函數趨勢.可以看出,自60年代以來近30年,西北區降水在70年代后期至80年代初,有一個比較明顯的轉折,這種轉折大致可以分為兩類.一類降水趨勢減少,如高原東部區的代表站定西、西北東部區的代表站洛川,降水趨勢由多到少,青海南部區的代表站吉邁的降水則經歷了兩次變化,即60年代至70年代前期由少到多,70年代后期至90年代初由多到少;另一類降水趨勢則由少到多,如青海東部區的代表站門源、河西走廊區的代表站酒泉,降水呈增多的趨勢,南疆區的代表站喀什增多的趨勢不是太明顯,北疆區的代表站烏蘇在近30年降水趨勢也經歷了兩次變化,即60年代初至70年代前期由多到少,70年代后期至90年代初由少到多.從總的降水演變趨勢來看,70年代中后期至80年代初是近30年來一個較明顯的轉折期.就地域分布來看,西北區東部的降水呈由多到少的變化趨勢,而西北區西部的降水呈由少到多的變化趨勢,這種現象延續到90年代初.3降水的周期分析西北區已有多人用1951～1980年的資料計算證明,準3年周期是西北地區降水量最主要的周期,但從80年代以后這種周期變化似乎不存在了.本文利用1961～1990年的資料,按旋轉載荷量值的大小,選取各區代表站進行周期分析.附表給出年降水量場經REOF分解后7個區代表站的功率譜分析結果.由此看出,以定西站為代表的高原東側區的降水仍然存在著準3年周期,以喀什站為代表的南疆區存在著準7年的周期變化,而其它區域代表站降水的周期性在近30年已不明顯了.4降水特征區域降水時長特征a西北地區年降水量的第一載荷向量為全區一致的多雨或少雨型,這是西北地區的主要氣候特.b西北區降水異常區域大致可劃分為8個區.c西北區降水在70年代