1956—2015年我國春季氣溫時空變化特征分析

陳震　王冠　王丹

摘要 利用EOF方法對我國春季氣溫進行分析，結果表明，春季氣溫有4種典型分布，分別為“南北型”“東西型”“全國一致型”“區(qū)域型”，方差貢獻率分別為43.1%、10.8%、9.7%、6.3%?！澳媳毙汀狈植继卣鳛闅鉁赜杀钡湍细咿D變?yōu)楸备吣系?；“東西型”分布特征表現(xiàn)為以2年為周期，從西至東氣溫的偏高與偏低交替出現(xiàn)；“全國一致型”分布特點為全國春季氣溫同步升高或降低且經(jīng)歷了2次突變；“區(qū)域型”主要體現(xiàn)在我國西部地區(qū)，西部春季氣溫南北反相振蕩。

關鍵詞 春季氣溫；時空分布；變化特征；經(jīng)驗正交函數(shù)分解；中國；1956—2015年

中圖分類號 P423 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）15-0207-02

Abstract Using empirical orthogonal function，the spring temperature in China was analyzed. Results showed that there were 4 distribution types in China，such as ′North-South′ type，′East-West′ type，′National Consensus′ type，′Regional′ type，and the change contribution rates were 43.1%，10.8%，9.7%，6.3%，respectively. The temperature distribution characteristics of ′North-South′ type was that low in the north and high in the south firstly，then reversed. In ′East-West′ type，there was a cycle of 2 years，the high and low temperature alternated from west to east. In ′National Consensus′ type，the temperature rose or dropped at the same time，and changed suddenly 2 times. In ′Regional′ type，the most obvious change was in the west，the temperature of the south and north reversing changed.

Key words spring temperature；spatial and temporal distribution；change characteristics；EOF；China；1956-2015

全球海平面上升，溫室效應逐年顯著，氣候變化越來越受到人們的重視[1-2]。李強[3]分析了陜北地區(qū)氣溫變化，他指出近48年年平均氣溫發(fā)生了1次突變，時間大致在1994年。突變過后氣溫上升了0.9 ℃。馬驍穎等[4]分析了撫順地區(qū)氣溫變化趨勢，年平均氣溫、年平均最高（最低）氣溫均在上升且冬季氣溫上升最快。王桂春等[5]分析了大連市氣溫變化，指出氣溫以每年0.03 ℃的速度增加，春季氣溫上升最快，冬季次之。魏永亮等[6]分析了玉樹地區(qū)氣溫變化，研究指出近45年氣溫增溫最大是12月，最小是10月。春季正值播種季節(jié)，氣溫的變化對農(nóng)作物的影響十分明顯。本文以EOF法對我國春季氣溫場進行分解，分析其變化特征，以期為農(nóng)業(yè)播種提供參考依據(jù)。

1 資料與方法

本文利用1956—2015年NCEP/NCAR再分析資料為基礎，對我國春季氣溫進行EOF分解，進行空間特征向量分析，研究我國春季氣溫的空間分布情況；結合時間系數(shù)進行分析判定，得出春季氣溫的變化趨勢[7]。

2 結果與分析

2.1 空間特征向量分析

EOF分解的前4個特征向量的貢獻率分別為43.1%、10.8%、9.7%、6.3%，累積方差貢獻率達70%，故認為前4個特征向量能代表春季氣溫的分布特征。圖1（a）是氣溫第1特征向量分布。春季氣溫由西南至東北“- +”分布，總體呈現(xiàn)出西南低、東北高或者西南高、東北低的分布特征，從新疆南部起經(jīng)河西走廊再至廣東為分界線。分界線以南的云貴川一帶為空間系數(shù)負值中心，數(shù)值為-0.03～-0.02；青藏高原一帶系數(shù)正負值相間分布，在西藏東南側出現(xiàn)了系數(shù)約-0.04左右的負值中心。分界線以北的華中、華東、華北及新疆北部是大范圍的正值區(qū)，氣溫變化最明顯的是東三省地區(qū)，空間系數(shù)為0.04～0.07。分析圖1（b）第2特征向量可知，空間系數(shù)呈“- + -”的分布特征。我國北部至青海一帶是正值區(qū)，正值中心位于內蒙古北部，數(shù)值在0.07以上。西北地區(qū)的新疆、西藏為負值區(qū)，華中及華南為負值區(qū)，新疆西部是系數(shù)最小的地區(qū)，在-0.06以下。第2特征向量反映了春季氣溫“低高低”的特征，當氣溫變化時呈現(xiàn)“兩頭低、中間高”或者“兩頭高、中間低”的特點。第3特征向量顯示空間系數(shù)全國大部為正，僅東北少部和川西高原地區(qū)為負值。當氣溫變化時要么全國春季氣溫升高，要么全國春季氣溫降低，見圖1（c）。第4特征向量有明顯的區(qū)域特點。西部地區(qū)春季氣溫由北至南逐漸減小，空間系數(shù)呈“+ -”分布，以高原北側為界。北部正中心數(shù)值在0.08以上，南側負中心值在 -0.08以下。我國西部春季氣溫南北反相分布，要么北高南低，要么北低南高，見圖1（d）。

