基于REOF分析的山东省年降水区域特征及趋势分析

[目的]探究山东省不同气候分区年降水量的时空特征,为该地区气候分析、防灾减灾提供更加区域性的参考依据。[方法]根据山东省95个国家地面气象观测站1991—2020年降水年值数据,首先对山东省年降水场进行气候分区,然后通过相关统计方法分析各分区降水的时空变化特征。[结果](1)山东省各降水模态降水偏少的年份更多,降水偏多的年份降水强度更大,年代际变化均较为明显,但各模态降水偏多偏少的年份分布及强度变化有所不同。(2)山东省年降水量大致由东南向西北递减,年降水场划分为东南沿海区(Ⅰ区)、西北平原区(Ⅱ区)和中部山地区(Ⅲ区)3个区域,各降水分区年降水均呈不显著增加趋势,趋势率各不相同,突变均不明显。(3)山东省各降水分区年降水量均具有较为明显的周期性特征,东南沿海区年降水场存在2个较为明显的能量中心,中心尺度均为2~3 a,未来变化具有强持续性;西北平原区年降水场存在3个较为明显的能量中心,中心尺度分别为5~7 a, 3 a和2~3 a,未来变化具有持续性;中部山地区年降水场存在2个较为明显的能量中心,中心尺度分别为2~3 a, 6 a,未来变化具有强持续性。[结论]山东省降水偏少的年份更多,降水偏多的年份降水强度更大,年降水场大致可分为3个分区,各分区年降水量均呈不显著增加趋势,均具有较为明显的周期性特征,且未来变化均具有持续性。

辽宁省多年降水量时空变化特征分析

文章选用现代气候统计诊断方法中的Morlet小波分析法、EOF分解法和M-K检验法,对1981—2021年辽宁省降水量时空变化及降水场类型进行分析。研究发现,辽宁省降水量总体呈上升趋势,每10年增加14.75mm,其中夏季约占全年降水量的62.7%,而冬季仅占4.1%;研究区降水分布呈现明显的空间差异,东部的降水量最大,东南部次之,而西部和中部的降水较少。通过EOF分解,将降水分为6种降水场3种模态,并且辽宁省降水存在10~30a和3~8a变化周期,其中第一主周期为26a。

迎春水库流域年降水量变化特性分析

本文根据凤庆气象站1959—2022年降水资料分析降水年内分配情况,采用线性回归、Mann-Kendall检验等方法分析迎春水库流域降水年际变化趋势、突变特征;采用高程法拟合罗闸河流域高程与多年平均降水量的关系曲线,通过线性插值计算出迎春水库本区、落拐河引水区、水箐河引水区多年平均年降水量。结果表明,迎春水库流域降水量年内分配不均;年降水量随时间变化整体呈下降趋势,变化不显著;年降水量随着流域平均高程的增加而增加。研究成果可为迎春水库水资源优化配置提供依据。

西北地区近40年年降水异常的时空特征分析

利用西北五省(区)137个测站1961—2000年历年月降水量资料,采用EOF、REOF、小波分析对西北地区年降水量的时空分布、演变规律及各异常区的周期特征进行了诊断分析。结果表明:(1)西北区降水受大尺度天气系统影响,第一特征向量反映了全区一致的多雨或少雨,但也存在东西和南北的差异。(2)西北区年降水空间异常可分为6个气候区(异常型),即高原东北区、北疆区、青海东部区、西北东部区、南疆区、河西走廊区。(3)近40年中除高原东北区及西北东部区降水呈下降趋势外,其余各区呈上升趋势。(4)各异常区降水存在10年以上较长周期和3～4年短周期振荡,但其显著周期及其年代变化差异较大。

近34a青藏高原年降水变化及其分区

对高原地区34 a(1971—2004年)82站共13 883 d的逐日降水量资料进行了统计,用REOF方法进行了分区,并讨论了趋势变化。青藏高原地区属季风降水区,在东亚季风、印度季风、高原季风和西风带系统的影响下,降水的局部特征显著。近34 a来高原上的降水量整体呈增加趋势,从20世纪70年代到90年代初期降水变化不大,90年代中后期开始明显增加,尤其是近3 a增加明显。青藏高原干旱地区降水完全取决于夏季降水量,并且降水的相对变率大。从青藏高原地区年降水的分区情况来看,西藏及四川的西南部降水增加最明显,每10 a增加幅度为54.5 mm,其次是青海的柴达木盆地和青海湖地区及甘肃的河西走廊地区。而青海的东部及三江源地区,祁连山区,四川的西北部地区呈减少趋势。高原上高海拔地区的降水在减少,而低海拔地区在增加。

