彭 芳,王君軍

(1.貴州省氣象臺(tái),貴州 貴陽(yáng) 550002;2.貴州省遵義市氣象局,貴州 遵義 563000)

貴州夏季最高氣溫變率的時(shí)空分布特征

彭 芳1,王君軍2

(1.貴州省氣象臺(tái),貴州 貴陽(yáng) 550002;2.貴州省遵義市氣象局,貴州 遵義 563000)

選取貴州 19個(gè)代表站點(diǎn) 47a夏季日最高氣溫月平均及季平均資料,采用 EOF分解方法對(duì)貴州夏季最高氣溫的變化進(jìn)行分析,結(jié)果表明:前兩個(gè)模態(tài)的累積方差貢獻(xiàn)在 82%～89.7%,特征值對(duì)應(yīng)特征向量和時(shí)間系數(shù)能夠較好地反映時(shí)空分布特征,第一特征向量代表的空間分布顯示:全省變化趨勢(shì)一致,東北部變化較西南部大,北部、東北部變率變化較南部西南部大;相應(yīng)地時(shí)間系數(shù)變化幅度大,都有 2～4a的周期振蕩;從第二特征向量代表的空間分布可知:各時(shí)段呈現(xiàn)出不一樣的變化趨勢(shì),時(shí)間系數(shù)的值也普遍較第一特征向量小,突變不明顯。

貴州;最高氣溫變率;EOF;小波分析;特征向量

1 引言

貴州地形復(fù)雜,東西海拔高度相差較大,氣象要素存在顯著的地區(qū)差異。研究氣象要素的氣候變化特征對(duì)人們生活和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有一定的推動(dòng)作用,近年來(lái)對(duì)我省夏季溫度分布特征及氣候異常成因的研究取得不少成果。嚴(yán)小冬[1]等研究發(fā)現(xiàn)貴州夏季氣溫呈上升趨勢(shì),上升幅度不及全國(guó)同期,夏季上升幅度為 0.01℃/10a;王備[2]等指出貴州夏季平均氣溫雖然表現(xiàn)為弱的下降趨勢(shì),但部分站點(diǎn)的氣溫還是呈弱的上升態(tài)勢(shì)。在此基礎(chǔ)上,本文擬采用夏季日最高氣溫的氣候態(tài)月平均距平資料,分析夏季最高氣溫變率的時(shí)空分布特征,溫度變率的時(shí)空分布特征可以用來(lái)解釋 47a來(lái)的夏季日最高氣溫的變化情況,并可以為氣候預(yù)測(cè)提供一定的參考價(jià)值。

2 資料與方法

本文選取威寧、盤縣、桐梓、習(xí)水、畢節(jié)、遵義、湄潭、思南、銅仁、黔西、安順、貴陽(yáng)、凱里、三穗、興仁、望謨、羅甸、獨(dú)山、榕江共 19站 47a(1962—2008年 )夏季(6—8月)各月平均及季平均的最高氣溫為分析對(duì)象,對(duì)各站月平均日最高氣溫的氣候態(tài)距平值作經(jīng)驗(yàn)正交分解 (EOF分析),選取累積方差貢獻(xiàn)較大的前幾模態(tài)特征值對(duì)應(yīng)特征向量進(jìn)行分析,前幾模態(tài)特征向量的分布情況較大限度地體現(xiàn)了最高氣溫的空間分布情況,結(jié)合對(duì)應(yīng)的時(shí)間系數(shù),得到 47a來(lái)各站點(diǎn)的最高氣溫的變化情況;并且對(duì)時(shí)間系數(shù)進(jìn)行小波分析,得出各時(shí)段的周期變化情況。

3 結(jié)果分析

不同處理方式的數(shù)據(jù)經(jīng)過 EOF分解后的結(jié)果有不同的指示意義,其中距平場(chǎng)分解代表變率分布,特征向量穩(wěn)定。對(duì)各月及季的平均值作氣候態(tài)(選取 1971—2000年 30a平均)距平處理后采用EOF分解,根據(jù)累積方差大小,前兩模態(tài)的累積方差如表 1所示:均在 80%以上,8月的第一模態(tài)方差貢獻(xiàn)高達(dá) 84.7%,這表明前兩模態(tài)的特征可以較大限度的代表日最高氣溫月平均及夏季平均變率的時(shí)空特性。3.1 第一模態(tài)特征

表 1 第一、二模態(tài)對(duì)應(yīng)方差貢獻(xiàn)

