（气象学专业论文）珠江流域夏半年（4～9月）降水的时空变化特征与预测研究.pdf

y 1 0 1 4 4 8 6 珠江流域夏半年( 4 9 月) 降水的时空 变化特征和预测研究 摘要 根据珠江流域1 9 5 4 2 0 0 3 年夏半年( 4 9 月) 5 1 站的降水场资料，利用 统计学方法，研究珠江流域爱半年降水场的气候演变特征，阍时，用主分量逐步 回归预测模型，辩珠江流域夏半年降水场的空间分布进行预测试验。 分析结果表明：珠江流域夏半年平均降水量在6 0 0 1 9 0 0 m m 之间，最大中 心在广东阳江附近，自东南向鹾j b 逐渐减小；珠江流域夏半年降水量的标准差分 布熬本上是从东向西减小，最大变率中心仍然在广东阳江附近。 珠江流域夏半年降水分布存在5 种主要型态：全区涝( 翠) 型、南涝( 旱) 北罕( 涝) 型、东涝( 翠) 话旱( 涝) 掇、东蹶涝( 帚) 中部旱( 涝) 型、离期 北翠( 涝) 中部涝( 翠) 。珠江流域较容易出现全区性涝( 旱) 和南早( 涝) j e 涝( 睾) 的分布型态，占总年数的6 4 。 i 0 年滑动平均显示，珠江流域夏半年簿水场在1 9 8 3 1 9 9 2 年呈较照著的全 区偏旱分稚；在1 9 6 7 1 9 7 1 年前后东涝西荦的分布较显著；在1 9 7 9 年前后中部 涝东西旱分布较明显。在1 9 8 5 1 9 8 6 年前聪有南j b 部涝中部早分布特征。累积 距平分析和突变分析表明：除了i i 型分布无明显的长期变化趋势和突变，珠江 流域夏半年降水场其余主要分布型态均出现突变现象。功率谱分柝表明：i 型和 v 型均有2 5 年变化的显著周期，i v 型有1 2 5 年的显著周期。小波分析表明珠江 流域爱半年降水场的主要空间分布型在不同的时段有不同的显著周期。 避一步利用气候场的主分量逐步圈归预报方法，通过相关分轿和逐步回归， 找也球江流域夏半年簿承场豹主分量与海濑场、5 0 0 h p a 高度场游鞭子场的主分 蘩之瓣瓣关系。对矮缀方舔孛熬主要嚣予避行分桥，发巍藏海滋场鞍离瘦场藤言， 珠江流域夏半年降水场黝窝忧更多跫受离度场影嬲。与珠江滤域鹱半年降水关系 密切的高度场因子包括太平涕副热带赢堪、大西洋剐热带赢聪、西风稽等。 稍弼圜辩方程滋行羧合积试颈强，发现熊缀好蘧羧合臻注流域夏半年降水 懿变识。对2 0 0 4 2 0 0 6 年臻江濂域爱半箨降窳进行颈灏捡骏，发瑷预溺鳝采与 蜜况较接近，表哦预报方程对实际天气巅撤业务工作有一定的参考意义。 本文对珠汪流域凝半年降水场的气候演变特征作了初步的分耩并对其来来 约醛求场窒耪努毒懿交纯趋势遘霭裙步静颈溅，希望麓为礤究不黼建蘧熬送壤气 候特征和预测模型掇供秤物联气候背景与统计秘结合貔愚路。 荚键词：珠江流域，夏半年降水场，爨阆分布，演变特征，气候预测模型， 气候背景场 as t u d yo nt h ee v o l u t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n dp r e d i c t i o n m o d e lo fc li m a t ei nr a i n f a llb e t w e e na p r i la n ds e p t e m b e r i nt h ep e a r lr i v e rb a s i nr e g i o n a b s t r a c l b a s e do nt h er a i n f a l lo f5 1s t a t i o nb e t w e e na p r i la n ds e p t e m b e ri nt h e p e a r lr i v e rb a s i nr e g i o nd u r i n g1 9 5 4 2 0 0 3 ，t h es t a t i s t i c sm e t h o d sw e r e a p p l i e dt or e s e a r c ht h ec l i m a t i ce v o l u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so f r a i n f a l l b e t w e e na p r i la n ds e p t e m b e r ；a n dp r e d i c t i o nw i t hs t e p w i s er e g r e s s i o n a n a l y s i so fp r i n c i p a lc o m p o n e n t so ff a c t o rf i e l dw a sp e r f o r m e dw i t h i l 进一步利用气候场的主分量逐步回归预报方法，通过相关分祈和逐步圈归， 我出珠江流域夏半年降7 k 场的主分量与海溢场、5 0 0 h p a 高度溺等因子场的主分 鬣之闻静关系。对颓摄方程孛熬圭要缀予进行分爨，发现虢海潺场秘离凄场箍富， 球江流域夏半年降永场的变纯更多是受离壤场影确。与珠涯滤域爱半年终柬关系 鬻切的高度场因予包搔太平涕副热带高穗、大两洋尉热带赢聪、西风稽等。 