廣西汛期降水氣候特征分析及客觀分區(qū)

1、第21卷增刊2000年6月廣西氣象Vol121SupJOURNALOFGUANGXIMETEOROLOGYJun12000文章編號:100125191(2000)增刊20016205廣西汛期降水氣候特征分析及客觀分區(qū)黃永新(廣西氣候中心,廣西南寧530022)摘要:應(yīng)用經(jīng)驗正交函數(shù)(EOF)分析方法分析了廣西汛期降水量主要氣候特征,并通過旋轉(zhuǎn)EOF,取其主要的旋轉(zhuǎn)主分量高荷載區(qū),將廣西前汛期(46月)和后汛期(79月)的降水變化分別劃分為5個和3個區(qū)域,并與傳統(tǒng)的經(jīng)驗分區(qū)進行比較。結(jié)果表明,客觀分區(qū)對廣西前汛期和后汛期降水的氣候分布有較好的表示。關(guān)鍵詞:汛期降水;EOF;旋轉(zhuǎn)EOF;分區(qū)中圖分

2、類號:P458111文獻標識碼:ATheClimaticCharacteristicsPartitionOfPrecipInGuangxiYong2xinilimCenter,Nanning530022,China)Abstract:TcliaticcharacteristicsofprecipitationinfloodseasoninGuangxiareanalyzedbyusingEOF.Itisdividedinto5areainfore-flood-seasonand3areainback-flood-seasonbyusingREOF.Bycomparingwiththetradi

3、tionalexperientialpartition,itshowsthattheobjective.partitioncancharacterizetheclimatedistributionofprecipitationinfloodseasoninGuangxiwellKeywords:Precipitationinfloodseason;EOF;REOF;Partition引言廣西前汛期(46月)降水豐沛,降水量為3461794718mm,約占全年降水量的2419%4914%,容易出現(xiàn)洪澇災(zāi)害,后汛期(79月)降水量32012103311mm,約占全年降水量的2110%5510%,主

4、要受熱帶氣旋等熱帶系統(tǒng)影響,易出現(xiàn)風(fēng)澇災(zāi)害。以往的研究和應(yīng)用基本上是采用選取代表站,以代表站的要素序列代表某個區(qū)域的要素序列,但是廣西汛期的降水局地性較強,選取代表站的做法并不能很好地反映區(qū)域的降水特征。影響廣西前汛期和后汛期降水主要的天氣系統(tǒng)不同,深入了解廣西前汛期和后汛期降水的氣候特征,對汛期的降水預(yù)測有重要意義。經(jīng)驗正交函數(shù)(EmpiricalOrthogonalFunction,縮寫為EOF)分析方法是目前應(yīng)用非常廣泛的一種氣象要素場分析方法,江劍民1采用旋轉(zhuǎn)EOF方法將我國夏季降水進行了客觀分區(qū),取得較好的效果。本文將利用EOF分析方法對廣西前汛期和后汛期降水距平百分率進行分析,了解

5、廣西前汛期和后汛期降水的分布特征及變化規(guī)律,并采用旋轉(zhuǎn)EOF對廣西前汛期和后汛期降水進行客觀分區(qū)。1資料本文選取1959-1996年共38a前汛期(46月)和后汛期(79月)廣西76個站點的降水距平百分率資料進行分析。2前汛期降水主要特征廣西前汛期降水距平百分率作EOF分析,表1是廣西前汛期降水前6個主要特征向量的方差貢獻,可以發(fā)現(xiàn),前6個主要特征向量的累計方差貢收稿日期:2000202212作者簡介:黃永新(19712),男,廣西邕寧縣人,工程師,碩士,現(xiàn)從事短期氣候預(yù)測工作。基金項目:廣西區(qū)科技廳“九五”攻關(guān)項目,國家“九五”重中之重科技項目(96-908-05-07-2)© 1

6、994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 增刊黃永新:廣西汛期降水氣候特征分析及客觀分區(qū)17獻達到了7312%,可見EOF展開后的前6個特征向量基本上可以表征廣西前汛期降水的主要特點。表1廣西前汛期降水前6個主要特征向量的方差貢獻特征向量方差貢獻 %累計方差 %14517451721110561735106117441566125410701263107312特點,偏多(少)的中心位于桂中。典型的全區(qū)降水偏多的年份是1959、1965、1968、1973、1978等年,典型

