西藏汛期降水時空變化相似分析

強宗 扎西普赤 歷愛麗

（1.西藏氣象局裝備中心；2.西藏氣象局科普教育中心，西藏 拉薩 850000）

西藏地處高原腹地，受地形條件的影響，地區(qū)與地區(qū)，縣與縣之間的降水時空變化差異大，但是也存在著相似性。目前，在西藏一般按照沿雅江一線、藏北、藏東南、南部邊緣、西北等劃分降水變化區(qū)域。2021 年，自治區(qū)氣象局發(fā)布了《西藏氣象地理區(qū)劃》，進一步明確了西藏氣候時空分布特征，這對氣候趨勢預測、氣象服務以及精細化預報服務具有重要的意義。為尋求對全區(qū)降水變化在時空上的相似性做出精細的劃分，并從歷史氣候規(guī)律上進一步認識全區(qū)各站汛期降水相似性分布特點，需要分析各站降水在歷年時間過程和空間分布上的變化特征，結(jié)合對降水資料標準化后的對比分析和天氣環(huán)流形勢的理論分析，劃分出在歷史時間過程中形成降水時空變化特征的相似與非相似區(qū)域。

1 資料與方法

降水資料選取西藏38 個測站，自建站以來到2005 年的歷年各月（1～12 月）、雙月（1～2、2～3、3～4、…、12～1）、三個月（1～3、2～4、3～5、…、12～2）合計的總降水量。由此可以得到1368個時間序列資料，各時間序列資料的最小長度為27 年，最大長度為48 年。對1368個時間序列進行兩兩單相關(guān)系數(shù)計算，兩兩相關(guān)時對齊較短的序列資料計算。計算分析得出全區(qū)降水的2 個月或3 個月合計資料具有很好相似性，從10月到次年3 月的冬季春季降水幾乎沒有任何相似性，從時間段來看單月雨量資料相似性最差。3個月以上的合計資料雖然具有一定相似性，但是為便于對主汛期降水的分析，同時又具有較好的相似性，選擇了汛期7～8月時間段的雨量合計資料作為本文重點分析對象，從相關(guān)系數(shù)分布圖、相應時段的環(huán)流特征、以及標準化曲線圖分析了時空變化的相似性特征。

2 區(qū)域相似性分析

2.1 總體區(qū)域相似性特征

從38 個站的相關(guān)系數(shù)圖（圖1）上分析，西藏7—8月雨量的總體相似與不相似特征分別分布在東部和西部兩部分，既時空相似性在空間上的特征是西藏的東部各站相似，西部、南部邊緣各站非相似。相似性區(qū)域內(nèi)分布的總特征為由東北向西南、自昌都向定日方向延伸的舌帶相似區(qū)域，其西部延伸到申扎附近，總體相似系數(shù)達到了0.7 以上，而在相似區(qū)域內(nèi)具有更高相似的多個子區(qū)域。

圖1 7—8月余量各站單相關(guān)系數(shù)分布圖

在歷年的降水時間變化過程中，相似區(qū)域內(nèi)，降水變化具有一致性，相似分布特點與西藏氣候區(qū)劃的雨量分布特征是相一致的，說明由降水時間上的相似性形成了降水在空間分布上的特征。如圖2是1981年至2010年西藏夏季降水分析與單相關(guān)系數(shù)分布的對比圖。

圖2 1981—2010年夏季降水分析與相關(guān)系數(shù)分布疊加圖

2021 年，西藏自治區(qū)氣象局制定發(fā)布了《西藏氣象地理區(qū)劃》（以下簡稱《區(qū)劃》），《區(qū)劃》將全區(qū)劃分為六個區(qū)域，分別是雅江一線、東北部、東南部、沿喜馬拉雅山一帶、北部、西部。如圖3 所示，與相關(guān)系數(shù)分布圖疊加后，可以看到，相關(guān)系數(shù)分布圖與《區(qū)劃》分布基本一致，反過來說明《區(qū)劃》的劃分是符合這一基本相似特征的。