荆鹧回翔方程溉霉亍激合和试预报，发现能缀好遗拟台球泼流域夏半年降永 魏交健。对2 0 0 4 2 0 0 6 年臻莲滚域爱半零降零进行羲溺梭验，发蕊颈溺结纂与 嶷况较接近，表硝预缀方程对实际天气预报渡务工作有一定的参考意义。 本文对珠渡流域鼗半年降水场的气候演变特征作了初步的分掇并对其来来 的降求场空稠分毒的变仡趋势进行初步熬预测，希望能为研究不弱蛾区豹送域气 揆特征帮颈溺攘墼撼爨一静物瑗气谈骛焱与绕诗穰缭余兹恿鼹。 关键词：珠江流域，夏半年降水场，窆啕分布，演变特饿，气候预测模型， 气候背景场 as t u d yo nt h ee v o l u t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n dp r e d i c t i o n m o d e lo fc l i m a t ei nr a i n f a l lb e t w e e na p r i la n ds e p t e m b e r i nt h ep e a r l r i v e rb a s i nr e g i o n a b s | i 翩撼霉 b a s e do nt h er a i n f a l lo f5 1s t a t i o nb e t w e e na p r i la n ds e p t e m b e ri nt h e p e a r lr i v e rb a s i nr e g i o nd u r i n g1 9 5 4 2 0 0 3 ，t h es t a t i s t i c sm e t h o d sw e r e a p p l i e dt or e s e a r c ht h ec l i m a t i ce v o l u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so f r a i n f a l l b e t w e e na p r i la n ds e p t e m b e r ；a n dp r e d i c t i o nw i t hs t e p w i s er e g r e s s i o n a n a l y s i so fp r i n c i p a lc o m p o n e n t so ff a c t o rf i e l dw a sp e r f o r m e dw i t h l l s p a t i a ld i s t r i b u t i o no fr a i n f a l lb e t w e e na p r i la n ds e p t e m b e ri nt h ep e a r l r i v e rb a s i nr e g i o n t h er e s u l t so fa n a l y s e sr e v e a l ：i nt h ep e a r lr i v e r b a s i nr e g i o n ，t h e r e i sd i f f e r e n tp r e c i p i t a t i o nv a r y i n gf r o m6 0 0 m mt o1 9 0 0 m m b e t w e e na p r i l a n d s e p t e m b e r ， a n dt h e p r e c i p i t a t i o n g r a d u a l l y d e c r e a s e f r o m s o u t h e a s t w a r dt on o r t h w e s t t h es t a n d a r dd e v i a t i o ng r a d u a l l yd e c r e a s e f r o me a s tt ow e s to nt h ew h o l e t h er a i n f a l ld i s t r i b u t i o no ft h ep e a r lr i v e rb a s i nr e g i o nh a sf i v e m a i nc a t e g o r i e s ：i w e t ( o rd r y ) i nt h ew h o l er e g i o n ，i i w e t ( o rd r y ) i nn o r t ha n dd r y ( o rw e t ) i ns o u t h ，i i i - w e t ( o rd r y ) i ne a s ta n dd r y ( o r w e t ) i nw e s t ，i v - w e t ( o rd r y ) i nc e n t e ra n dd r y ( o r w e t ) i ne a s ta n dw e s t ， v w e t ( o rd r y ) i nc e n t e ra n dd r y ( o rw e t ) i nn o r t ha n ds o u t h t h e