贵州夏季最高气温变率的时空分布特征

2010-11-07王君军

中低纬山地气象 2010年6期

关键词：负值特征向量方差

彭芳,王君军

(1.贵州省气象台,贵州贵阳 550002;2.贵州省遵义市气象局,贵州遵义 563000)

贵州夏季最高气温变率的时空分布特征

彭芳1,王君军2

(1.贵州省气象台,贵州贵阳 550002;2.贵州省遵义市气象局,贵州遵义 563000)

选取贵州 19个代表站点 47a夏季日最高气温月平均及季平均资料,采用 EOF分解方法对贵州夏季最高气温的变化进行分析,结果表明:前两个模态的累积方差贡献在 82%～89.7%,特征值对应特征向量和时间系数能够较好地反映时空分布特征,第一特征向量代表的空间分布显示:全省变化趋势一致,东北部变化较西南部大,北部、东北部变率变化较南部西南部大;相应地时间系数变化幅度大,都有 2～4a的周期振荡;从第二特征向量代表的空间分布可知:各时段呈现出不一样的变化趋势,时间系数的值也普遍较第一特征向量小,突变不明显。

贵州;最高气温变率;EOF;小波分析;特征向量

1 引言

贵州地形复杂,东西海拔高度相差较大,气象要素存在显著的地区差异。研究气象要素的气候变化特征对人们生活和经济的发展有一定的推动作用,近年来对我省夏季温度分布特征及气候异常成因的研究取得不少成果。严小冬[1]等研究发现贵州夏季气温呈上升趋势,上升幅度不及全国同期,夏季上升幅度为 0.01℃/10a;王备[2]等指出贵州夏季平均气温虽然表现为弱的下降趋势,但部分站点的气温还是呈弱的上升态势。在此基础上,本文拟采用夏季日最高气温的气候态月平均距平资料,分析夏季最高气温变率的时空分布特征,温度变率的时空分布特征可以用来解释 47a来的夏季日最高气温的变化情况,并可以为气候预测提供一定的参考价值。

2 资料与方法

本文选取威宁、盘县、桐梓、习水、毕节、遵义、湄潭、思南、铜仁、黔西、安顺、贵阳、凯里、三穗、兴仁、望谟、罗甸、独山、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气温为分析对象,对各站月平均日最高气温的气候态距平值作经验正交分解 (EOF分析),选取累积方差贡献较大的前几模态特征值对应特征向量进行分析,前几模态特征向量的分布情况较大限度地体现了最高气温的空间分布情况,结合对应的时间系数,得到 47a来各站点的最高气温的变化情况;并且对时间系数进行小波分析,得出各时段的周期变化情况。

3 结果分析

不同处理方式的数据经过 EOF分解后的结果有不同的指示意义,其中距平场分解代表变率分布,特征向量稳定。对各月及季的平均值作气候态(选取 1971—2000年 30a平均)距平处理后采用EOF分解,根据累积方差大小,前两模态的累积方差如表 1所示:均在 80%以上,8月的第一模态方差贡献高达 84.7%,这表明前两模态的特征可以较大限度的代表日最高气温月平均及夏季平均变率的时空特性。3.1 第一模态特征

表 1 第一、二模态对应方差贡献

特征向量的值表征的是分布类型,根据第一模态最大特征根对应的特征向量,各月及季节的最高气温变率空间分布情况如图 1所示,6月、8月呈南北向、自北向南变率递减的梯度分布,而 7月呈东北西南向分布,与季平均的分布类似。它们所具有的共同特点是:体现贵州省 47a来的最高气温变率的第一模态的空间分布特征,即北部、东北部高于南部、西南部,变率大值位于东北铜仁地区,低值位于黔西南地区。

图 1 最高气温第一模态对应的空间分布

特征向量所对应的时间系数代表了该区域特征向量所表征的分布型式的时间变化特征。时间系数绝对值越大,表征这一年的最高气温变率的分布型式越典型。图 1中的值都为负,表明各站点的温度变化趋势一致,即贵州夏季各月平均和季平均日最高温度呈相同的变化趋势。时间系数为负,与特征向量的值乘积为正,即当年的最高气温普遍高于气候态平均,值越大最高气温越高;若时间系数为正,则呈相反的分布类型。第一特征向量的时间系数如图 2所示:东北、北部高于西南、南部;6、7、8月对应时间系数正的最大值在1980前后,1970年以前 6月的时间系数都比较大,7月是在 20世纪末的 10a值较大,而 8月在 1980年左右及1974年都有极大值;从负值的分布来看,1990年左右出现 6月、8月的最大负值,而 7月的最大负值出现在1978年,各月负值的分布密度均不及正值,但起伏较大;就夏季而言,出现正负值的年份比例为 27:20,但负值的极大值明显比正值的多,且负值绝对值最大值高于正值。由图还可以粗略的看出变率的突变情况,在正负值交界的地方为突变点,图 2表明各月最大突变基本都在 1980年左右,而夏季在 1970—1980期间突变明显,表明此期间温度的年代际变化明显。对比季节,3个月各月在夏季中占的权重基本上一样。

图 2 最高气温 (1962—2008)第一模态对应的时间系数,a、b、c、d分别代表 6月、7月、8月和夏季对应时段的时间系数

时间系数的变化体现了对应特征向量的时间变化特征,为详细分析各时间段的变化情况,将时间系数进行小波展开。小波分析可以分析出某一时段里的周期变化情况,图 3分别为 6月、7月、8月及夏季的小波系数展开,可以看出:20世纪 80年代以前都有 2～4a的周期变化,80年代以后夏季的周期不明显。就整个时间变化范围内来看,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月的背景周期约为 25a,分 3个阶段,80年代前以 2～4a为主,其中还有 6a左右的不明显振荡周期,1980—2000年期间主要振荡周期为 6a左右,2000年以后振荡不明显;8月的周期最明显,有 30a左右的背景周期,次周期从 2～3a缓慢增加至 7a左右,而且整个时间范围内都有 2～3a的小周期;夏季的振荡最不明显,除 1980年以前有 2～4a的弱的振荡周期外,其余都无明显的周期变化。

图 3 最高气温 (1962—2008)第一模态对应的时间系数小波分析,6月、7月、8月和夏季的小波系数,纵坐标 (单位:a)

3.2 第二模态特征

第二模态的方差贡献仅 6月 >10%,其余都在5%～10%之间,方差贡献远不及第一模态,但是两模态的累积方差贡献就都在 80%以上,两模态一起就能更好的代表最高气温变率的时空分布特征。

第二模态夏季 3个月及夏季的分布情况各有不同 (图 4),6月的分布显示东北为正值区,自东北—西南向为正中心到负中心的转变,特征向量元素值正负差别表示分布情况呈反相关变化;与 6月不同,7、8月的空间分布正值区到负值区为东南到西北的变化,7月负值大小较 8月大,等值线分布曲率较 8月大;而夏季正值区在东部,且值较小,中部有弱的负值区,最强中心在西南部。正负值的分布,在空间上体现相反的分布类型,即正值表示最高气温变率呈增大趋势,负值表示呈减小的趋势。

第二特征向量对应月份的时间系数差异也比较明显 (图 5),6月的负值集中在 20世纪 80年代后半期到 20世纪末,21世纪的头几年以后基本为正值,值也相对较大;7月的负值集中在 2000年以后,正负大值均出现在 90年代以后;8月的负值不集中,大值的分布也不连续;而夏季来看有较长时间的正值区 (1975—2000年),2000年以后全部为负值,且值相对都比较大,而正值相对来说值较小。