沙坡头地区多年降水分布特征、趋势及其变率

应用Mann -Kendall秩统计法和回归分析法 ,检验时间序列上的年降水趋势 ;应用一阶自相关分析法 ,对沙坡头地区多年降水持续性特征进行统计分析。结果表明 ,5a滑动平均曲线所对应区间 196 7— 1972年以及1977— 1982年降水量大于多年平均值 ,而 1983— 2 0 0 0年降水量滑动平均值低于多年平均值的趋势明显。 195 5—1970年的分析时段内 ,降水量每连续递减两年后 ,将稍有回升 ,但总体上趋于下降。从滑动平均计算值来看 ,年降水分布存在时间序列上的非随机因素潜在振荡 ,5a滑动平均值突出了以年为时序单位的降水振荡模式。干旱时段的延长通常在多雨年之前或之后发生 ,尤其在 1978年经历高峰降水以后 ,直至 1985年 ,区内干旱时段的延长颇为显著。

新疆年降水不规则性空间差异与长期演变

在新疆以往的降水不规则性的研究中常采用标准统计值,如距平值、标准离差和变差系数等来衡量降水对正常格局的偏离。然而,标准统计方法无法全面描述降水变化的不规则性。本文利用一种新的指标——偏差指数对新疆降水的时空不规则性进行分析,结果表明:南疆降水普通偏差指数要明显比其它两个区域高,而天山山区的指数值总体上最低。三个区域的特殊偏差指数存在一定的差异,这种差异性在20世纪90年代早期以前尤其明显,而90年代早期之后,三个区域降水的特殊偏差指数变化趋势大致呈现一致性,说明新疆降水时间变化上呈均匀化态势。天山山区的特殊偏差指数变化的幅度明显小于另外两个区域。北疆的特殊偏差指数在所分析的时段内存在微弱的线性降低趋势,而南疆,尤其是天山山区存在微小的线性增大趋势。降水不规则性指数可以较好地刻画新疆年降水的时空不规则性,该指标可以用于一般框架下的新疆未来降水变化监测。

近50年广东冬半年降水的变化及连旱成因

利用EOF分析、小波分析、相关分析等方法,对广东近50年(1957—2006年)冬半年(当年10月—次年3月)降水的变化特征及其与太平洋海温场的关系进行了研究。结果表明,广东冬半年降水存在显著的准40年、准2年左右的变化周期,偏少阶段主要发生在1950年代末—1970年代初、1990年代末至今。冬半年发生连旱的频率远大于连涝的频率。广东冬半年降水与赤道中东太平洋的海温具有明显的正相关,与菲律宾以东的西北太平洋的海温具有明显的负相关。连续干旱年出现在Nio3.4区的海温为负、正异常年的频率分别为61.5%、38.5%。通过对冬半年异常连旱年Nio3.4区海温分别为正、负异常时的大气环流场进行合成分析,可知极涡偏弱,欧洲槽偏强,巴尔喀什湖附近的高压脊偏强,广东为一致的偏北风距平场控制,冷空气活跃,而亚洲大陆中低纬度西风带低压扰动不活跃,南支槽活动偏弱,是导致广东冬半年产生连续干旱的共同原因。

湖北省1957-2009年降水时空变化特征分析

利用湖北省21个气象站1957-2009年的逐日降水资料,采用EOF、REOF和小波分析对湖北省年降水的空间分布和周期特征进行初步研究。研究结果表明:EOF分析得到的前3个典型场可以很好的反映湖北降水空间分布的特征,即具有整体一致、南北相反及中部和周围地区相反。REOF分析得到的前6个空间模态可以较好地代表湖北年降水的6个异常敏感区,分别为鄂西北区、鄂北区、鄂东北区、鄂东南区、鄂中南区、鄂西南区。利用复Morlet小波函数对湖北年降水的周期性进行研究,表明湖北年降水存在着明显的3 a、7 a、14 a的特征时间尺度和周期性振荡;从大的周期转变来看,今后一段时间内,湖北省的年降水量会逐年减少,之后可能进入一个相对干旱时期。

天山山区近40a年降水变化特征与南、北疆的比较

本文分析了天山山区近 4 0a来年降水变化的基本特征 ,并与南疆、北疆进行了比较 ,所得的主要结果如下 :(1)天山山区在年降水量干湿变化阶段上与北疆的相似性强于南疆。(2 )年降水量的空间分布的同步变化性以北疆为最好 ,南疆最差 ,天山山区居中 ,而年降水量的空间分布的反向变化性 ,以天山山区为最大 ,北疆最小 ,南疆居中。(3)天山山区与南疆从 6 0年代到 90年代 ,年降水均表现出了持续的增加的趋势 ,北疆年降水从 6 0年代到 90年代 ,除 70年代外 ,不断增多。