r ei s e a s i e rt ob ew e t ( o rd r y ) i nt h ew h o l er e g i o na n dw e t ( o rd r y ) i nn o r t h a n dd r y ( o rw e t ) i ns o u t h f r o mt h e1 0 一y e a rm o v i n ga v e r a g e ，r a i n f a l lb e t w e e na p r i la n ds e p t e m b e r i np e a r lr i v e rb a s i nr e g i o nw e r em a i n l yd r yi n1 9 8 3 1 9 9 2 ，a n dw e r em a i n l y d r yi nt h ee a s ta n dw e ti nt h ew e s ti n1 9 6 7 1 9 7 1a n dw e ti nt h ee a s ta n d d r yi nt h ew e s ti n 1 9 7 9 。 c u m u l a t i v ea n o m a l ya n a l y s e sa n dm - km e t h o da n a l y s i se x p o s e st h a t o b v i o u sa b r u p tp o i n t sa r ep r e s e n ti na l ld i s t r i b u t i o nf o r m s ，e x c e p tt y p e i i f r o mp o w e rs p e c t r u ma n a l y s i s ，t h ef i r s t a n df i f t hp r i n c i p l e c o m p o n e n t sh a v ep e r i o d so f2 5y e a r s ，a n dt h ef o u t hh a sp e r i o d so f1 2 - 5 y e a r s w a v e l e t ea n a l y s i ss h o w e st h a tt h ed i f f e r e n ts p a t i a ld i s t r i b u t i o n o fr a i n f a l lh a sd i v e r s es i g n i f i c a n tp e r i o d si nd i f f e r e n tt i m e s o ns t e p w i s er e g r e s s i o na n a l y s i so fp r i n c i p l ec o m p o n e n t s ，i tw a sf o u n d t h a tt h ep r i n c i p l ec o m p o n e n t so ft h er a i n f a l ld i s t r i b u t i o no ft h ep e a r l r i v e r b a s i nr e g i o nw a sr e l a t e dw i t ht h ep r i n c i p l ec o m p o n e n t so fs e a s u r f a c et e m p e r a t u r e s ( s s t s ) f i e l da n d5 0 0 h p ag e o p o t e n t i a lf i e l d s ，t h e r a i n f a l lw e r ea f f e c t e dg r e a t e r l yb y5 0 0 h p ag e o p o t e n t i a lf i e l d st h a ns s t s t h ef a c t o r so f5 0 0 h p ag e o p o t e n t i a lf i e l di n c l u d et h es u b t r o p i c a lh i g ho n t h ep a c i f i ca n do nt h ea t l a n t i c ，t h ew e s tt r o u g h sa n da n de t c t h ef i t t i n gb a c ko ft h er a i n f a l lo ft h ep e a r lr i v e rb a s i nr e g i o nb y s t e p w i s er e g r e s s i o ne q u a t i o n sw a ss i g n i f i c a n t t h et e s t i n gp r e d i c t i o n s w e r em a t c h e dw e l ii n2 0 0 4 2 0 0 6 w h a tw eh a v ed o n ei nt h i st h e s i si st h ef i r s ts t e pt o w a r d st h e t h o u g h t o u tc h a r a c t e r i s t i ca n a l y s e sa n dv a r i a t i o n t r e n df o r e c a s t so f r a i n f a l lb e t w e e na p r i lt os e p t e m b e ri nt h ep e a r lr i v e rb a s i nr e g i o n 。