广西汛期降水气候特征分析及客观分区

1、第21卷增刊2000年6月广西气象Vol121SupJOURNALOFGUANGXIMETEOROLOGYJun12000文章编号:100125191(2000)增刊20016205广西汛期降水气候特征分析及客观分区黄永新(广西气候中心,广西南宁530022)摘要:应用经验正交函数(EOF)分析方法分析了广西汛期降水量主要气候特征,并通过旋转EOF,取其主要的旋转主分量高荷载区,将广西前汛期(46月)和后汛期(79月)的降水变化分别划分为5个和3个区域,并与传统的经验分区进行比较。结果表明,客观分区对广西前汛期和后汛期降水的气候分布有较好的表示。关键词:汛期降水;EOF;旋转EOF;分区中图分

2、类号:P458111文献标识码:ATheClimaticCharacteristicsPartitionOfPrecipInGuangxiYong2xinilimCenter,Nanning530022,China)Abstract:TcliaticcharacteristicsofprecipitationinfloodseasoninGuangxiareanalyzedbyusingEOF.Itisdividedinto5areainfore-flood-seasonand3areainback-flood-seasonbyusingREOF.Bycomparingwiththetradi

3、tionalexperientialpartition,itshowsthattheobjective.partitioncancharacterizetheclimatedistributionofprecipitationinfloodseasoninGuangxiwellKeywords:Precipitationinfloodseason;EOF;REOF;Partition引言广西前汛期(46月)降水丰沛,降水量为3461794718mm,约占全年降水量的2419%4914%,容易出现洪涝灾害,后汛期(79月)降水量32012103311mm,约占全年降水量的2110%5510%,主

4、要受热带气旋等热带系统影响,易出现风涝灾害。以往的研究和应用基本上是采用选取代表站,以代表站的要素序列代表某个区域的要素序列,但是广西汛期的降水局地性较强,选取代表站的做法并不能很好地反映区域的降水特征。影响广西前汛期和后汛期降水主要的天气系统不同,深入了解广西前汛期和后汛期降水的气候特征,对汛期的降水预测有重要意义。经验正交函数(EmpiricalOrthogonalFunction,缩写为EOF)分析方法是目前应用非常广泛的一种气象要素场分析方法,江剑民1采用旋转EOF方法将我国夏季降水进行了客观分区,取得较好的效果。本文将利用EOF分析方法对广西前汛期和后汛期降水距平百分率进行分析,了解

5、广西前汛期和后汛期降水的分布特征及变化规律,并采用旋转EOF对广西前汛期和后汛期降水进行客观分区。1资料本文选取1959-1996年共38a前汛期(46月)和后汛期(79月)广西76个站点的降水距平百分率资料进行分析。2前汛期降水主要特征广西前汛期降水距平百分率作EOF分析,表1是广西前汛期降水前6个主要特征向量的方差贡献,可以发现,前6个主要特征向量的累计方差贡收稿日期:2000202212作者简介:黄永新(19712),男,广西邕宁县人,工程师,硕士,现从事短期气候预测工作。基金项目:广西区科技厅“九五”攻关项目,国家“九五”重中之重科技项目(96-908-05-07-2)© 1

6、994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 增刊黄永新:广西汛期降水气候特征分析及客观分区17献达到了7312%,可见EOF展开后的前6个特征向量基本上可以表征广西前汛期降水的主要特点。表1广西前汛期降水前6个主要特征向量的方差贡献特征向量方差贡献 %累计方差 %14517451721110561735106117441566125410701263107312特点,偏多(少)的中心位于桂中。典型的全区降水偏多的年份是1959、1965、1968、1973、1978等年,典型

7、全区降水偏少的年份是1960、1963、1985、1988、1989、1991等年。第二特征向量(图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),分界线基本是沿着24°N纬线的。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广西前汛期降水分布特点第一特征向量(图1a)描述的是全区降水偏多(少)的特点,该特征向量的方差贡献是4517%,说明广西前汛期降水全区一致偏多或偏少是最主要的图1广西前汛期降水量EOF展开第一(

8、a)、第二(b)特征向量分布图第四特征向量描述了桂西与桂东距平相反的分布,即桂西多(少)桂东少(多);第五特征向量描述了桂东南和桂西北少(多),其余地区多(少)的分布形式;第六特征向量分布形式就比较复杂一些。212广西前汛期降水变化趋势EOF展开后的特征向量表征其空间分布形式,少桂南多,1992年以来主要是桂北多桂南少。图3是广西前汛期降水EOF展开第一特征向量的时间系数的Mann-Kendall检验曲线。从图中可以看出,第一特征向量的时间系数的Mann-Kendall检验曲线c1(实线)和c2(虚线)的交点位置是1982年,且在置信区间内,由此可以确定广西前汛期降水由1982年以前的相对多雨

9、期跃变为一个相对少雨期。时间系数描述的是对应的特征向量场随时间的变化。由于第一、第二特征向量是最主要的特征向量,以下我们主要讨论第一、第二特征向量的时间系数。图2是广西前汛期降水量EOF展开后第一、第二特征向量对应的时间系数图。可以发现,广西前汛期的降水具有较明显的阶段性,1964年以前是全区相对少雨时期,1965-1981年是全区相对多雨时期,1982-1992年是相对少雨时期,1993年以来又是相对多雨时期。第二特征向量的时间系数反映广西前汛期降水量1962年以前主要为桂北多桂南少,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、桂北图2广西前汛期降水量EOF展开第一、第二特征向量的时间系数© 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 18广西气象21卷献达到了7312%,可见EOF展开后的前6个特征向量基本上可以表征广西后汛期降水的主要特点。表2广西后汛期降水前6个主要特征向量的方差贡献特征向量121115561437106314431767115312701362177310方差贡献 %4419累计方差 %4419图3第一特征向量的时间系数的Mann-Kendall检验曲线311广西