纵向岭谷区北回归线一带年降水区域分异特征

利用纵向岭谷区北回归线沿线及南北两侧的24个站点1961-2007时段月降水资料,基于全部站点的年降水主要特征统计,以及北回归线沿线的9个站点的年降水变化的趋势性和阶段性检验、9个站点间的年降水和5-10月各月降水序列的相关性检验,分析研究区的年降水及变化分异特征。结果表明:研究区年降水主要特征及其年际变化,呈现出西部、中部、东部的空间分异,即三个区域各自内部自相似度高,而三个区域之间分异明显。北回归线沿线9个站点的年降水序列都未表现出明显的"突变趋势性—阶段性"变化。研究区中部"岭—谷"相间的地形格局,对中部区域降水空间分异产生一定的影响,但相邻站点间多年际降水序列呈高度相关,意味着控制中部区域降水的决定性因素并不存在明显分异,间隔分布的"岭—谷"地形会带来局地性降水量的分异。

中国西部年降水量的气候变化

中国西部大部分处于干旱、半干旱地区,而且降水量长期变化剧烈。论文综合整理了17个年降水量代用资料序列,其中11个为树木年轮,4个为史料,2个为冰芯积累量。所有序列均采用10年平均值,对1880～1979年的100年平均求每10年平均百分率距平。EOF1表明河套以西到祁连山北部有一致的变化。这个特征与1951～1999年的观测资料及模拟结果的EOF1十分相似。这表明代用资料能反映西部年降水量变化的主要特征。根据代用资料EOF1的时间系数及中心区降水量变化曲线,17世纪,特别是上半叶干旱严重。有资料证明,这个干旱期可能开始于16世纪70年代。近50年是400年以来中国西部年降水量最丰沛的时期。多雨主要发生在气候剧烈变暖的20世纪最后30年。从代用资料来看,降水量变化有“世纪周期”。17世纪的干旱与20世纪末的多雨是否分别与小冰期及现代气候变暖有关,还要进一步研究。

甘肃河东年降水量的周期变化

利用甘肃河东建站最早的 9个代表站的年降水量资料 ,采用谐波分析和小波分析方法 ,计算了年降水量序列各种时间尺度的周期 ,以及 1 0a和 2 0a相空间时间序列的 2～1 0a周期试验。结果表明 :甘肃中部地区年降水量总体仍以准 3a周期最为显著 ;陇东表现为 9a周期 ;陇南无明显周期。相空间序列的周期试验显示 ,甘肃中部的准 3a周期主要反映在 50～ 70年代 ,近 2 0～ 30a则以 8～ 9a周期较为明显 ;陇东近 1 0a主要表现为准 2a振荡。进一步的分析表明 ,甘肃中部年降水量的准 3a周期振荡目前处于历史最低谷 ,但其存在 1 9a和 2 8a以上的两种长周期变化 ,可能在 2 0 0 5年左右恢复到显著水平。 9a周期表现出明显的2 3a的韵律 ,目前振幅虽然在起作用 ,但未来可能进入相对弱的时期。

长江流域年降水集中程度分析

针对降水量的时空分布影响旱涝灾害的防治和水资源的合理利用问题,基于长江流域80个气象站1956~2005年的逐日降水资料,以15 d为时段长度,运用年降水集中度和集中期并结合变差系数和趋势系数,分析了长江流域降水集中程度及其不同时期内的变化趋势。结果表明,50 a来降水量分布呈逐渐均匀的趋势,但1990年以来,降水较为集中,各区段降水叠加的可能性增大,为旱涝灾害的防治提供了参考依据。

长江流域年降水量的空间特征和演变规律分析

为获取长江流域年降水量的时空变化特征，对长江流域年降水量进行了空间分区和时间演变分析．根据长江流域146个气象站点1960—2005年的逐年降水量资料，采用经验正交函数和旋转经验正交函数对长江流域年降水量的空间变化特征进行分析，并计算了1960—2005年年降水量的线性演变规律，利用奇异谱分析方法来检测区域降水量发生突变的情况．结果表明，长江流域年降水量主要有3种空间分布型、8个降水变化敏感区域．8个敏感区域中，汉江流域、岷江-嘉陵江源区、乌江流域南部年降水量呈减少趋势，其中岷江-嘉陵江源区减少最为显著，年降水量每10年减少27．1mm；洞庭湖-鄱阳湖地区、鄱阳湖流域南部、太湖流域、金沙江流域中部、云南地区年降水量呈增加趋势，其中金沙江流域中部年降水量显著增加，年降水量每10年增加17．7mm．存在降水突变的地区有5个，下游的太湖流域发生最早，时间为1977年，上游云南地区最晚，为1998年．长江流域年降水量有比较明显的空间区域特征，各个区域年降水量的时间演变规律也不一致．