w e h o p et h ew o r kc a np r o v i d eam e t h o d s o fj o i n i n gc l i m a t i cb a c k g r o u n dw i t h s t a t i s t i c sf o r s t u d y i n gc l i m a t e a n dp r e d i c t i o nm o d e li nd i f f e r e n t r e g i o n s k e yw o r d s ：t h ep e a r lr i v e r b a s i nr e g i o n ，r a i n f a l l b e t w e e na p r i la n d s e p t e m p e r ，s p a t i a ld i s t r i b u t i o n ，t h e c l i m a t ee v o l u t i o n ，t h e c l i m a t i cp r e d i c t i o nm o d e l ，t h ec l i m a t eb a c k g r o u n df i e l d i v 珠江流域夏半年( 4 , - - , 9 月) 降水的时空 变化特征和预测研究 第1 章前言 1 。1 珠江流域的地理特点 珠江是我国七大江河之一。根据国家水利部裁划计划司和珠江水利委员会 豹定义，珠江流域片位于东经9 7 。3 9 i 1 7 。1 8 ，北纬3 。1 1 2 9 。1 5 7 之阀，主要由两江、东江、j e 江等水系组成。流域丽积4 5 3 6 9 k m 2 ，其中我困境 内面积为4 4 2 l 万k m 2 。 珠江流域南临南海，西部为云贵高原，中部丘陵、盆地相闻，东南部为三角 洲冲积平原，地势西北离，东南低，总趋势由馥北向东南倾斜。除横断山脉南j b 走向外，其他山脉大多是东磋走向。 两江是珠汽的主于流，透江发源于云南省曲靖市沾益县境内的马雄山，主 要支流有北盘江、柳江、郁江、桂江及贺江等。北江发源予江谣省信丰县大茅塬， 主要支流有武水、连i 王、绥江等。东江发源于江螽省寻乌县梗髻，主要支流有新 丰江、蘧枝江等。 本文要研究的珠江流域片范围，定义在9 8 。e 以东、2 9 5 。n 以南，不龟括 海南岛和台湾岛在内的我鞫大陆地区。 1 2 珠江流域的气候特点 珠江流域是我国大陆最南方的一个流域片，属于滠热多雨的热带、亚热带气 候，北髓归线横贯流域的中部，气候温和多雨，年平均气温在1 4 2 2 之间。 年降水量1 2 0 0 2 2 0 0 m m ，年蒸发量约1 0 0 0 1 8 0 0 m m 。降水量分布地区差异明显， 由东向西逐步减少，降水最年内分配不均，年际变化很大，广东茜鄢沿海的降水 量与云南西北部的降水量之比最大可接近5 倍；丰水年和枯水年降水最之圪最大 可达6 7 倍。四季气候变化明显：春季阴雨连绵，雨天较多；夏零高温瀑热， 暴雨集中；秋季台风入侵频繁；冬季较少严寒，天气比较干燥，降水量稀少。每 年4 9 月为汛期，平均降水爨在5 5 0 l o 嘲，约占全年总降水量的7 2 8 8 。 初夏，影响珠江流域的天气系统主要是冷锋或静止锋、低压槽、高空小波动 和南支槽，由于南方海洋的暖湿气团和极媳大陆的于冷气霸交替出现，冷暖气流 常常交绥于、扛南、华南上空，势均力敌，位置少变，所以常会出现连续性、大范 围的强降水。进入盛夏，是台风影响的高发季节，此时珠江流域的强降水主要是 热带气旋造成，一般持续时间及笼罩范围不如锋蘸暴雨，但是如果热带气旋与嚣 方南下的冷寮气荚阉影响，瞧可出现大面积的暴雨。此外，如果热带气旋从福建 沿海登陆后西行，往往可以造成东江、北江、韩江上游的大范围强降水。珠江流 域每年的暴雨多出现在5 8 月。 1 3 珠江流域降水变化对农业、经济建设和人民生活的重要影响 珠江流域的降水量时空分布不均，差异很大，容易引起严重的浃灾和晕灾。 暴雨洪涝是珠江流域常见的一种严重灾密源，尤以中下游和三角溯为蔟。大 范围的强降水，往往会造成严重灾害，在平原低洼区形成积水，淹没农田，阻断 交通，危害仓储、水产、电力等众多生产部门；在山区常冲毁农田、果园，甚至 水坝、电站，弓| 发由洪、泥石流和滑坡、崩塌等地质灾害，对人民生产生活及生 命财产安全造成很大危密。1 9 6 0 年6 月韩江及粤东沿海，1 9 6 4 年6 月东涯、j 匕 汪，1 9 6 8 年6 月谫江、北江，1 9 9 1 年6 、7 月西江，1 9 9 4 年6 月谣江、l e 江、瀛 域都是受到南岭静止锋的影响，出现了长时间强降水和严熏的洪涝灾害，造成了 巨大的经济损失和人员伤亡。