基于MV-EOF方法對夏季降水與前期冬春季多個氣象要素間的線性關(guān)系分析

邢子毅

摘要 本文利用1963—2013年我國592個站點(diǎn)降水、氣溫、地溫、相對濕度、氣壓及蒸發(fā)逐月的資料，采用多變量經(jīng)驗正交函數(shù)（MV-EOF）分析夏季降水同前期冬春季氣溫、地溫、相對濕度、氣壓及蒸發(fā)等物理量之間的關(guān)系。得出結(jié)論：黃河以北地區(qū)夏季降水與前期冬季氣溫、地溫反向變化，與氣壓同向變化，與相對濕度和蒸發(fā)有弱的同向變化;長江中下游地區(qū)夏季降水與前期冬季氣溫、地溫同向變化，與氣壓和蒸發(fā)反向變化，與相對濕度不明顯;華北地區(qū)夏季降水與前期春季氣溫、地溫反向變化，與相對濕度、氣壓及蒸發(fā)同向變化;華南地區(qū)夏季降水與前期春季氣溫、地溫同向變化，與相對濕度、氣壓及蒸發(fā)反向變化。

關(guān)鍵詞 MV-EOF分析;降水;氣溫;低溫

中圖分類號：P426.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：2095–3305（2021）08–0081–03

The Linear Relationship Between Summer Precipitation and Multiple Meteorological Elements in Early Winter and Spring is Analyzed Based on Mv-eof Method

XING Zi-yi （Huangnan Meteorological Observatory， Tongren， Qinghai 811300）

Abstract Based on the monthly data of precipitation， air temperature， ground temperature， relative humidity， air pressure and evaporation at 592 stations in China from 1963 to 2013， the relationship between summer precipitation and physical quantities such as air temperature， ground temperature， relative humidity， air pressure and evaporation in previous winter and spring is analyzed by multivariable empirical orthogonal function （mv-eof） The ground temperature changes in the opposite direction， in the same direction as the air pressure， and weakly in the same direction as the relative humidity and evaporation; The summer precipitation in the middle and lower reaches of the Yangtze River changes in the same direction as the winter temperature and ground temperature in the early stage， changes in the opposite direction with air pressure and evaporation， and has no obvious relationship with relative humidity. The summer precipitation in North China changes inversely with the temperature and ground temperature in early spring， and changes in the same direction with relative humidity， air pressure and evaporation; The summer precipitation in South China changes in the same direction as the temperature and ground temperature in early spring， and in the opposite direction with relative humidity， air pressure and evaporation.

Key words Mv-eof analysis; Precipita-tion; Temperature; Low temperature

夏季降水預(yù)測一直都是氣候研究的重點(diǎn)，汶林科等[1]應(yīng)用EOF及相關(guān)統(tǒng)計方法研究了青藏高原中部地溫與氣溫差對降水的影響，結(jié)果表明：青藏高原中部春末夏初地溫與夏季降水有較好的關(guān)系。戴長勇等[2]分析了我國東部地區(qū)前期冬季、春季土壤濕度異常與夏季降水的關(guān)系。研究結(jié)果表明，黃淮、江淮等地的前期冬季土壤濕度與夏季降水存在正相關(guān)，華北和內(nèi)蒙古地區(qū)前期冬季土壤濕度與夏季降水存在負(fù)相關(guān)。此外，降水與地溫的關(guān)系隨緯度變化有明顯差異。韓慎友等[3]利用SVD研究了海平面氣壓場與我國夏季降水的關(guān)系，結(jié)果表明：長江中下游地區(qū)夏季降水與前期春季海平面氣壓有密切關(guān)系，當(dāng)前期春季氣壓較強(qiáng)時，長江中下游地區(qū)夏季降水偏多，華南地區(qū)夏季降水與前期春季氣壓具有顯著負(fù)相關(guān)。

