中国夏季降水同前期冬季气温地温间的线性关系分析

邢子毅 陈继全

摘 要：利用1963—2013年我国598个站点的降水、气温、地温逐月资料，采用经验正交函数（EOF）分解、相关分析等方法分析了夏季降水同前期冬季气温、地温间的线性关系，结果表明：1963—2013年我国夏季降水的时空分布主要特征为：在1999年之前我国华北、内蒙古中东部以及河套等地区降水增多，而在长江中下游地区、江南地区降水减少，夏季降水所对应的雨型为北方型；在1999年之后长江中下游地区、江南等地的夏季降水增多，华北地区降水减少，夏季降水所对应的雨型为南方型；前期冬季气温和地温上升有利于东部北部、新疆、以及长江中游地区夏季降水增多。

关键词：夏季降水；EOF分析；线性关系

中图分类号：P426.6 文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190415061

引言

夏季降水的预测一直都是气候研究的关注点，运用气象统计的方法对降水与多个前期物理量之间关系的研究相对较少，其中多是研究降水与前期温度的关系为主：李希国等[1]研究近40a来烟台地区气温与降水量变化的关系，研究表明，降水量则随气温上升而增加。同时，通过对在温暖气候下降水特性的潜在变化的研究发现，所有类型的降水频率通常随着冬季的空气温度而增加[2]，刘华[3]采用依赖季节性的多变量经验正交函数方法研究了近48a我国降水和气温的时空变化特征，分析表明，降水的空间模态和气温的空间模态配置较好。

赵勇等[4]分析了新疆地区地温与降水的关系发现，前期12月320cm的地温与当年夏季降水相关性较好。赵红岩[5]对冬季地温的时空变化特征与夏季降水的关系进行了分析，结果表明：当北方前期冬季地温偏高时，夏季降水增多。西北地区前期冬季地温与江淮流域夏季降水存在反相关；江南冬季地温与西南地区夏季降水存在正相关。

1 资料和方法

本研究采用1964—2013年全国598个地面气象站的降水、气温、地温的逐月资料进行分析。本文采用2种方法：经验正交函数（EOF）分解，用于分析我国夏季降水的时空演变特征；相关分析，用于分析降水空间模态对应的时间系数与各个前期物理量的相关关系。

2 我国夏季降水的时空演变特征分析

为了更好的分析我国多年夏季降水的时空演变特征，本文对我国45a的夏季降水资料做标准化处理后进行EOF分解，分析方差贡献最大的前2个模态。

结果表明：降水第1模态的方差贡献为12.28%，如图（1a）所示夏季降水的空间分布呈北正南负的形态，正值主要集中在东北、华北、内蒙古中东部、河套地区、以及西南大部分地区和华南局部地区，且华北中部出现最大值；负值主要集中长江中下游地区以及江南地区；因此说明华北大部分地区和江南地区的降水空间分布变化极为敏感且表现为反相变化；从第1模态对应的时间系数序列（图1b）可以看在1999年之前时间系数呈下降趋势，1999年之后以呈上升趋势。因此，在1999年之前我国华北、内蒙古中东部以及河套等地区降水增多，而在长江中下游地区、江南地区降水减少，夏季降水所对应的雨型为北方型，在1999年之后长江中下游地区、江南等地的夏季降水增多，华北地区降水减少，夏季降水所对应的雨型为南方型。

第2模态的方差贡献为8.67%，如图（1c）所示我国夏季降水的空间分布呈现北负南正的形态，正值主要集中在长江中下游、江南、以及西南等地区；而华北中部、河套地区的夏季降水空间分布为负值，由此说明长江中下游、江南的夏季降水变化较为敏感且呈与华北中部和内蒙古中东部的降水呈反相位变化；第2模态对应的时间系数（图1d）表现出：在1999年之前以上升为主，1999年之后转为下降。因此，在1999年之前我国长江中下游、江南、以及西南等大部分地区夏季降水增多，河套地区降水减少，1999年之后长江中下游、江南、以及西南等地夏季降水减少，河套地区降水增多。

3 夏季降水与前期冬季物理量的相关关系

对我国夏季降水进行经验正交函数（EOF）分解后的前2个空间模态对应的时间系数分别与前期冬季气温、地温、相对湿度、以及气压进行相关分析。

3.1 降水同前期冬季气温

EOF分解夏季降水得到的第1空间模态对应的时间系数与前期冬季气温的相关（图2a）显示：我国大部分地区表现为反相关，其中东北北部地区、新疆大部分地区以及长江中下游等地的负相关系数通过了95%的显著性检验，说明前期冬季地温随夏季降水第1模态的时间系数增大（减小）而减小（增大），结合夏季降水第1空间模态（图1a）及其对应的时间系数（图1b）可知：东北北部、新疆中部以及长江中下游地区降水空间分布为负，在1999年之前，时间系数以正值为主并呈下降趋势，因此前期冬季气温增加，夏季降水增加。而在1999年之后，时间系数以负值为主并呈上升趋势，前期冬季气温降低，夏季降水减少。EOF分解夏季降水得到的第2空间模态对应的时间系数与前期冬季气温的相关不显著。

3.2 降水同前期冬季地温

EOF分解夏季降水得到的第1空间模态对应的时间系数与前期冬季地温的相关（图2b）显示：我国大部分地区呈现反相关，其中东北北部地区、新疆大部分地区以及长江中游地区和青藏高原南部地区的相关系数通过了95%显著性检验，东北北部和新疆西部地区相关系数通过了99%的显著性检验，结合夏季降水第1空间模态（图1a）及其对应的时间系数（图1b）可知：新疆西部、长江中游地区的夏季降水空间分布为负，在1999年之前，时间系数以正值为主并呈下降趋势，因此前期冬季地温增加，夏季降水增加。在1999年之后，时间系数以负值为主并呈上升趋势，前期冬季地温减小，夏季降水减小。EOF分解夏季降水得到的第2空间模态对应的时间系数与前期冬季地温的相关不显著。

4 结论与讨论

本文利用1963—2013年全国598个地面观测降水、气温的逐月资料，采用EOF、相关分析等方法研究了我国夏季降水同前期冬季和春季气温等多个物理量的线性关系，通过上述简要分析，得到如下初步结论。

1963—2013年，我国夏季降水的时空特征主要呈现为：在1999年之前我国华北、内蒙古中东部以及河套等地区降水增多，而在长江中下游地区、江南地区降水减少，夏季降水所对应的雨型为北方型；

在1999—2013年，我国夏季降水主要表现为长江中下游地区、江南等地的夏季降水增多，华北地区降水减少，夏季降水所对应的雨型为南方型；

华南、河套、以及东北等地的夏季降水与前期冬季气温和地温存在反相关；

长江中下游地区、江南以及新疆中部等地的夏季降水与前期冬季气温和地温具有正相关。

参考文献

[1] 李希国，谭鼎山，李传进，等.近40年来烟台地区气温与降水量变化的关系研究[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] 劉华.1951-1999年中国降水和气温的SEOF分析[J].安徽农业科学，2011，39（19）：11775-11777.

[4] 赵勇，何冬燕，秦贺.乌鲁木齐地温特征及其与降水的关系[J].沙漠与绿洲气象，2012，6（2）：13-17.

[5] 赵红岩，李栋梁，郭维栋.中国冬季地温变化特征及与夏季降水场的关系[J].高原气象，2002，21（1）：52-58.