1 9 7 9 年9 月西技江、1 9 7 6 年9 月鉴江、九洲泛及 1 9 8 1 年l o 月漠阳江的特大暴雨、洪水都是热带气旋帮北方南下的冷空气共同佟 2 用造成的。珠江流域大部分地区，尤其广东省，是台风灾害多发嚣和重灾区。近 年来暴雨洪涝和台风灾害造成的虐接和间接经济损失里明显上升趋势”“”。 事物总是一分为二的，降水商造成灾害的不利一露，同时也有带寒丰沛淡水 资源的有利一瑶，特别是干旱地嚣或干幂季节，降水对缓解或解除干旱更具奄重 要意义。 珠江流域夏半年( 4 9 月) 也就是汛期，英降水量占全年总降水的7 2 以上， 人们关心的是汛期的早或涝问题，因此讨论汛期降水场的时空变化特征有缀熏要 的珑实意义。分柝珠江流域降水的变化规律，并根据其规律做预测研究，从新提 离珠江流域降水的预测水平对珠江流域抗洪防旱有着重要经济价值和社会效益， 对工农业生产和人民生活也是十分重要的。 1 4 研究概况 目前，有很多人研究了华南地区、西南地区、两广镣地区的降水分布特征和 演变特点，谢炯光“、钟利华“3 、黄永耨“1 、刘燕等嘲采用模糊聚类分析、e o f 、 r e o f 等分析方法对广东、广珏、华南趋区、谣南地区降水的区域特征分别进行 了研究。何有海等”1 、吴尚森等”1 的研究表明华南前汛期、盾汛期降水存在2 4 年以及年代际尺度的振动周期，但是存在着明显的遗区差羿。已有的研究表明， 华南、疆南地区的年降水、汛期降水以及广东省的降水都有自己的分布特征和演 变特点，那么把整个珠江流域做为一个整体来研究，其夏半年( 4 9 月) 降承 分布又有怎样的时空特征呢? 近年来很多学者应用数理统计方法，对单站或者区 域进行气候变化趋势分柝，以寻找单站或区域的气候变化规律，从丽提高气候预 测，特别是长期预测的准确率。如邓自骶等嗣用小波变换方法对嚣安市近5 0 年来气候变化特征进行分析，丁裕因嘲翻用交叉功率谱分析对5 0 0 h p a 平均场和 旬降水量进行分析，任崇“”应用宜线趋势分析方法对华南沿海近4 2 年的气候交 化进行了分析，发现华南沿海地区的降承和气滠都量上升趋势。但运用统计学方 法对珠江流域的降水分布特征进行全谣的分析，霸前还比较少见。 ( 1 ) 粱必鹱减轻极端天气和气候灾害的影响广东省气象学会，2 0 0 5 ，3 3 许多研究工作者也对区域的气候规律及其成因进行了分析和探讨。黄永新 、梁建茵呲1 、谢炯光“越等的研究表明，广东省年降水、前詹汛期降水与5 0 0 h p a 赫度场、西北太平洋海温场、北半球海平面气压场均有密切关系。吴晓彤等“ 用数值模拟方法研究了南海海温对华南降水豹影晌。近年来的研究砌5 m 6 3 也表 明，海温场、5 0 0 h p a 窝度场等因素与我国东部、华j 、淮河流域等区域的降水 关系密切。那么珠江流域夏半年降冰场的变化主要与哪个季节哪个送域豹 5 0 0 h p a 高度场和海温场有密切关系昵? 本文试图找出这些相关，并建立回归方 程，进行预报试验。 在众多相关物理因子的蒸础上，建立好的预测模囊也是难题之一，国内外 很多学者尝试用统计学模型作预测。谢炯光等n 2 1 对两j 太平洋海滏缀转动主分 鲞分柝，选出天气意义明确的因子，用逐步阐归建立广东汛期备月预报方程，对 汛期降水预测有较好豹参考价值。林爱兰“羽典型相关分析法尝试做汛期降水 分布趋势的预报。纪忠萍等“将最优气候均态法用予月降水和月平均气温豹预 报。林爱兰等“明建立多元均生函数模燕，对模型加入因子变量，使气象要素交 化的物理诊断与预测结合起来。陈刨买等昶餍文等蹿”分别利用主分摄逐步回 归方法对广东年降水和广东春雨进霉亍了分析预报。b a r n s t o n ，a g ，a n d c f r o p e l e w s k i 船2 3 用典型相关方法( c c a ) 作e n s o 振荡的预测。p a s s i ，r m a n d a 。p s c h u m a n n 2 羽提出了潜分析和自回归分桥相结合的预测模型。 物理背景场与统计相缩合的预报方法对于区域气候预测，仍是羞前最黧要 的预测手段。林爱兰控4 1 利用n c e p n c a r 再分析资料，从5 0 0 h p a 高度场、f f 习_ 外 长波辐妻| ( o l r ) 场、海表温度( s s t ) 场以及表征高、中、低纬大气活动特征 的1 4 个大气环流指数四个方蟊，研究广东省前汛鬏月降水异常的前期信号，形 成预测概念模澄。h a m a c k 等人泌l 选取前期的7 0 0 h p a 高度场、裁太平洋及北大 西洋海温场的前凡个主分曩作为预报因子，建立曩织方程来预测美国备季的降水 量。罗其庆等i 2 6 1 利用5 0 0 h p a 高度场和北太平洋海温场，建立空间积分回归模型 对西北江流域的洪水进行预测。黄嘉佑等。7 1 用主分囊逐步筛选因子的典型楣关分 4 柝方法对三峡地区夏季降水作预报试验，效果良好。髫前，对整个珠江流域的降 水变化分折和预测模型的研究比较少见。 觋归分柝怒气象领域中利用前期合适的因子作气象序列预报的最常闵的经 典统计方法。线性回归方程不能反映复杂多变的气象要素的楣互作用。