新鄉市近幾十年降水特征的主成分分析

摘 要：自20世紀70年代以來，全球進入了一個氣候明顯變化的時期，降水特征也隨之發生改變。氣候變化直接影響農業生產，而農業占新鄉市總產業很大比重。該研究使用主成分分析法對新鄉市國家基本氣象站1971—2015年各月降水量進行分析，旨在揭示新鄉市降水的年度及月度分布規律，以及各月降水量對年降水量的影響程度。

關鍵詞：新鄉市；降水；主成分分析

中圖分類號：P426.6 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20161132189

引言

新鄉市地處北亞熱帶向暖溫帶過渡區，屬暖溫帶大陸性季風型氣候。由于受太行山脈走向和海拔高度的共同影響，各月降水量分布不均，一年內往往是先旱后澇，旱澇交替，對農業生產有較大影響。主成分分析法的中心思想是在保證原始信息損失最小化的前提下，把多個相關聯的原始指標轉化為用線性組合表示的少數幾個不相關綜合指標，從眾多因子中提取主要影響因子。本研究采用該方法對新鄉市國家基本氣象站近45a各月的降水量進行分析，該結果可以對認識新鄉市的降水特征提供幫助，對相關單位做決策和農業生產的合理安排提供理論基礎。

1 研究方法

人們在研究問題時，為了以全面的角度反映事物特征，防止遺漏重要信息，通常會考慮與其關聯的多個指標。但隨著引入指標的增多，造成信息大量重疊將難以避免。主成分分析法是通過對原變量的少數幾個線性組合，體現原始絕大多數信息的有效方法。該方法非常客觀，它不需要人為定義指標權重，而是根據各指標間的相互關系及各數據的變異來確定權重，因此有效避免了確定權重時的主觀性和隨意性[1]。

2 結果分析

方差分解主成分提取分析表（表1）給出了主成分分析的主要內容，包括由大至小排列的特征根、各主成分的方差貢獻率和累積方差貢獻率。特征根是表示主成分影響度大小的指標，通常以特征根大于1作為納入標準[2]。由表1可見，第1～5主成分的特征根為分別為2.045、1.720、1.520、1.394、1.155，且累積方差貢獻率已達65.280%，故提取5個主成分可以反映指標絕大多數的原始信息[3]。

用表2中各指標的初始因子載荷，除以表1中與之相對應的特征根開平方，可得主成分的表達式。

第1主成分

F1=0.088X1-0.095X2-0.473X3+0.314X4-0.390X5+0.331X6+0.278X7-0.286X8+0.287X9+0.370X10+0.128X11-0.068X12

第2主成分

F2=0.273X1+0.563X2+0.140X3+0.116X4+0.179X5+0.345X6-0.135X7-0.194X8-0.011X9-0.209X10+0.566X11-0.065X12

第3主成分

F3=-0.556X1+0.177X2-0.261X3+0.007X4+0.193X5-0.151X6-0.291X7+0.337X8+0.444X9+0.190X10+0.299X11-0.103X12

第4主成分

F4=0.137X1-0.257X2+0.143X3-0.216X4+0.025X5+0.331X6-0.478X7-0.030X8+0.141X9+0.320X10+0.056X11+0.618X12

第5主成

分F5=0.393X1+0.231X2-0.278X3-0.560X4-0.133X5-0.252X6+0.239X7+0.122X8+0.402X9-0.193X10+0.019X11+0.216X12

第1主成分中，X3、X5為系數較大的負數，X6、X9、X10為系數較大的正數，說明第1主成分反應了春季干旱、夏初雨水充沛、秋季多陰雨的情況。第2主成分中X2、X11系數偏大，表征冬季降雪較多。第3主成分X8、X9系數為較大的正數，X1為系數較大的負數，解釋了夏末及秋季雨水較多、冬季干旱的情況。第4主成分中，X7負系數較大，X12正系數較大，代表了7月降水偏少而冬季降水偏多。第5主成分中，X4的負系數偏大，代表了春旱較重的情況。將1971—2015年逐月降水量帶入5個主成分公式中，可得各年降水主成分分值。將分值匯總后發現，1971、1973、1977、1980、1983、1993、1994、2000、2003年第1主成分的分值明顯偏高，說明其春季干旱、夏初雨水充沛、秋季多陰雨。1990、1993年第2主成分分值偏高，表征其冬季降雪較多；而1996、2010年分值負方向偏強，說明冬季降雪偏少。1974、1985、2011年第3主成分分值偏高，因此夏末及秋季多雨而冬季干旱。1976、1977、2000、2008、2013年第4主成分分值負方向明顯偏強，說明了7月降水較多而冬季降雪較少的情況。第5主成分中，2000年分值偏高，說明其春旱嚴重，而1993年負方向偏高，說明春季雨水充沛。

3 小結

本文用主成分分析法對新鄉市1971—2015年逐月降水量進行了分析，將近45a降水特征分別歸納為春季干旱、夏初雨水充沛、秋季多陰雨；冬季降雪較多；夏末及秋季雨水較多、冬季干旱；7月降水偏少而冬季降水偏多；春旱較重共5種類型。該研究可以較好的揭示新鄉市降水的年度及月度分布規律，以及各月降水量對年降水量的影響程度，對認識新鄉市的降水特征提供幫助。

參考文獻

[1]童其慧.主成分分析方法在指標綜合評價中的應用[J].北京理工大學學報（社會科學版），2002，4（1）：59-61.

[2]張紅衛，申雙和，陳懷亮.冬季溫度的主成分分析[J].安徽農業科學，2008，36（25）：10725-10728.

[3]何亮.主成分分析在SPSS中的應用[J].山西農業大學學報，

2007，6（5）：20-22.

作者簡介：田曉璐（1988-），女，河南新鄉人。