貴州夏季最高氣溫變率的時空分布特征

彭 芳,王君軍

(1.貴州省氣象臺,貴州 貴陽 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空分布特征

彭 芳1,王君軍2

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

選取貴州 19個代表站點 47a夏季日最高氣溫月平均及季平均資料,采用 EOF分解方法對貴州夏季最高氣溫的變化進行分析,結果表明:前兩個模態的累積方差貢獻在 82%～89.7%,特征值對應特征向量和時間系數能夠較好地反映時空分布特征,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;相應地時間系數變化幅度大,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:各時段呈現出不一樣的變化趨勢,時間系數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

貴州地形復雜,東西海拔高度相差較大,氣象要素存在顯著的地區差異。研究氣象要素的氣候變化特征對人們生活和經濟的發展有一定的推動作用,近年來對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。嚴小冬[1]等研究發現貴州夏季氣溫呈上升趨勢,上升幅度不及全國同期,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為弱的下降趨勢,但部分站點的氣溫還是呈弱的上升態勢。在此基礎上,本文擬采用夏季日最高氣溫的氣候態月平均距平資料,分析夏季最高氣溫變率的時空分布特征,溫度變率的時空分布特征可以用來解釋 47a來的夏季日最高氣溫的變化情況,并可以為氣候預測提供一定的參考價值。

2 資料與方法

本文選取威寧、盤縣、桐梓、習水、畢節、遵義、湄潭、思南、銅仁、黔西、安順、貴陽、凱里、三穗、興仁、望謨、羅甸、獨山、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象,對各站月平均日最高氣溫的氣候態距平值作經驗正交分解 (EOF分析),選取累積方差貢獻較大的前幾模態特征值對應特征向量進行分析,前幾模態特征向量的分布情況較大限度地體現了最高氣溫的空間分布情況,結合對應的時間系數,得到 47a來各站點的最高氣溫的變化情況;并且對時間系數進行小波分析,得出各時段的周期變化情況。

3 結果分析

不同處理方式的數據經過 EOF分解后的結果有不同的指示意義,其中距平場分解代表變率分布,特征向量穩定。對各月及季的平均值作氣候態(選取 1971—2000年 30a平均)距平處理后采用EOF分解,根據累積方差大小,前兩模態的累積方差如表 1所示:均在 80%以上,8月的第一模態方差貢獻高達 84.7%,這表明前兩模態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空特性。3.1 第一模態特征

表 1 第一、二模態對應方差貢獻

特征向量的值表征的是分布類型,根據第一模態最大特征根對應的特征向量,各月及季節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是:體現貴州省 47a來的最高氣溫變率的第一模態的空間分布特征,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,低值位于黔西南地區。

圖 1 最高氣溫第一模態對應的空間分布

特征向量所對應的時間系數代表了該區域特征向量所表征的分布型式的時間變化特征。時間系數絕對值越大,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,表明各站點的溫度變化趨勢一致,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。時間系數為負,與特征向量的值乘積為正,即當年的最高氣溫普遍高于氣候態平均,值越大最高氣溫越高;若時間系數為正,則呈相反的分布類型。第一特征向量的時間系數如圖 2所示:東北、北部高于西南、南部;6、7、8月對應時間系數正的最大值在1980前后,1970年以前 6月的時間系數都比較大,7月是在 20世紀末的 10a值較大,而 8月在 1980年左右及1974年都有極大值;從負值的分布來看,1990年左右出現 6月、8月的最大負值,而 7月的最大負值出現在1978年,各月負值的分布密度均不及正值,但起伏較大;就夏季而言,出現正負值的年份比例為 27:20,但負值的極大值明顯比正值的多,且負值絕對值最大值高于正值。由圖還可以粗略的看出變率的突變情況,在正負值交界的地方為突變點,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。對比季節,3個月各月在夏季中占的權重基本上一樣。

圖 2 最高氣溫 (1962—2008)第一模態對應的時間系數,a、b、c、d分別代表 6月、7月、8月和夏季對應時段的時間系數

時間系數的變化體現了對應特征向量的時間變化特征,為詳細分析各時間段的變化情況,將時間系數進行小波展開。小波分析可以分析出某一時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展開,可以看出:20世紀 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。就整個時間變化范圍內來看,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,而且整個時間范圍內都有 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,其余都無明顯的周期變化。

圖 3 最高氣溫 (1962—2008)第一模態對應的時間系數小波分析,6月、7月、8月和夏季的小波系數,縱坐標 (單位:a)

3.2 第二模態特征

第二模態的方差貢獻僅 6月 >10%,其余都在5%～10%之間,方差貢獻遠不及第一模態,但是兩模態的累積方差貢獻就都在 80%以上,兩模態一起就能更好的代表最高氣溫變率的時空分布特征。

第二模態夏季 3個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,自東北—西南向為正中心到負中心的轉變,特征向量元素值正負差別表示分布情況呈反相關變化;與 6月不同,7、8月的空間分布正值區到負值區為東南到西北的變化,7月負值大小較 8月大,等值線分布曲率較 8月大;而夏季正值區在東部,且值較小,中部有弱的負值區,最強中心在西南部。正負值的分布,在空間上體現相反的分布類型,即正值表示最高氣溫變率呈增大趨勢,負值表示呈減小的趨勢。

第二特征向量對應月份的時間系數差異也比較明顯 (圖 5),6月的負值集中在 20世紀 80年代后半期到 20世紀末,21世紀的頭幾年以后基本為正值,值也相對較大;7月的負值集中在 2000年以后,正負大值均出現在 90年代以后;8月的負值不集中,大值的分布也不連續;而夏季來看有較長時間的正值區 (1975—2000年),2000年以后全部為負值,且值相對都比較大,而正值相對來說值較小。

4 結論

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

①對應 4個時段北部、東北部的高溫氣溫變率比南部、西南部大。

②第一、二模態的方差貢獻 >80%,可以用這兩模態的特征向量和對應的時間系數來表征 47a來這19個站點的最高氣溫距平的時空分布情況。

③第一模態的空間特征向量表征的空間分布類型得到,全省的變化趨勢一致,強中心在東北、北部,弱中心在西南、南部,強弱中心呈東北西南向,即為最高氣溫變率的分布類型。對時間系數的分析得出 80年代突變明顯,對應時段都有 2～4a的周期變化特征,各時段還對應有其他周期。

④第二模態的方差貢獻在 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,7月、8月東南西北的反向變化趨勢,夏季東北和中部偏西變化趨勢相反,中部有弱的變化中心,最強中心在西南部。時間系數值普遍較第一模態小,突變不明顯。

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

[2] 王備,嚴小冬,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 .現代氣候統計診斷與預測 (第 2版)[M].北京:氣象出版社,2007.

[5] 黃嘉佑 .氣象統計分析與預報方法 (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,主要從事短時臨近預報工作。