圖3 西藏氣象地理區(qū)劃圖與相關(guān)系數(shù)分布疊加圖

2.2 高度相似性區(qū)域特征

從東北到西南的舌帶區(qū)域內(nèi)，雅江一線、西藏東北部、西藏東部三個區(qū)域內(nèi)的各個測站具有相對較高的相關(guān)系數(shù)，其各個區(qū)域內(nèi)的相關(guān)系數(shù)可達到0.8 以上。其中雅江一線東部的日喀則與拉孜一帶，中部的拉薩、墨竹工卡一帶，西部的林芝、米林一帶，北部到東北一帶的昌都、類烏齊一帶，東部的芒康、左貢一帶各站鄰近之間具有0.9 左右的相關(guān)性，這些兩兩測站之間高相關(guān)性，表明在歷史的變化過程中各站之間汛期降水時空變化保持著相似特征。在分析這些區(qū)域內(nèi)的短期氣候趨勢預測、長期預報，或者氣候影響評價時，也應考慮符合這一歷史氣候變化規(guī)律。

2.3 非相似性區(qū)域特征

圖1 表明，從申扎以西的阿里地區(qū)，隆子、帕里等南部邊緣地區(qū)，察隅等東南地區(qū)的相關(guān)系數(shù)都在0.5以下，說明其相似程度是很低，是非相似區(qū)域。他們之間的汛期雨量變化具有明顯不同的特點，這些測站之間的降水變化是相互獨立的，影響的天氣系統(tǒng)也應是不同的，或者同一天氣系統(tǒng)影響的結(jié)果區(qū)別較大。在預測這些測站時，應加以區(qū)別對待，采用單獨的，或獨立的分析過程，不能一概而論。

3 平均環(huán)流特征對比分析

查詢《高原天氣學》，得到了7—8 月500hpa 平均圖（圖4），對影響高原的天氣系統(tǒng)做了詳細說明。通過對比分析高原天氣系統(tǒng)的影響與相似區(qū)域的劃分特征，分析是否符合天氣系統(tǒng)的影響結(jié)果。從圖4 中可以看到在7—8 月500hpa 平均環(huán)流場上，高原中、東部切變線活躍的情況。夏季高原中、東部的切變線很好地配合了降水分布，是高原夏季的主要降水天氣系統(tǒng)之一。切變線降水天氣系統(tǒng)使得高原形成了從中部開始向東的相似區(qū)域，尤其是在雅江一線的相似區(qū)域符合切變線出現(xiàn)的位置。

圖4 7—8月5000hpa平均圖

由于西風槽的尾部在經(jīng)過高原東北地區(qū)時形成了自那曲到昌都的相似區(qū)域。副熱帶高壓586 西伸脊點對高原東部的影響，形成了芒康、左貢一帶的降水相似性。高原南部邊緣地區(qū)受印度低壓系統(tǒng)的影響，表現(xiàn)出南部邊緣地區(qū)測站降水的時空變化特征的極大差異性。而西部由于受伊朗高壓的影響，阿里地區(qū)的降水時空變化特征具有非相似性的特征。

4 歷史序列對比分析

4.1 相似區(qū)域曲線對比分析

為了更直觀地反映相似區(qū)域7—8 月降水時空變化的一致性，把相似區(qū)域內(nèi)的測站降水資料歷年序列標準化后，在同一坐標系內(nèi)進行具體的對比分析。選取了雅江各站和西藏東北部各站兩個典型區(qū)域，通過歷史序列的對比分析，更加直觀的反映出了各區(qū)域的歷史序列相似性特征。