气象序列 中的极佳( 即所谓高枉秤点) 常对大量规律饿的研究产生不良的影响。为克服这 种影响，尽可能使预报误差最小的逐步回归方法仍是目前稳健的回妇预报模型 2 8 1 。 陈创买等【2 0 】就广东省灾害性气候进行变化趋势及其影响的研究，提出了气 候场的主分堂逐步潮归预报模型，把对气候场的预报变成对气候场的主分量的逐 步霸鹅预报，以具有商信息基的因子场的主分量作为预报因子，即考虑了因子场 的不同分布型对气候场的影响，使预报模型建立在明确的物理气候背景之上。模 塑实现了把一个气候场与多个气候背景场联系起来，应用于广东省年降水量的预 测，取 ：导较好的效果。 本文利用熏分薰分拆、功率谱、突变、小波分析等统计方法对珠江流域夏半 年( 4 9 月) 的降水序列进行系统的分析，目的在于揭示珠江流域夏半年降水 的演变特征；并运用主分显逐步回归预测模型对降水场进行预测试验。 第2 章资料及分析原理 2 1 资料来源和处理方法 根据溪家气候中心公布的全国主要站点的历史雨豢资料，取珠江流域( 2 0 0 n 3 0 0 n ，9 8 。e 1 2 2 0 e ) 地区分布较均匀的5 1 个站1 9 5 4 2 0 0 3 年夏半年( 4 9 月) 的降水量作为基本资料，参照文献啪3 的计算方法进行主分量( p c a ) 计算。 根据国家气候中心整理公布豹太平洋海温场和北半球5 0 0 h p a 高度场月平均 格点资料，取太平洋1 9 5 1 年1 月到2 0 0 3 年1 2 月2 8 6 个格点海温场胃平均资料， 将太乎洋海温场分为5 个区，取5 个区的春夏秋冬四季、六个自然季节( 1 2 5 月、3 4 月、5 6 月、7 8 月、9 1 0 月和1 1 1 2 月) 、前、聪汛期、夏半年 和冬半年总共1 4 个季节的气候场，对它们分区分季节进行主分景分析，荠取其 前8 个主分量；同时取1 9 5 1 年1 月至i2 0 0 3 年1 2 月j e 半球5 0 0 h p a 高度场梅花格 点5 5 共5 7 6 个网格点的月平均高度资料，将其分为1 1 个区，取各个区的上述 1 4 个季节的气候场，对它们进行主分鬟分析，穗取其前8 个主分量，将这些主 分量作为预报因子，两者合共1 7 9 2 个因子。气候背景场的分区如下： ( 1 ) j e 半球5 0 0 h p a 高度场分为：1 区( 5 1 8 0 。e ，4 5 8 5 。n ，东北半球j e 部) ；2 区( 5 1 8 0 4e ，1 0 4 5 。n ，东j e 半球南部) ；3 区( 1 8 5 3 6 0 。e ，4 5 8 5 。n ，西北半球北部) ；4 区( 1 8 5 3 6 0 。e ，1 0 4 5 。n ，西北半球南部) ；5 区( 5 1 8 0 。e ，1 0 8 5 。n ，东北半球) ；6 区( 1 8 0 3 6 0 。e ，1 0 8 5 。n ，西北 半球) ；7 区( 5 3 6 0 。e ，1 0 8 5 。n ，熬个北半球) ；8 区( 9 0 2 7 0 。e ，l o 4 5 。n ，太平洋地区南部) ；9 送( 9 0 2 7 0 。e ，5 0 8 5 。n ，太平洋媳区j 部) ； a 区( 5 3 6 0 。e ，1 0 4 5 。n ，j b 半球副热带离匿区) ；b 区( 5 3 6 0 。e ，5 0 8 5 。n ，北半球极涡区) 。 ( 2 ) 北太平洋海温场分为：1 区( 1 1 0 1 8 0 。e ，l o 。s 1 5 。n ，北太平洋西 部) ；2 区( 1 8 0 2 7 0 。e ，1 5 5 0 4n ，北太平洋东北部) ；3 嚣( 1 8 0 2 7 0 。e ，l o 。s 1 5 。n ，赤道东太平洋) ；4 区( 1 1 0 2 8 5 。e ，1 5 。s 。n ，全太平涕海 滠) ；5 区( 1 i 0 2 8 5 。e ，1 0 。s 3 5 。n ，太平洋热带区) 。 2 2 统计原理与计算分析方法 2 2 1 气候统计特征量计算 据么枕生汹3 ，可计算气候序列的平均傻和标准差的无偏估计。气候序列的 平均值： ；三警鼍 以禽 ( 2 - 1 ) 6 气候序列的标准差： s 一刍耋瓴匆2 浯z ， 2 。2 。2 气候序列酶长襞交纯趋势分析 气候序列中存程的长期变化趋势w 以粥一个时间t 的p 次幂函数的多项式 来缀合3 啦，逛为 ￥= 弼+ + 钐2 十+ 哆广(pk)(2-3) 熬中备系数，嘎，唧 w 根据最小二乘法的骧理求褥，并用穗荚系数做暴著性t 擒验。 2 2 。3 气姣序列的滑动警均 涝动平均蔻趋势投合技术最蕊勰的方法3 ，它就怒低邋滤波豹一种方 法，磊臻定砖窝露裂熬平溪篷寒显示变化趋努。怼襻本爨为i t 鲮彦襄x ，萁潺 溯平均净列褒示为： 膏 ： x 时1 ( j 氆2 3 眺+ 1 ) 4 ) 茭审k 舞溪动长发。经过添磊乎蟓爨，渗楚孛短予游动长凌豹震蘩大大戮弱， 最汞出长的变化周潮。 2 2 4 气候序列的累积躐警 累积距平1 3 1 l 也楚一稀常用的、淹勰线直观判断变他趋势的方法。对予序 列x ，其某一时刻t 的累积距平表示为； 驴善瓴一z ) ( 2 - 5 ) 7 其中x 孝酗 将n 个时刻的累积距平值全部算如，即可绘出累积距平曲线进行趋势分析。 