1 資料和方法

選取1964—2013年全國592個地面氣象站降水、氣溫、地溫、相對濕度、氣壓、蒸發(fā)的逐月資料，采用多變量經(jīng)驗正交函數(shù)（MV-EOF）方法，將資料進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后進(jìn)行MV-EOF分解，分析夏季降水空間模態(tài)與前期冬季和春季氣溫、地溫、相對濕度、氣壓以及蒸發(fā)的空間模態(tài)之間的關(guān)系。

2 夏季降水與前期冬季各物理量的MV-EOF分析

采用MV-EOF方法分析夏季降水和前期冬季氣溫、地溫、相對濕度、氣壓及蒸發(fā)等多個變量之間的線性關(guān)系，使各個因子在同一時間系數(shù)序列情況下，即各物理量時間變化一致，分析各個物理量空間變化存在的聯(lián)系。分析方差貢獻(xiàn)最大特征值對應(yīng)的空間模態(tài)和時間系數(shù)，結(jié)果表明，1996年前時間系數(shù)呈下降趨勢，1996年后呈上升趨勢。

MV-EOF分解得到的第一空間模態(tài)方差貢獻(xiàn)為23.24%。從夏季降水空間模態(tài)來看（圖1a），我國夏季降水空間變化表現(xiàn)為東西反向、南北反向變化，其中空間模態(tài)正值區(qū)主要集中在黃河以北，負(fù)值區(qū)集中在南江地區(qū)和新疆中部，說明以上地區(qū)夏季降水空間變化相對敏感;從氣溫空間模態(tài)來看（圖1b），除青藏高原東部和西南等地外，華北、黃淮、江淮、長江中下游地區(qū)，南江、華南等大部分地區(qū)空間變化相對敏感且為負(fù)值;地溫空間模態(tài)（圖1c），地溫空間變化和氣溫空間變化極其相似，變化敏感區(qū)主要集中在東部大部分地區(qū);從相對濕度空間模態(tài)來看（圖1d），前期冬季相對濕度呈東西反向變化，正值區(qū)主要集中在東北大部分地區(qū)、內(nèi)蒙古中東部、河套地區(qū)、青藏高原中部、東部西南地區(qū)及華南部分地區(qū)，負(fù)值區(qū)主要集中在華北東部、江淮及長江中游地區(qū)，說明以上地區(qū)前期冬季相對濕度變化敏感;從氣壓空間模態(tài)來看（圖1e），東西反向變化十分明顯，正值區(qū)主要集中在我國東部大部分地區(qū)，負(fù)值區(qū)主要集中在青藏高原中部和西南部分地區(qū);從蒸發(fā)空間模態(tài)來看（圖1f），南北反向變化較明顯，正值區(qū)主要集中在長江流域和青藏高原南部及西南等地，負(fù)值區(qū)主要集中在黃河以北。

夏季降水主要集中在黃河以北地區(qū)和長江中下游地區(qū)，配合前期冬季氣溫、地溫、相對濕度、氣壓及蒸發(fā)的空間模態(tài)，黃河以北地區(qū)夏季降水與前期冬季氣溫、地溫反向變化，前期冬季氣壓與夏季降水同向變化，相對濕度和蒸發(fā)有弱的同向變化。

通過比較各前期物理量可知，對黃河以北地區(qū)夏季降水而言，前期氣溫、地溫及氣壓影響較強(qiáng)，相對濕度與蒸發(fā)的影響較弱。而長江中下游地區(qū)夏季降水與前期冬季氣溫、地溫同向變化，相對濕度變化不明顯，夏季降水與前期冬季氣壓和蒸發(fā)反向變化。同時，前期冬季氣溫、地溫、氣壓、蒸發(fā)對長江中下游地區(qū)夏季降水的影響較大，而對相對濕度的影響較弱。

3 夏季降水與前期春季物理量的MV-EOF分析

綜合夏季降水和前期春季氣溫、地溫、相對濕度、氣壓及蒸發(fā)等6個物理量，運(yùn)用MV-EOF分析相同時間系數(shù)下的空間模態(tài)，得出時間系數(shù)變化整體呈上升趨勢，1995年前以負(fù)值為主，1995年后以正值為主。