4.1.1 沿雅江各站對比。拉薩站與墨竹工卡站，日喀則站與拉孜站，澤當站、貢嘎站與加查站三個站，林芝站與米林站的歷年汛期降水變化特征是十分相似的（圖略）。從歷史極值來看，1963年雅江一線汛期7—8月普遍出現(xiàn)了歷史降水最低極值，13個測站極值出現(xiàn)時間上同步達到了歷史最低值，在1987 年、1998 年雅江一線13個測站都同時達到了歷史最高值或次高值，各站極值出現(xiàn)的時間保持了一致性。

從圖1可看到，在雅江一線，存在著一個相關(guān)系數(shù)達到0.8 以上的東西走向的大區(qū)域，其中包含的站數(shù)達到14 個，在同一坐標內(nèi)疊加14 個測站歷年7—8 月的降水曲線后（圖略），可以看到，曲線的總體變化趨勢是基本一致的。

4.1.2 西藏東部各站對比。同樣對西藏東部測站7—8 月降水資料標準化在同一坐標系內(nèi)疊加顯示，可以得出與雅江一線類似的分析結(jié)果。昌都站與類烏齊站、芒康站與左貢站的降水變化特征保持一致性（圖略）。從出現(xiàn)極值的情況看，昌都與左貢在1983 年、1994 年同步出現(xiàn)了歷史最低值或次低值，1987 年、1991 年、1998 年同步出現(xiàn)了歷史最高值或次高值，極值的出現(xiàn)保持一致性。

由圖1 分析，西藏北部到東部地區(qū)存在著那曲到昌都一帶的相似區(qū)域，其相關(guān)系數(shù)達到0.8以上，包含5 個測站，對這5 個測站汛期7—8 月的降水資料在同一坐標系內(nèi)進行標準化曲線疊加后（圖略），可以看到，5個站的降水變化趨勢是基本一致的。

4.2 非相似性區(qū)域

分析非相似性的測站分布，可從另一方面了解相似區(qū)域的特征。為對比方便，建立了非相似性區(qū)域內(nèi)各測站與西藏38 個測站的相關(guān)系數(shù)圖5，圖中相關(guān)系數(shù)放大了十倍后四舍五入。由圖中分析看出，西部獅泉河、改則相關(guān)系數(shù)最低，南部邊緣地區(qū)的帕里、聶拉木等測站相關(guān)系數(shù)最低，表明西藏西部地區(qū)、南部邊緣地區(qū)、東南部地區(qū)各測站的降水變化與全區(qū)各站的降水變化特征具有明顯的不同特點。在分析制作這些測站的汛期降水預報時，各站需要加以區(qū)別考慮，分別描述。

圖5 西部阿里地區(qū)、南部邊緣地區(qū)、西南地區(qū)測站與全區(qū)38個測站的單相關(guān)系數(shù)圖

5 小結(jié)

（1）西藏汛期7—8月降水相似區(qū)域可以劃分為雅江一線為第一個相似區(qū)域，雅江一線內(nèi)分西段、中部、東段三個高相似區(qū)域，從那曲到昌都的東北部地區(qū)為第二相似區(qū)域，該區(qū)域東部具有南北兩個高相似區(qū)域。

（2）西藏汛期7—8月降水非相似區(qū)域分為西藏西部、南部邊緣地區(qū)、東南地區(qū)三個部分，這三個地區(qū)與西藏其他測站的降水變化趨勢存在著較大的非相似性。

（3）西藏汛期7—8月降水相似與非相似的劃分與天氣系統(tǒng)的影響具有密切的關(guān)系，氣候影響也具有一定的相同與不同，對分析預報，制作不同地區(qū)內(nèi)區(qū)域性的短期氣候趨勢具有參考價值。

（4）與其它測站具有相似性而資料短的測站來講，可以通過與相似測站的資料對比反演，可以得到較長的、合理性的回歸補充資料，對科研工作具有一定的參考價值。

（5）根據(jù)西藏最新的資料時間和測站布局，采用同樣的思路，可以分析最新的相似區(qū)域特征，對制定氣候區(qū)劃、氣象地理區(qū)劃，以及氣候分析、氣象服務工作具有一定的參考價值。