2 2 5 气候序列的突变分析 气候要素时间序列x l ，x 2 ，x ，x i 是否存在突变现象，可壤m a n n - k e n d a l i 法进行检测蛐。可根据正序列曲线c ，和反序列魏线c ：的交叉点情况判定净列是 否发生突变。 2 2 6 气候序列的功率谱分析 功率谱分析。”可以用来研究要索序列的变化周期，研究中通常采用桶关函数 法，即通常称为的连续功率谱。对于一个标准亿时间函数x ( t ) ， 其加窝连续功率谱可用下式计算： 驴2 p + 2 蓦r p o o s 警 ，馥却k m ) 6 ) 其中m 为最大落后数，k 为波数，r ( t ) 为序列的自相关函数，d ( t ) 为谱窝函数， j 鞋：处使用帕仁( p a r z e n ) 窃函数。根据序列的红、自噪声过程特性还需作周 期显著性的x l 检验。 2 2 7 气候序列的小波分析 由于功率谱分析只能够分析出信号序列在整个时间上平均的周期性质，不能 反映出周期成分的强度随时闻的变化池3 ，丙小波分析能够在频率域和时间域同 时分解信号，绉遮周期性的时闽变化。小波分析特别适合于分析函数的局部可缩 性，劳发现它的奇异往和刻划奇异性的可能特征3 酬啪3 。本文中选用最常用的 8 爱数影式的j 、渡酌数m o r l e t 予波函效。 z 2 它鲍母遁数为蚤 ) = e 2 串8 黼 ( 2 7 ) 其小波交换为翔下形式：m 名 ( ，) 2 j = 。，去蚤( 譬) 幽 ( 2 8 ) 式( 2 8 ) 中，w 。山( ，) 为小波系数，f ( x ) 为一个信号或平方可积函数，4 为 分辨尺度，b 为警移因予，符号“”表示共轭。 箕黪瑾空嚣必痊彳与分瓣足度瘁之蠲瓣关系为t = i 。0 3 5 a( 2 小波能量谱e ( a ，6 ) 一寿| m 0 ，6 ) | 2 ( 2 l o ) 由小波能量谱可发姨出序歹 j 变化圭鞭髑期的强度随时闽的炎化3 2 m “。 2 2 8圭分爨逐步鋈爨模型鹣数学蘸理 出主分量的憾旗，不同的主分爨彼j 勰：是无关的，可以梢头几个方纛较大 翡时润丞数与其对应的空间函数乘积佟为原气象要素场的继诗，魄裁可以将 气候场瓣疆羧变戚辩气镆场主努鬟黔睽缀。嚣老簿气候场馋栋雄健楚理，器 进行p c a 计算，褥主分基矩阵。炎了掇薅鞭掇效巢，预报戮孑纛是来鑫各园 子场豹主分爨。通过相关分柝和逐疹网归计算，对该场的标准能主分量逐个 进行搬合和预搬。然届对该场的标准化主分纛预报进行殿算，得到标准像变 量窥琢始变鬃豹拟食彝预掇，并终谖麓健诗。 2 2 8 1 对气候场作标准化处理 竣骤始气候场为妒个空闻悫窥n 令对间煮鳇p x 捍酚矩阵蔗。，其标准化交 爨矩辫爻 z p 。m ) ( k 。1 ，2 ，p ：i = i ，2 ，n ) ( 2 1 1 ) 斌中为第k 个空间点篇i 个时问点的标准亿变量。 强一兢一x , ) s l ( 2 - 堙) 9 其中x t 和吼分别为空间点的平均值和标准差。 2 2 8 2 对气候场作主分量分柝 对标准化气候场z ，进行p c a 计算，褥： z ，。t 。，彬。 ( 2 - 1 3 ) 式中v 为p r 阶特征向量，w 为r n 阶主分景，r 为p 和n 的最小值。 取占9 0 以上方差的前k 个主分量进行标准化，即 l y 。= 八一i 壤。( 2 - 1 4 ) 1 其中八一i 为特征元素对角阵。 2 2 8 3 对气候场的标准化主分量进行回归预报 对预掇场的前k 个主分基逐个建立回归方程，爱b 第k 个标准化主分量的网姻 预报模型为： y n + 荟q 允+ e n 忙，n ) 2 。1 5 其巾c 。为常数，氏为回归系数，厶为预报因子，e k 为误蓑，l 为可熊预报因予 数。 由于预报因予的数量很大，在建翻归方程前先要对所有预报因子进行初步相 关筛选，第k 个预报场的主分量y k 与第z 个预报因子五的相关系数为： 小三骞( 警警， 浯蚴 其中死和五为平均傻，靠和墨为标准差。设定最著性水平a ，著，扎， 魁第f 个预报因子与预报量的相关显著，可作为预报因予参加逐步回归。 如果有h 个预报因子进入回归方程，购由式( 2 1 5 ) 得 也 死一薹吒允 ( 2 1 7 ) 1 0 2 2 。8 。4 辩标准化气候场的拟合和预报 先鼯气候缓瓣标漆讫主分镦的颈鼗壤秘撅合蕊避孬反髯： 氍。( 。) 一a 2 k 。( 。) 一a 2 瓴。k 。，) ( 2 - 1 8 ) 擐摄g r a y 懿鹾究，缓定在缀小懿露鲻痰，鞭缀场煞窆淹透数场0 媾是不变 驰，可以对标准他变爨场进行舷含和预报： z ，。西+ 。) 一圪。t 敞。_ 。) 一( 暇x 挂敝。) 。( z p 。z p 。) ( 2 1 9 ) 2 2 8 。5 对原始场盼擞含和预搬 x 畔睁q 雀s 声吣。砖嚣p 其巾露，和s ，分别为原始气候场的均值和标溱箍序列。 ( 2 2 0 ) n 第3 章珠江流域夏半年降水的时空分布特征 3 1 珠涯流域夏半年平均降水场的空间分衣特征 3 1 1 平均降水场的分布特征 珠江流域夏半年平均降水场的分布特征基本上是从东南向西北减小( 豳 3 - 1 ) 。