中國夏季降水同前期冬季氣溫地溫間的線性關系分析

邢子毅 陳繼全

摘 要：利用1963—2013年我國598個站點的降水、氣溫、地溫逐月資料，采用經驗正交函數（EOF）分解、相關分析等方法分析了夏季降水同前期冬季氣溫、地溫間的線性關系，結果表明：1963—2013年我國夏季降水的時空分布主要特征為：在1999年之前我國華北、內蒙古中東部以及河套等地區降水增多，而在長江中下游地區、江南地區降水減少，夏季降水所對應的雨型為北方型；在1999年之后長江中下游地區、江南等地的夏季降水增多，華北地區降水減少，夏季降水所對應的雨型為南方型；前期冬季氣溫和地溫上升有利于東部北部、新疆、以及長江中游地區夏季降水增多。

關鍵詞：夏季降水；EOF分析；線性關系

中圖分類號：P426.6 文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190415061

引言

夏季降水的預測一直都是氣候研究的關注點，運用氣象統計的方法對降水與多個前期物理量之間關系的研究相對較少，其中多是研究降水與前期溫度的關系為主：李希國等[1]研究近40a來煙臺地區氣溫與降水量變化的關系，研究表明，降水量則隨氣溫上升而增加。同時，通過對在溫暖氣候下降水特性的潛在變化的研究發現，所有類型的降水頻率通常隨著冬季的空氣溫度而增加[2]，劉華[3]采用依賴季節性的多變量經驗正交函數方法研究了近48a我國降水和氣溫的時空變化特征，分析表明，降水的空間模態和氣溫的空間模態配置較好。

趙勇等[4]分析了新疆地區地溫與降水的關系發現，前期12月320cm的地溫與當年夏季降水相關性較好。趙紅巖[5]對冬季地溫的時空變化特征與夏季降水的關系進行了分析，結果表明：當北方前期冬季地溫偏高時，夏季降水增多。西北地區前期冬季地溫與江淮流域夏季降水存在反相關；江南冬季地溫與西南地區夏季降水存在正相關。

1 資料和方法

本研究采用1964—2013年全國598個地面氣象站的降水、氣溫、地溫的逐月資料進行分析。本文采用2種方法：經驗正交函數（EOF）分解，用于分析我國夏季降水的時空演變特征；相關分析，用于分析降水空間模態對應的時間系數與各個前期物理量的相關關系。

2 我國夏季降水的時空演變特征分析

為了更好的分析我國多年夏季降水的時空演變特征，本文對我國45a的夏季降水資料做標準化處理后進行EOF分解，分析方差貢獻最大的前2個模態。

結果表明：降水第1模態的方差貢獻為12.28%，如圖（1a）所示夏季降水的空間分布呈北正南負的形態，正值主要集中在東北、華北、內蒙古中東部、河套地區、以及西南大部分地區和華南局部地區，且華北中部出現最大值；負值主要集中長江中下游地區以及江南地區；因此說明華北大部分地區和江南地區的降水空間分布變化極為敏感且表現為反相變化；從第1模態對應的時間系數序列（圖1b）可以看在1999年之前時間系數呈下降趨勢，1999年之后以呈上升趨勢。因此，在1999年之前我國華北、內蒙古中東部以及河套等地區降水增多，而在長江中下游地區、江南地區降水減少，夏季降水所對應的雨型為北方型，在1999年之后長江中下游地區、江南等地的夏季降水增多，華北地區降水減少，夏季降水所對應的雨型為南方型。

第2模態的方差貢獻為8.67%，如圖（1c）所示我國夏季降水的空間分布呈現北負南正的形態，正值主要集中在長江中下游、江南、以及西南等地區；而華北中部、河套地區的夏季降水空間分布為負值，由此說明長江中下游、江南的夏季降水變化較為敏感且呈與華北中部和內蒙古中東部的降水呈反相位變化；第2模態對應的時間系數（圖1d）表現出：在1999年之前以上升為主，1999年之后轉為下降。因此，在1999年之前我國長江中下游、江南、以及西南等大部分地區夏季降水增多，河套地區降水減少，1999年之后長江中下游、江南、以及西南等地夏季降水減少，河套地區降水增多。