7、全區(qū)降水偏少的年份是1960、1963、1985、1988、1989、1991等年。第二特征向量(圖1b)描述的是桂北桂南相反的距平分布,即桂北少(多)桂南多(少),分界線基本是沿著24°N緯線的。典型的桂北偏少桂南偏多的年份是1986年,典型的桂北偏多桂南偏少的年份是1977、1983、1994年。第三特征向量表征桂北、桂南少(多)桂中多(少)的分布。1969年,1984、1975年。211廣西前汛期降水分布特點第一特征向量(圖1a)描述的是全區(qū)降水偏多(少)的特點,該特征向量的方差貢獻是4517%,說明廣西前汛期降水全區(qū)一致偏多或偏少是最主要的圖1廣西前汛期降水量EOF展開第一(

8、a)、第二(b)特征向量分布圖第四特征向量描述了桂西與桂東距平相反的分布,即桂西多(少)桂東少(多);第五特征向量描述了桂東南和桂西北少(多),其余地區(qū)多(少)的分布形式;第六特征向量分布形式就比較復(fù)雜一些。212廣西前汛期降水變化趨勢EOF展開后的特征向量表征其空間分布形式,少桂南多,1992年以來主要是桂北多桂南少。圖3是廣西前汛期降水EOF展開第一特征向量的時間系數(shù)的Mann-Kendall檢驗曲線。從圖中可以看出,第一特征向量的時間系數(shù)的Mann-Kendall檢驗曲線c1(實線)和c2(虛線)的交點位置是1982年,且在置信區(qū)間內(nèi),由此可以確定廣西前汛期降水由1982年以前的相對多雨

9、期躍變?yōu)橐粋€相對少雨期。時間系數(shù)描述的是對應(yīng)的特征向量場隨時間的變化。由于第一、第二特征向量是最主要的特征向量,以下我們主要討論第一、第二特征向量的時間系數(shù)。圖2是廣西前汛期降水量EOF展開后第一、第二特征向量對應(yīng)的時間系數(shù)圖?？梢园l(fā)現(xiàn),廣西前汛期的降水具有較明顯的階段性,1964年以前是全區(qū)相對少雨時期,1965-1981年是全區(qū)相對多雨時期,1982-1992年是相對少雨時期,1993年以來又是相對多雨時期。第二特征向量的時間系數(shù)反映廣西前汛期降水量1962年以前主要為桂北多桂南少,1963-1973年主要是桂北少桂南多,1974-1983年又主要是桂北多桂南少,1984-1991年主要是

10、桂北圖2廣西前汛期降水量EOF展開第一、第二特征向量的時間系數(shù)© 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 18廣西氣象21卷獻達到了7312%,可見EOF展開后的前6個特征向量基本上可以表征廣西后汛期降水的主要特點。表2廣西后汛期降水前6個主要特征向量的方差貢獻特征向量121115561437106314431767115312701362177310方差貢獻 %4419累計方差 %4419圖3第一特征向量的時間系數(shù)的Mann-Kendall檢驗曲線311廣西

11、后汛期降水分布特點第一特征向量(圖5a)描述的是全區(qū)降水偏多(少)的特點,4419%,說(少)典型的全區(qū)降、1967、1968、1994等,1965、1966、1989、1992等年。第二特征向量(圖5b)描述的是桂北桂南相反的距平分布形式,即桂北少(多)桂南多(少),分界線沿恭城象州天等一線。典型的桂北偏少桂南偏多的年份是1981、1985年,典型的桂北偏多桂南偏少的年份是1980、1993年。第三特征向量表征了桂東少(多)桂西多(少)的分布形式。典型的桂東少桂西多的年份是1986年,典型的桂東多桂西少的年份是1988年。圖4前汛期第一通過對第一熵譜分析(圖4),可以發(fā)現(xiàn),第一特征向量存在明

12、顯的準3a周期,而第二特征向量存在2a和716a周期。3后汛期降水主要特征廣西后汛期降水距平百分率作EOF分析,表2是廣西后汛期降水前6個主要特征向量的方差貢獻,可以發(fā)現(xiàn),前6個主要特征向量的累計方差貢第四特征向量描述了桂東南和桂西北少(多),其余地區(qū)多(少)的分布形式;第五、第六特征向量分布形式就比較復(fù)雜。圖5廣西后汛期降水量EOF展開第一(a)、第二(b)特征向量分布圖312廣西后汛期降水變化趨勢圖6是廣西后汛期降水量EOF展開后第一、第二特征向量對應(yīng)的時間系數(shù)圖。可以發(fā)現(xiàn),廣西后汛期的降水19621966年是全區(qū)降水偏少時期,19671979年是一個降水偏多偏少交替變化的時期,19811