2.2 時間系數(shù)分析

春季氣溫變化特征還需結合時間系數(shù)判定。第1特征向量的時間系數(shù)表明，春季氣溫偏高年有32年，偏低年有28年。總體來看，春季氣溫呈上升趨勢，但有明顯的階段性特點。1956—1974年時間系數(shù)基本為負值，僅1967年和1968年為正。故這一時期內我國春季氣溫西南高、東北低。1974—2000年氣溫呈2～3年的周期變化，氣溫偏高與偏低交替出現(xiàn)。2000年以來時間系數(shù)基本為正，故進入21世紀后氣溫呈現(xiàn)西南偏低、東北偏高的特征，見圖2（a）。分析第2特征向量的時間系數(shù)可知，近60年我國春季氣溫呈準2年的周變化，春季氣溫“- + -”與“+ - +”交替出現(xiàn)，見圖2（b）。第3特征向量的時間系數(shù)表明，1957—1969年我國春季氣溫普遍偏高，僅1957年、1962年、1967年、1968年偏低。19世紀70—90年代末春季氣溫偏低，僅有3年氣溫偏高。20世紀90年代末至2015年春季氣溫又呈偏高狀態(tài)。第3特征向量時間系數(shù)顯示出我國春季氣溫經(jīng)歷2次突變：第1次由持續(xù)偏高突變至持續(xù)偏低，時間大致在1970年左右；第2次持續(xù)偏低突變至持續(xù)偏高，時間大致在1997年，見圖2（c）。第4特征向量時間系數(shù)與第1特征向量時間系數(shù)反相位變化，即1956年至70年代中期，春季氣溫偏高，70年代后期至2015年氣溫持續(xù)偏低。我國西部由北高南低轉變?yōu)楸钡湍细?，見圖2（d）。

3 結論

以NCEP/NCAR再分析資料為基礎，對我國春季氣溫進行EOF分解，所得結論如下。

（1）第1特征向量呈“- +”分布，即“南北型”。春季氣溫由北向南遞減，1956年至20世紀70年代中期春季氣溫北低南高，70年代后期至今轉變?yōu)楸备吣系汀?/p>

（2）第2特征向量呈“- + -”分布，即“東西型”。春季氣溫呈準2年的周期變化，時間系數(shù)絕對值大，表明氣溫東西向的變化十分明顯。

（3）第3特征向量全國為“+”，即“全國型”。此模態(tài)顯示全國春季氣溫經(jīng)歷2次突變：第1次在1970年左右，由偏高突變?yōu)槠停坏?次在1997左右，由偏低突變至偏高。

（4）第4特征向量在西部“+ -”分布，即“區(qū)域型”。此模態(tài)與第1模態(tài)反相位變化，空間系數(shù)正（負）中心值均在0.08（-0.08）以上（下）。

4 參考文獻

[1] 韓翠華，郝志新，鄭景云.1951—2010年中國氣溫變化分區(qū)及其區(qū)域特征[J].地理科學進展，2013（6）：887-896.

[2] 張晶晶，陳爽，趙昕奕.近50年中國氣溫變化的區(qū)域差異及其與全球氣候變化的聯(lián)系[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2006（4）：1-6.

[3] 李強.1961—2008年陜北地區(qū)氣溫變化趨勢分析[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2012（23）：240-241.

[4] 馬驍穎，徐群.1961—2010年撫順地區(qū)氣溫變化趨勢分析[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2013（7）：253-254.

[5] 王桂春，鄒琤，宋若寧.1961—2010年大連市金州區(qū)氣溫變化分析[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2013（17）：256-258.

[6] 魏永亮，韓方昕，楊永壽.1971—2015年玉樹地區(qū)氣溫變化特征分析[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2016（20）：179-183.

[7] 李智才.近50年陽泉氣溫時空變化特征[J].山西氣象，2001（4）：24-27.endprint