特征向量的值表征的是分布類型,根據(jù)第一模態(tài)最大特征根對(duì)應(yīng)的特征向量,各月及季節(jié)的最高氣溫變率空間分布情況如圖 1所示,6月、8月呈南北向、自北向南變率遞減的梯度分布,而 7月呈東北西南向分布,與季平均的分布類似。它們所具有的共同特點(diǎn)是:體現(xiàn)貴州省 47a來(lái)的最高氣溫變率的第一模態(tài)的空間分布特征,即北部、東北部高于南部、西南部,變率大值位于東北銅仁地區(qū),低值位于黔西南地區(qū)。

圖 1 最高氣溫第一模態(tài)對(duì)應(yīng)的空間分布

特征向量所對(duì)應(yīng)的時(shí)間系數(shù)代表了該區(qū)域特征向量所表征的分布型式的時(shí)間變化特征。時(shí)間系數(shù)絕對(duì)值越大,表征這一年的最高氣溫變率的分布型式越典型。圖 1中的值都為負(fù),表明各站點(diǎn)的溫度變化趨勢(shì)一致,即貴州夏季各月平均和季平均日最高溫度呈相同的變化趨勢(shì)。時(shí)間系數(shù)為負(fù),與特征向量的值乘積為正,即當(dāng)年的最高氣溫普遍高于氣候態(tài)平均,值越大最高氣溫越高;若時(shí)間系數(shù)為正,則呈相反的分布類型。第一特征向量的時(shí)間系數(shù)如圖 2所示:東北、北部高于西南、南部;6、7、8月對(duì)應(yīng)時(shí)間系數(shù)正的最大值在1980前后,1970年以前 6月的時(shí)間系數(shù)都比較大,7月是在 20世紀(jì)末的 10a值較大,而 8月在 1980年左右及1974年都有極大值;從負(fù)值的分布來(lái)看,1990年左右出現(xiàn) 6月、8月的最大負(fù)值,而 7月的最大負(fù)值出現(xiàn)在1978年,各月負(fù)值的分布密度均不及正值,但起伏較大;就夏季而言,出現(xiàn)正負(fù)值的年份比例為 27:20,但負(fù)值的極大值明顯比正值的多,且負(fù)值絕對(duì)值最大值高于正值。由圖還可以粗略的看出變率的突變情況,在正負(fù)值交界的地方為突變點(diǎn),圖 2表明各月最大突變基本都在 1980年左右,而夏季在 1970—1980期間突變明顯,表明此期間溫度的年代際變化明顯。對(duì)比季節(jié),3個(gè)月各月在夏季中占的權(quán)重基本上一樣。

圖 2 最高氣溫 (1962—2008)第一模態(tài)對(duì)應(yīng)的時(shí)間系數(shù),a、b、c、d分別代表 6月、7月、8月和夏季對(duì)應(yīng)時(shí)段的時(shí)間系數(shù)

時(shí)間系數(shù)的變化體現(xiàn)了對(duì)應(yīng)特征向量的時(shí)間變化特征,為詳細(xì)分析各時(shí)間段的變化情況,將時(shí)間系數(shù)進(jìn)行小波展開。小波分析可以分析出某一時(shí)段里的周期變化情況,圖 3分別為 6月、7月、8月及夏季的小波系數(shù)展開,可以看出:20世紀(jì) 80年代以前都有 2～4a的周期變化,80年代以后夏季的周期不明顯。就整個(gè)時(shí)間變化范圍內(nèi)來(lái)看,6月都有 2～4a的周期,而在 90年代以前有 8a左右的次周期;7月的背景周期約為 25a,分 3個(gè)階段,80年代前以 2～4a為主,其中還有 6a左右的不明顯振蕩周期,1980—2000年期間主要振蕩周期為 6a左右,2000年以后振蕩不明顯;8月的周期最明顯,有 30a左右的背景周期,次周期從 2～3a緩慢增加至 7a左右,而且整個(gè)時(shí)間范圍內(nèi)都有 2～3a的小周期;夏季的振蕩最不明顯,除 1980年以前有 2～4a的弱的振蕩周期外,其余都無(wú)明顯的周期變化。

圖 3 最高氣溫 (1962—2008)第一模態(tài)對(duì)應(yīng)的時(shí)間系數(shù)小波分析,6月、7月、8月和夏季的小波系數(shù),縱坐標(biāo) (單位:a)

