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(hào):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(yàn)正交函數(shù)(EOF)分析方法分析了廣西汛期降水量主要?dú)夂蛱卣?并通過(guò)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(gè)和3個(gè)區(qū)域,并與傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)分區(qū)進(jìn)行比較。結(jié)果表明,客觀分區(qū)對(duì)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(hào):P458111文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(gè)區(qū)域的要素序列,但是廣西汛期的降水局地性較強(qiáng),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(duì)汛期的降水預(yù)測(cè)有重要意義。經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)(EmpiricalOrthogonalFunction,縮寫(xiě)為EOF)分析方法是目前應(yīng)用非常廣泛的一種氣象要素場(chǎng)分析方法,江劍民1采用旋轉(zhuǎn)EOF方法將我國(guó)夏季降水進(jìn)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(duì)廣西前汛期和后汛期降水距平百分率進(jìn)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(duì)廣西前汛期和后汛期降水進(jìn)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(gè)站點(diǎn)的降水距平百分率資料進(jìn)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(gè)主要特征向量的方差貢獻(xiàn),可以發(fā)現(xiàn),前6個(gè)主要特征向量的累計(jì)方差貢收稿日期:2000202212作者簡(jiǎn)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(cè)工作?；痦?xiàng)目:廣西區(qū)科技廳“九五”攻關(guān)項(xiàng)目,國(guó)家“九五”重中之重科技項(xiàng)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(xiàn)達(dá)到了7312%,可見(jiàn)EOF展開(kāi)后的前6個(gè)特征向量基本上可以表征廣西前汛期降水的主要特點(diǎn)。表1廣西前汛期降水前6個(gè)主要特征向量的方差貢獻(xiàn)特征向量方差貢獻(xiàn) %累計(jì)方差 %14517451721110561735106117441566125410701263107312特點(diǎn),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(diǎn)第一特征向量(圖1a)描述的是全區(qū)降水偏多(少)的特點(diǎn),該特征向量的方差貢獻(xiàn)是4517%,說(shuō)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(kāi)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(shì)EOF展開(kāi)后的特征向量表征其空間分布形式,少桂南多,1992年以來(lái)主要是桂北多桂南少。圖3是廣西前汛期降水EOF展開(kāi)第一特征向量的時(shí)間系數(shù)的Mann-Kendall檢驗(yàn)曲線。從圖中可以看出,第一特征向量的時(shí)間系數(shù)的Mann-Kendall檢驗(yàn)曲線c1(實(shí)線)和c2(虛線)的交點(diǎn)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(duì)多雨

9、期躍變?yōu)橐粋€(gè)相對(duì)少雨期。時(shí)間系數(shù)描述的是對(duì)應(yīng)的特征向量場(chǎng)隨時(shí)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(shí)間系數(shù)。圖2是廣西前汛期降水量EOF展開(kāi)后第一、第二特征向量對(duì)應(yīng)的時(shí)間系數(shù)圖。可以發(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(duì)少雨時(shí)期,1965-1981年是全區(qū)相對(duì)多雨時(shí)期,1982-1992年是相對(duì)少雨時(shí)期,1993年以來(lái)又是相對(duì)多雨時(shí)期。第二特征向量的時(shí)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(kāi)第一、第二特征向量的時(shí)間系數(shù)© 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 18廣西氣象21卷獻(xiàn)達(dá)到了7312%,可見(jiàn)EOF展開(kāi)后的前6個(gè)特征向量基本上可以表征廣西后汛期降水的主要特點(diǎn)。表2廣西后汛期降水前6個(gè)主要特征向量的方差貢獻(xiàn)特征向量121115561437106314431767115312701362177310方差貢獻(xiàn) %4419累計(jì)方差 %4419圖3第一特征向量的時(shí)間系數(shù)的Mann-Kendall檢驗(yàn)曲線311廣西

11、后汛期降水分布特點(diǎn)第一特征向量(圖5a)描述的是全區(qū)降水偏多(少)的特點(diǎn),4419%,說(shuō)(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(guò)對(duì)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(zhǔn)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(gè)主要特征向量的方差貢獻(xiàn),可以發(fā)現(xiàn),前6個(gè)主要特征向量的累計(jì)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(kāi)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(shì)圖6是廣西后汛期降水量EOF展開(kāi)后第一、第二特征向量對(duì)應(yīng)的時(shí)間系數(shù)圖?？梢园l(fā)現(xiàn),廣西后汛期的降水19621966年是全區(qū)降水偏少時(shí)期,19671979年是一個(gè)降水偏多偏少交替變化的時(shí)期,19811

13、992年又是一個(gè)降水相對(duì)少的時(shí)期。對(duì)© 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(lái)說(shuō),19631973年主要表現(xiàn)為北少南多的形勢(shì),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(gè)區(qū),或者是分為桂北、桂中和桂南三個(gè)區(qū),而沒(méi)有考慮氣象要素本身的氣候分布規(guī)律,這就存在一個(gè)這樣的分區(qū)是否具有較

14、好的客觀代表性問(wèn)題。本文將廣西前汛期和后汛期的降水量進(jìn)行EOF分析后,其前10個(gè)主要特征向量的累計(jì)方差貢獻(xiàn)分別達(dá)到了8115%和8118%,利用前10個(gè)特征向量作旋轉(zhuǎn)變換,得到10個(gè)旋轉(zhuǎn)主分量。按載荷絕對(duì)值>015的高載荷區(qū)基本布滿全區(qū)來(lái)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(gè)和3個(gè)區(qū)。圖8方法計(jì)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(kāi),與地理分區(qū)的桂東南和桂西南區(qū)域基本相同。將各個(gè)區(qū)域內(nèi)站點(diǎn)的降水量總和進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,以標(biāo)準(zhǔn)偏差值來(lái)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(jìn)行對(duì)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(shì),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(duì)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(hào)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(hào)是相反,說(shuō)明4區(qū)和5區(qū)的

16、降水趨勢(shì)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(kāi)第一、第二特征向量的時(shí)間系數(shù)圖用Mann-Kendall間系數(shù)進(jìn)行突變判別,雨期。圖7EOF展開(kāi)第一、第二特征向量的時(shí)間系數(shù)的最大熵譜分析曲線,可以發(fā)現(xiàn),第一時(shí)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(zhǔn)3a和準(zhǔn)10a的周期振蕩。第二時(shí)間系數(shù)具有312a的周期。圖7后汛期第一、第二時(shí)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(cè)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(shuō)明REOF1區(qū)的劃分是可行的。5小結(jié)通過(guò)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(gè)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(diǎn),最主要的分布是全區(qū)降水距平符號(hào)一致,其次是桂北和桂南距平符號(hào)相反的形勢(shì)。(2)廣西前汛期和后汛期的降水趨勢(shì)具有較明顯的階段性。前汛期降水由1982年以前的相對(duì)多雨期躍變?yōu)橐粋€(gè)相對(duì)少雨期;廣西后汛期的降水1979年以后進(jìn)入一個(gè)相對(duì)少雨期。(3)廣西前汛期降水EOF的第一特征向量存在準(zhǔn)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(zhǔn)3a和準(zhǔn)10a的周期振蕩,第二時(shí)間系數(shù)具有312a的周期。(4)通過(guò)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(gè)和3個(gè)區(qū)域,REOF分區(qū)可以較好地反