MV-EOF分解得到的第一空間方差貢獻(xiàn)為26.23%。我國夏季降水空間分布主要表現(xiàn)為南北反向變化，正值區(qū)主要分布在華南大部分地區(qū)、黃淮部分地區(qū)、青藏高原的北部、東部以及新疆西部地區(qū)，負(fù)值區(qū)主要分布在華北、東北北部及河套地區(qū)。前期春季氣溫的空間模態(tài)整體呈東西反向變化，東部大部分地區(qū)、黃河以南、長江以北等地為正值，負(fù)值區(qū)主要集中在青藏高原東部、南部及西南地區(qū)，說明以上地區(qū)前期春季氣溫變化敏感。

從前期春季地溫的空間模態(tài)來看，新疆、內(nèi)蒙古、華南、河套、長江流域等大部分空間分布為正值，負(fù)值區(qū)主要分布在西南地區(qū);從前期春季相對濕度的空間模態(tài)來看，我國東部大部分地區(qū)空間分布為負(fù)值，其中長江中下游地區(qū)、江南及華北西部地區(qū)相對顯著，正值區(qū)主要集中在高原南部地區(qū);從前期春季氣壓空間模態(tài)來看，整體呈東西反向變化，負(fù)值區(qū)主要分布在東北南部、華北東部、江淮及長江中下游地區(qū)，正值區(qū)主要集中在青藏高原東部和南部地區(qū);前期春季蒸發(fā)的空間模態(tài)，負(fù)值區(qū)主要集中在青藏高原大部分地區(qū)及東北東部地區(qū)和華南等地，正值區(qū)主要集中在河套地區(qū)。

夏季降水主要集中在華南地區(qū)和華北地區(qū)，配合前期春季氣溫、地溫、相對濕度、氣壓及蒸發(fā)的空間模態(tài)，華南地區(qū)夏季降水與前期春季氣溫、地溫同向變化，與前期春季相對濕度、氣壓及蒸發(fā)反向變化;華北地區(qū)夏季降水與前期春季氣溫、地溫反向變化，與前期春季相對濕度、氣壓及蒸發(fā)同向變化。通過比較可知，無論是前期冬季還是春季，氣溫、地溫與夏季降水相關(guān)性較相對氣壓、相對濕度及蒸發(fā)更加明顯。

4 結(jié)論

（1）黃河以北地區(qū)夏季降水與前期冬季氣溫、地溫反向變化，與氣壓同向變化，與相對濕度和蒸發(fā)有弱的同向變化;長江中下游地區(qū)夏季降水與前期冬季氣溫、地溫同向變化，與氣壓和蒸發(fā)反向變化，與相對濕度的聯(lián)系不明顯。

（2）華北地區(qū)夏季降水與前期春季氣溫、地溫反向變化，與相對濕度、氣壓及蒸發(fā)同向變化;華南地區(qū)夏季降水與前期春季氣溫、地溫同向變化，與相對濕度、氣壓及蒸發(fā)反向變化。

（3）通過MV-EOF分析表明，夏季降水與前期冬春季氣溫和地溫的相關(guān)性較相對濕度、氣壓、蒸發(fā)明顯。

參考文獻(xiàn)

[1] 汶林科，崔鵬，向靈芝，等.西藏東部6—9月降水與中部地—?dú)鉁夭畹年P(guān)系[J].冰川凍土，2011，33（2）：300-308.

[2] 戴長勇，左志燕.中國東部前冬、春土壤濕度與夏季氣候的關(guān)系[J].氣象科技， 2010，38（3）：300-305.

[3] 韓慎友，何敏，周兵.春季海平面氣壓指數(shù)與我國夏季降水的關(guān)系[J].南京氣象學(xué)院學(xué)報，2001（4）：491-497.

責(zé)任編輯：黃艷飛