青海省海西州德令哈地区近千年来年降水量变化特征分析

试图揭示位于我国青藏高原东北部的青海省海西州德令哈地区近千年来世纪尺度年降水量变化规律.分析结果表明,该地区近千年年降水量变化存在显著的多尺度周期变化特征,其中以13～18世纪中的200年主控周期最为明显,并在15～17世纪达到最强,而近200年则以准120年的周期振荡为主,且在19世纪两种主要周期变化趋势相反,在近百年又趋向一致.年降水量序列的均值突变一般以30～100年尺度最为明显,世纪尺度的均值突变时段分别为公元1100～1111年、1403～1449年及1615～1661年,表现为年降水量的减少,以及公元1321～1348年、1497～1557年、1728～1743年及1885～1891年,表现为年降水量的增加.200年以上时间尺度的方差突变主要表现为序列的低频变化幅度,从公元1220年前后至1580年前后持续增大,且以15世纪的方差突变最为明显.

松花江流域年降水和四季降水变化特征分析

利用松花江流域35个气象站1960～2010年的降水资料，采用协克里格插值法、线性倾向估计方法以及M—K秩次相关法等．分析了流域年降水和四季降水的时空变化特征。结果表明：（1）流域年降水由东部向西部递减。51年来流域大部分地区年降水呈不显著减少趋势。（2）流域春季降水呈不显著增加趋势。夏季呈不显著减少趋势，秋季呈不显著减少趋势，冬季降水呈显著增加趋势。（3）流域四季降水在二松源头地区一带较大，流域西部地区降水较少，松花江中下游两侧地区居中。（4）春季，流域大部分地区降水增加．但不显著。夏季，大部分地区降水减少，但不显著。秋季，全流域降水呈不显著减少趋势。冬季．全流域呈增加趋势，且绝大部分地区显著增加。（5）嫩江流域、松花江流域年降水一径流关系发生显著变化的时间是1974年、1980年和1999年。

陕西年降水量变化特征及周期分析

以1959—2009年陕西省各气象站逐旬降水资料为基础，采用墨西哥帽小波函数，线性趋势分析以及Mann—Kendall检验法，对陕西省51a降水的时空分布特征及趋势进行分析，揭示了陕西省降水变化的多时间尺度的复杂结构，分析了不同时间尺度下降水序列变化的周期和突变点，并确定了主要周期。结果表明：（1）陕西省年降水量年际变化大且时空分布极不均匀，降水量从北部向南部递增，呈南多北少特征，大致上为纬向分布。陕北、关中、陕南年降水量多年平均值依次为279mm、563mm、840mm。三大区域年均降水变化相对较为平稳，近51a来，研究区内年均降水总体呈北部和南部略微下降，中部微弱上升的变化格局，线性倾向率分别为一5．110mm／10a、一3．758mm／10a、1．908mm／10a；（2）陕西省年均降水量有3～7a，10～17a，17～30a周期，以中时间尺度10～178的少一多交替最为明显。在微观尺度上，陕北、关中、陕南地区的周期均表现得零乱且不显著。中观尺度，关中和陕南的降水周期比较显著，为10～17a，陕北的降水周期表现得不十分规律。宏观尺度，陕北的降水周期为23～30a，关中和陕南较为相似，为18—25a；（3）Mann—Kendall检验发现1993年是陕西省年均降水量增加的一个显著突变点，2009年以后陕西省将处于多雨期。

青海湖流域圆柏年轮指示的近千年降水变化

根据采自青海湖流域天峻地区树木年轮样本,建立了该地1061a树木年轮年表序列.通过响应函数计算得出,该年表对青海湖区前一年年降水量反映敏感,由其重建了该地的年降水量序列,并应用交叉检验方法对校准方程进行了检验,证明重建方程稳定,重建的年降水变化比较可靠,具有一定的代表性.在10a时间尺度上年降水经历了11个偏多和偏少时段,其中6(7)个显著的偏少(多)时段分别是1001-1060、1131-1320、1411-1510、1691-1740、1811-1850年和1911-1940年(961-1000、1061-1110、1321-1410、1511-1650、1741-1790、1881-1910年和1941-2000年).平均约53a发生一次突变,13-14世纪是年降水的多变时期,12、17和20世纪是年降水的相对稳定时段.