13、992年又是一個降水相對少的時期。對© 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 增刊黃永新:廣西汛期降水氣候特征分析及客觀分區(qū)19第2特征向量來說,19631973年主要表現(xiàn)為北少南多的形勢,19741983年主要是北多南少的分布,19841991年又轉(zhuǎn)為北少南多,1992年以后主要是北多南少,后汛期降水的變化還是有較明顯的階段性特征的。西北和桂西南四個區(qū),或者是分為桂北、桂中和桂南三個區(qū),而沒有考慮氣象要素本身的氣候分布規(guī)律,這就存在一個這樣的分區(qū)是否具有較

14、好的客觀代表性問題。本文將廣西前汛期和后汛期的降水量進行EOF分析后,其前10個主要特征向量的累計方差貢獻分別達到了8115%和8118%,利用前10個特征向量作旋轉(zhuǎn)變換,得到10個旋轉(zhuǎn)主分量。按載荷絕對值>015的高載荷區(qū)基本布滿全區(qū)來考慮,選取主要特征向量將廣西前汛期和后汛期降水分別劃分為5個和3個區(qū)。圖8方法計算得到的廣。前汛期1,除桂、欽州和防城等;2區(qū),但范圍稍大,西邊的邊界基本沿著108°E;3區(qū)處于桂西南,比地理分區(qū)的桂西南范圍要小,主要是包括左江流域、田東以及百色南部山區(qū);4區(qū)基本上是右江上游地區(qū);5區(qū)是紅水河流域。后汛期REOF分區(qū)的1區(qū)基本上為地理分區(qū)的桂北

15、區(qū),范圍比桂北稍小,分界線沿恭城象州田東一線;2區(qū)和3區(qū)將南部地區(qū)沿武明欽州一線分開,與地理分區(qū)的桂東南和桂西南區(qū)域基本相同。將各個區(qū)域內(nèi)站點的降水量總和進行標準化處理,以標準偏差值來表示該區(qū)域的降水指數(shù)。將兩種分區(qū)的區(qū)域降水指數(shù)進行對比分析,發(fā)現(xiàn)REOF分區(qū)能較好反映區(qū)域內(nèi)的降水趨勢,在這里主要討論分區(qū)中差別最大的區(qū)域。前汛期的REOF分區(qū)基本上將地理分區(qū)的桂西北分為4區(qū)和5區(qū),那么這樣的劃分是否必要呢?圖9是前汛期REOF4區(qū)、5區(qū)和桂西北的降水指數(shù)圖,可以發(fā)現(xiàn),對于一些較大或較小降水指數(shù)的年份,4區(qū)和5區(qū)的符號是一致的,但還是存在一些年份(17年)4區(qū)和5區(qū)的符號是相反,說明4區(qū)和5區(qū)的

16、降水趨勢還是存在一定的差別,即將桂西北圖6廣西后汛期降水量EOF展開第一、第二特征向量的時間系數(shù)圖用Mann-Kendall間系數(shù)進行突變判別,雨期。圖7EOF展開第一、第二特征向量的時間系數(shù)的最大熵譜分析曲線,可以發(fā)現(xiàn),第一時間系數(shù)具有219和915a的周期,即后汛期全區(qū)降水偏多(少)具有準3a和準10a的周期振蕩。第二時間系數(shù)具有312a的周期。圖7后汛期第一、第二時間系數(shù)的最大熵譜曲線4前汛期和后汛期降水客觀分區(qū)目前廣西短期氣候預(yù)測采用的分區(qū)主要是沿10815°E和2410°N將廣西分為桂東北、桂東南、桂分成4區(qū)和5區(qū)。© 1994-2006 China A

17、cademic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 20廣西氣象21卷A圖8廣西前汛期(A)和后汛期),說明REOF1區(qū)的劃分是可行的。5小結(jié)通過以上的分析,可以得出以下的結(jié)論:(1)廣西前汛期和后汛期降水EOF分析后的前6個主要的特征向量就可以描述降水的主要分布特圖9前汛期REOF4區(qū)、5區(qū)和桂西北的降水指數(shù)圖點,最主要的分布是全區(qū)降水距平符號一致,其次是桂北和桂南距平符號相反的形勢。(2)廣西前汛期和后汛期的降水趨勢具有較明顯的階段性。前汛期降水由1982年以前的相對多雨期躍變?yōu)橐粋€相對少雨期;廣西后汛期的降水1979年以后進入一個相對少雨期。(3)廣西前汛期降水EOF的第一特征向量存在準3a周期,第二特征向量存在2a和716a周期;后汛期降水EOF第一特征向量具有準3a和準10a的周期振蕩,第二時間系數(shù)具有312a的周期。(4)通過REOF分析,可以客觀地將廣西前汛期和后汛期降水分別劃分為5個和3個區(qū)域,REOF分區(qū)可以較好地反