最大降水中心超过1 9 0 0 m m ，在广东阳江附近。最小降水中心在云南省德 钦附近，不足6 0 0 m m 。珠江流域的东部和东南部地区，夏半年的平均降水均超过 1 0 0 0 m m ，尤其广东中南部沿海大部分地区夏半年平均酶水量很大，超过1 5 0 0 m m 。 图3 1 ：珠江淀域爱半年平均降水量的分布( 单位：m m ) 3 1 2 降水场的标准差分布特征 珠江流域爱半年降承场的标准差分布特征基本上是从东向鹾减小( 图3 2 ) ， 沿海地区的标准差较大，内陆地区的标准蓑小。标准差最大中心在广东阳江附近， 中心值达到5 3 1 m m ；标准差最小中心在云南西部地区的保山附近，只有1 l o m m 珠江流域夏半年降水既受西风带系统的影响，也深受东风带系统的影响，尤其沿 海地区7 9 月黝降水量受台风影响很大，假每年影响沿海地区的台烈个数变化 很大，因越沿海地区夏半年辫水量年变化很大，标准差像就狠大。 璺3 - 2 ：臻江滚域受半年终拳羹嚣挺准差分毒( 攀愈：m m ) 3 2 璩渡流域夏半年降冰场的主分量分析 将珠江流域5 l 站的爱半年降水场进行主分量分析。由褒3 - 1 可知，珠江流 域疑拳年酶承场浆2 5 个主分餐的累积方羞烫献百分率可以达戮9 4 4 ；掰旃5 个主分量豹桑被方羞贡献百分鬻可戳达到5 3 ，基本可默概括实际降求绣的空闷 分布特征，因此可以用来代替对整个场的分韦厅。 表3 - 1 臻江流域夏半年降农场前2 5 个主分量掰占方藉及葵嚣积露分数 蔓分量 l234567891 0l l 21 3 特征馕 o ，0 26 4 34 6 82 9 62 3 82 0 5 l9 3 1 8 ll 。6 9i6 41 4 9 l4 5 1 1 9 方装嚣献奉 2 氇0 31 28 69 3 659 247 64 1 l3 9 53 。6 23 3 83 2 92 9 82 9 02 3 8 鬃靛嚣献辜2 0 ，0 3 3 28 9冯2 2 54 8 1 75 2 9 35 7 0 46 氇8 96 4 + 5 06 78 87 1 t 77 4 1 57 7 0 57 9 4 3 盎分量 1 41 51 61 71 81 92 02 l2 22 32 42 5 特征瞧 0 9 lo 8 5疆8 0o 7 4o ，7 lo ，6 4o 馥o 5 40 4 7o ，4 5o 4 lo 。3 6 穷麓舞献率 1 8 2l ，7 l1 6 0i 4 7i ，4 2i ，2 81 2 3i 0 8o 9 4o ，8 9o8 2理7 2 累张攒献率8 1 2 58 29 68 45 68 6 ；0 38 7 4 58 8 ，7 3 8 9 9 69 1 0 49 1 9 8 9 2 ，8 7 9 3 6 99 4 4 0 第l 特征向量场( 图3 3 ) ，除了在云南丽江附近有小块区域为弱的负值外， 整个珠江流域绝大部分都为正值。在江嚣中部到湖南南部以及广东j b 部和广西北 部地区为正的高馕区，中心位于江西吉安附近。 图3 - 3 ：珠江流域夏半年降水场第1 特征向量分布 第2 特缝向量是北负南正的分布( 图3 4 ) ，零值等值线东起浙江宁海，经福 建北部、江西中部、湖南中部、广西北部、云南北部，把整个珠江流域分成南北 两半；北部为负德区，中心在湖南岳阳和四i 酉阳一带；南部为正僵区，中心在 粤东地区的汕头。等德线蒸本是东西走向。 图3 - 4 ：臻江流域夏半年降水场第2 特 正向鬃分布 由图3 5 ，第3 特征向量场是东负西正的分布，零值等德线j 起湖赢大庸， 经过湖南和广东中部；东部为负馕区，中心在浙江东南部滠岭附近；西部为正值 区，中心在广薅南宁和云南昆明。等值线基本魁南北走向。 圈3 - 5 ：珠江流域夏半年降水场第3 特征向量分布 由图3 - 6 ，第4 特征向量场楚东聪两侧为正、中部地区为负静分布，零值等 值线经过福建珏南、江谣东南部、湖南北部、贵州中部、云南东南部。广东、广 谣、江西南部、湖南中南部、贵州中南部以及云南东南部均为负值，中心在广西 柳州和广东广州；其余地区均为正值区，中心在福建福州、四川会理。 图3 - 6 ：珠江滤域夏半年降水场第4 特征向鬣分布 第5 特，征向量大致呈南北两侧为负、中部地区为正的分布( 图3 7 ) 。零毽等 值线经过广嚣中部、广东北部、江西东部和中部、湖南和贵州i 部、云南北部。 另一条零线在福建中部到浙江东南部。酾川i 西南部、江谖北部、福建北部和浙江 街部、以及广东、广西东部均为负值，北侧的负僮中心在四川资中附近，南侧的 负值中心在广东广州附近；云南、贵州、湖南、广西疆部、江西南部、福建东南 部均为正值，中心在云南洱源和贵州天柱附近。 图3 7 ：珠江流域夏半年降水场第5 特征向量分布 姥外，还有些别的特征囱量分布，因所占的比例较小，图略。 3 3 珠涯流域夏半年降水场空阅分布的主要类型 主分量有正存负，从量上反映了特征向量随时间演变的规律，其值越大，表 示对应向量场对要素场的贡献越大。它们与特征向量配合，可以反映出珠江流域 夏半年降水场分布的各种类型。 3 。3 1 全区性旱( 涝) 型( i ) 当第1 主分量为正时，表现为全区绝大部分偏涝，1 9 7 3 年就是这种典型( 图 3 - 8 ) ；当第1 主分量