3 夏季降水與前期冬季物理量的相關關系

對我國夏季降水進行經驗正交函數（EOF）分解后的前2個空間模態對應的時間系數分別與前期冬季氣溫、地溫、相對濕度、以及氣壓進行相關分析。

3.1 降水同前期冬季氣溫

EOF分解夏季降水得到的第1空間模態對應的時間系數與前期冬季氣溫的相關（圖2a）顯示：我國大部分地區表現為反相關，其中東北北部地區、新疆大部分地區以及長江中下游等地的負相關系數通過了95%的顯著性檢驗，說明前期冬季地溫隨夏季降水第1模態的時間系數增大（減小）而減小（增大），結合夏季降水第1空間模態（圖1a）及其對應的時間系數（圖1b）可知：東北北部、新疆中部以及長江中下游地區降水空間分布為負，在1999年之前，時間系數以正值為主并呈下降趨勢，因此前期冬季氣溫增加，夏季降水增加。而在1999年之后，時間系數以負值為主并呈上升趨勢，前期冬季氣溫降低，夏季降水減少。EOF分解夏季降水得到的第2空間模態對應的時間系數與前期冬季氣溫的相關不顯著。

3.2 降水同前期冬季地溫

EOF分解夏季降水得到的第1空間模態對應的時間系數與前期冬季地溫的相關（圖2b）顯示：我國大部分地區呈現反相關，其中東北北部地區、新疆大部分地區以及長江中游地區和青藏高原南部地區的相關系數通過了95%顯著性檢驗，東北北部和新疆西部地區相關系數通過了99%的顯著性檢驗，結合夏季降水第1空間模態（圖1a）及其對應的時間系數（圖1b）可知：新疆西部、長江中游地區的夏季降水空間分布為負，在1999年之前，時間系數以正值為主并呈下降趨勢，因此前期冬季地溫增加，夏季降水增加。在1999年之后，時間系數以負值為主并呈上升趨勢，前期冬季地溫減小，夏季降水減小。EOF分解夏季降水得到的第2空間模態對應的時間系數與前期冬季地溫的相關不顯著。

4 結論與討論

本文利用1963—2013年全國598個地面觀測降水、氣溫的逐月資料，采用EOF、相關分析等方法研究了我國夏季降水同前期冬季和春季氣溫等多個物理量的線性關系，通過上述簡要分析，得到如下初步結論。

1963—2013年，我國夏季降水的時空特征主要呈現為：在1999年之前我國華北、內蒙古中東部以及河套等地區降水增多，而在長江中下游地區、江南地區降水減少，夏季降水所對應的雨型為北方型；

在1999—2013年，我國夏季降水主要表現為長江中下游地區、江南等地的夏季降水增多，華北地區降水減少，夏季降水所對應的雨型為南方型；

華南、河套、以及東北等地的夏季降水與前期冬季氣溫和地溫存在反相關；

長江中下游地區、江南以及新疆中部等地的夏季降水與前期冬季氣溫和地溫具有正相關。

參考文獻

[1] 李希國，譚鼎山，李傳進，等.近40年來煙臺地區氣溫與降水量變化的關系研究[J].水文，2008，28（1）：91-93.

[2] Zhu J，Liang X，Regional Climate Model Simulations of U.S. Precipitation and Surface Air Temperature during 1982–2002： Interannual Variation[J].Journal of Climate，2007，20（2）：218-232.

[3] 劉華.1951-1999年中國降水和氣溫的SEOF分析[J].安徽農業科學，2011，39（19）：11775-11777.

[4] 趙勇，何冬燕，秦賀.烏魯木齊地溫特征及其與降水的關系[J].沙漠與綠洲氣象，2012，6（2）：13-17.

[5] 趙紅巖，李棟梁，郭維棟.中國冬季地溫變化特征及與夏季降水場的關系[J].高原氣象，2002，21（1）：52-58.