11、后汛期降水分布特点第一特征向量(图5a)描述的是全区降水偏多(少)的特点,4419%,说(少)典型的全区降、1967、1968、1994等,1965、1966、1989、1992等年。第二特征向量(图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),分界线沿恭城象州天等一线。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东少(多)桂西多(少)的分布形式。典型的桂东少桂西多的年份是1986年,典型的桂东多桂西少的年份是1988年。图4前汛期第一通过对第一熵谱分析(图4),可以发现,第一特征向量存在明

12、显的准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广西后汛期降水距平百分率作EOF分析,表2是广西后汛期降水前6个主要特征向量的方差贡献,可以发现,前6个主要特征向量的累计方差贡第四特征向量描述了桂东南和桂西北少(多),其余地区多(少)的分布形式;第五、第六特征向量分布形式就比较复杂。图5广西后汛期降水量EOF展开第一(a)、第二(b)特征向量分布图312广西后汛期降水变化趋势图6是广西后汛期降水量EOF展开后第一、第二特征向量对应的时间系数图。可以发现,广西后汛期的降水19621966年是全区降水偏少时期,19671979年是一个降水偏多偏少交替变化的时期,19811

13、992年又是一个降水相对少的时期。对© 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 增刊黄永新:广西汛期降水气候特征分析及客观分区19第2特征向量来说,19631973年主要表现为北少南多的形势,19741983年主要是北多南少的分布,19841991年又转为北少南多,1992年以后主要是北多南少,后汛期降水的变化还是有较明显的阶段性特征的。西北和桂西南四个区,或者是分为桂北、桂中和桂南三个区,而没有考虑气象要素本身的气候分布规律,这就存在一个这样的分区是否具有较

14、好的客观代表性问题。本文将广西前汛期和后汛期的降水量进行EOF分析后,其前10个主要特征向量的累计方差贡献分别达到了8115%和8118%,利用前10个特征向量作旋转变换,得到10个旋转主分量。按载荷绝对值>015的高载荷区基本布满全区来考虑,选取主要特征向量将广西前汛期和后汛期降水分别划分为5个和3个区。图8方法计算得到的广。前汛期1,除桂、钦州和防城等;2区,但范围稍大,西边的边界基本沿着108°E;3区处于桂西南,比地理分区的桂西南范围要小,主要是包括左江流域、田东以及百色南部山区;4区基本上是右江上游地区;5区是红水河流域。后汛期REOF分区的1区基本上为地理分区的桂北

15、区,范围比桂北稍小,分界线沿恭城象州田东一线;2区和3区将南部地区沿武明钦州一线分开,与地理分区的桂东南和桂西南区域基本相同。将各个区域内站点的降水量总和进行标准化处理,以标准偏差值来表示该区域的降水指数。将两种分区的区域降水指数进行对比分析,发现REOF分区能较好反映区域内的降水趋势,在这里主要讨论分区中差别最大的区域。前汛期的REOF分区基本上将地理分区的桂西北分为4区和5区,那么这样的划分是否必要呢?图9是前汛期REOF4区、5区和桂西北的降水指数图,可以发现,对于一些较大或较小降水指数的年份,4区和5区的符号是一致的,但还是存在一些年份(17年)4区和5区的符号是相反,说明4区和5区的

16、降水趋势还是存在一定的差别,即将桂西北图6广西后汛期降水量EOF展开第一、第二特征向量的时间系数图用Mann-Kendall间系数进行突变判别,雨期。图7EOF展开第一、第二特征向量的时间系数的最大熵谱分析曲线,可以发现,第一时间系数具有219和915a的周期,即后汛期全区降水偏多(少)具有准3a和准10a的周期振荡。第二时间系数具有312a的周期。图7后汛期第一、第二时间系数的最大熵谱曲线4前汛期和后汛期降水客观分区目前广西短期气候预测采用的分区主要是沿10815°E和2410°N将广西分为桂东北、桂东南、桂分成4区和5区。© 1994-2006 China A

17、cademic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 20广西气象21卷A图8广西前汛期(A)和后汛期),说明REOF1区的划分是可行的。5小结通过以上的分析,可以得出以下的结论:(1)广西前汛期和后汛期降水EOF分析后的前6个主要的特征向量就可以描述降水的主要分布特图9前汛期REOF4区、5区和桂西北的降水指数图点,最主要的分布是全区降水距平符号一致,其次是桂北和桂南距平符号相反的形势。(2)广西前汛期和后汛期的降水趋势具有较明显的阶段性。前汛期降水由1982年以前的相对多雨期跃变为一个相对少雨期;广西后汛期的降水1979年以后进入一个相对少雨期。(3)广西前汛期降水EOF的第一特征向量存在准3a周期,第二特征向量存在2a和716a周期;后汛期降水EOF第一特征向量具有准3a和准10a的周期振荡,第二时间系数具有312a的周期。(4)通过REOF分析,可以客观地将广西前汛期和后汛期降水分别划分为5个和3个区域,REOF分区可以较好地反