3.2 第二模態(tài)特征

第二模態(tài)的方差貢獻(xiàn)僅 6月 >10%,其余都在5%～10%之間,方差貢獻(xiàn)遠(yuǎn)不及第一模態(tài),但是兩模態(tài)的累積方差貢獻(xiàn)就都在 80%以上,兩模態(tài)一起就能更好的代表最高氣溫變率的時(shí)空分布特征。

第二模態(tài)夏季 3個(gè)月及夏季的分布情況各有不同 (圖 4),6月的分布顯示東北為正值區(qū),自東北—西南向?yàn)檎行牡截?fù)中心的轉(zhuǎn)變,特征向量元素值正負(fù)差別表示分布情況呈反相關(guān)變化;與 6月不同,7、8月的空間分布正值區(qū)到負(fù)值區(qū)為東南到西北的變化,7月負(fù)值大小較 8月大,等值線分布曲率較 8月大;而夏季正值區(qū)在東部,且值較小,中部有弱的負(fù)值區(qū),最強(qiáng)中心在西南部。正負(fù)值的分布,在空間上體現(xiàn)相反的分布類型,即正值表示最高氣溫變率呈增大趨勢(shì),負(fù)值表示呈減小的趨勢(shì)。

第二特征向量對(duì)應(yīng)月份的時(shí)間系數(shù)差異也比較明顯 (圖 5),6月的負(fù)值集中在 20世紀(jì) 80年代后半期到 20世紀(jì)末,21世紀(jì)的頭幾年以后基本為正值,值也相對(duì)較大;7月的負(fù)值集中在 2000年以后,正負(fù)大值均出現(xiàn)在 90年代以后;8月的負(fù)值不集中,大值的分布也不連續(xù);而夏季來(lái)看有較長(zhǎng)時(shí)間的正值區(qū) (1975—2000年),2000年以后全部為負(fù)值,且值相對(duì)都比較大,而正值相對(duì)來(lái)說(shuō)值較小。

4 結(jié)論

本文通過對(duì)貴州 19個(gè)代表站點(diǎn) 47a(1962—2008年)6、7、8月及夏季最高氣溫資料進(jìn)行 EOF及小波分析,初步得出:

①對(duì)應(yīng) 4個(gè)時(shí)段北部、東北部的高溫氣溫變率比南部、西南部大。

②第一、二模態(tài)的方差貢獻(xiàn) >80%,可以用這兩模態(tài)的特征向量和對(duì)應(yīng)的時(shí)間系數(shù)來(lái)表征 47a來(lái)這19個(gè)站點(diǎn)的最高氣溫距平的時(shí)空分布情況。

③第一模態(tài)的空間特征向量表征的空間分布類型得到,全省的變化趨勢(shì)一致,強(qiáng)中心在東北、北部,弱中心在西南、南部,強(qiáng)弱中心呈東北西南向,即為最高氣溫變率的分布類型。對(duì)時(shí)間系數(shù)的分析得出 80年代突變明顯,對(duì)應(yīng)時(shí)段都有 2～4a的周期變化特征,各時(shí)段還對(duì)應(yīng)有其他周期。

④第二模態(tài)的方差貢獻(xiàn)在 5%～12.4%之間,特征向量的分布 6月東北往西南呈相反的變化趨勢(shì),7月、8月東南西北的反向變化趨勢(shì),夏季東北和中部偏西變化趨勢(shì)相反,中部有弱的變化中心,最強(qiáng)中心在西南部。時(shí)間系數(shù)值普遍較第一模態(tài)小,突變不明顯。

[1] 嚴(yán)小冬,金建德,雷云 .貴州冬、夏季氣溫和降水對(duì)比分析[J].貴州氣象,2005,29(增刊).

[2] 王備,嚴(yán)小冬,古書鴻 .貴州夏季氣溫和降水變化特征分析[J].貴州氣象,2008,32(2).

[3] 吉廷艷,李玉柱,楊利群 .貴州氣溫、降水及濕度等氣象要素的空間分布特征[J].貴州氣象,2000,24(1).

[4] 魏鳳英 .現(xiàn)代氣候統(tǒng)計(jì)診斷與預(yù)測(cè) (第 2版)[M].北京:氣象出版社,2007.

[5] 黃嘉佑 .氣象統(tǒng)計(jì)分析與預(yù)報(bào)方法 (第三版)[M].北京:氣象出版社,2004.

P466

B

1003-6598(2010)06-0006-04

2010-04-01

彭芳 (1984-),男 (苗族),助工,主要從事短時(shí)臨近預(yù)報(bào)工作。