（气象学专业论文）中国东南部全年旱涝时空分布特征和预测研究.pdf

中国东南部全年旱涝时空分布特征和预测研究 摘要 取中国东南部( 1 0 5 。e 以东，3 5 。n 以南的中国大陆部分) 1 9 5 4 2 0 0 4 年分 布较均匀的6 8 个站的月降水量资料，作正态化处理，计算出各站的证念降水z 变量作为旱涝基本资料。对中国东南部全年早涝场进行主分量分析，得到它的空 间函数矩阵和时间函数( 主分量) 矩阵；并用z 一变量来划分旱涝等级，计算区 域早涝指数，为研究其空间分布特征和时间变化规律提供基本资料。用滑动平均 法、突变分析、功率谱分析、趋势分析等方法分析主分量的时间变化规律。用主 分量逐步回归预测模型对中国东南部全年早涝的趋势进行预测。 结果表明，中国东南部全年旱涝的基本空间分布可分为6 型：全区域旱( 涝) 型( 北部小片地区相反) 、南旱( 涝) 北涝( 旱) 型、南北旱( 涝) 中间涝( 旱) 型、东旱( 涝) 西涝( 旱) 型等。滑动平均分析表明：中国东南部全区域性的旱 涝情况是上世纪六十年代偏旱，七十到八十年代正常，九十年代洪涝呈增多的趋 势。功率谱分析表明：第1 主分量具有准3 年周期，第2 主分量具有准2 年和准 3 年的周期，第3 主分量存在l o 年的振荡周期，第4 主分量存在准1 3 年和准1 7 年周期，第5 主分量存在准3 年周期，第6 主分量存在2 5 年周期的变化特征 突变分析表明：第1 主分量在1 9 9 0 年到1 9 9 1 年之间存在突变，第3 主分量在 1 9 9 2 年前后和2 0 0 0 年都有突变，第4 主分量在1 9 6 1 年、1 9 8 4 年、1 9 9 4 1 9 9 6 年、2 0 0 2 年都存在突变；趋势分析表明，各个主分量没有显著的气候变率和其 它长期趋势。区域的雨涝指数分析表明：1 9 5 4 ，1 9 7 3 ，1 9 8 3 ，1 9 9 8 ，2 0 0 2 年， 是全区域性大水年；区域的干旱指数分析表明：1 9 6 3 ，1 9 6 6 ，1 9 7 1 ，1 9 7 8 ，2 0 0 3 年是全区域性大早年。上世纪六十年代全区域性的早年较多，九十年代中期到本 世纪初全区域性的涝年较多，七十年代前期大旱大涝交替出现，八十年代相对而 言是区域性的风调雨顺时期。 利用气候场主分量逐步回归预报方法，通过相关筛选和逐步回归，找出了北 半球5 0 0 h p a 高度场和太平洋海温场与中国东南部早涝之间的关系，建立了中国 东南部全年旱涝主分量的逐步回归方程，通过预测值与实况值的对比发现，前4 个主分量的回归方程的复相关系数均超过0 8 6 ，具有较好的拟合效果。通过前 2 5 个主分量反算出来的2 0 0 4 年中国东南部旱涝等级的预测图，与实况图对比发 现预测效果有一定的参考价值。通过对回归方程入选因子的分析，发现前一年下 半年( 特别是9 l o 月) 的北半球5 0 0 h p a 高度场和太平洋海温场对中国东南部 旱涝场有较大影响，进一步研究表明，绕极西风带槽脊的强弱与中国东南部旱涝 有对应关系：9 1 0 月北美大槽加深，同时阿拉斯加脊加强，对应次年我国东南 部的区域性早年：相反，若环流较平直，对应次年我国东南部的区域性涝年。北 太平洋南部副高的强弱和位置与我国东南部旱涝也有对应关系：夏季副高位置偏 北，对应我国次年东南部全区域性偏旱。夏季副高较弱，副高西脊点偏东，对应 我国次年东南部全区域偏涝。 关键词：旱涝、时空分布、主分量分析、逐步回归、预测、中国东南部 t h es t u d yo fs p a t i a l t e m p o r a ld i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so f a n n u a lf l o o d d r o u g h ta n di t sp r e d i c t i o ni ns o u t h e a s t e r nc h i n a a b s t r c t s t h er a i n f a l ld a t ao f5 1y e a r s ( 1 9 5 4 2 0 0 4 ) a t6 8s t a t i o n si ns o u t h e a s t e r nc h i n aa r e u s e dt on o r m a lc a l c u l a t et h en o r m a lp r e c i p i t a t i o nv a r i a b l e ( z ) b a s e do nt h e z v a r i a b l e st h ep a p e re d u c e st h es p a c ea n dt i m ef u n c t i o nm a t r i xo fd r y n e s sa n d w e t n e s si ns o u t h e a s t e r nc h i n a ，a sw e l la sg r a d e sd r y n e s sa n dw e t n e s sa n dc a l c u l a t e s t h er e g i o n a l f l o o d d r o u g h t i n d i c e si no r d e rt o s t u d yi t ss p a t i a l a n dt e m p o r a l d i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r t h et e m p o r a lv a r i a b l er u l eo fp r i n c i p a lc o m p o n e n ti sa l s o a n a l y z e db ym o v i n ga v e r a g em e t h o d ，c a t a s t r o p h em e t h o d ，p o w e rs p e c t r a lm e t h o da n d t r e n da n a l y s i sm e t h o d a tl a s t ，t h e p r i n c i p a lc o m p o n e n ts t e p w i s er e g r e s s i o n f o r e c a s t i n gm o d e li s u s e dt op r e d i c a t et h ey e a r sd r y n e s sa n dw e t n e s st r e n do f s o u t h e a s t e r nc h i n a t h er e s u l ts h o w st h a tt h ed r y n e s sa n dw e t n e s ss p a t i a ld i s t r i b u t i o no fs o u t h e a s t e r n c h i n ad i v i d ei n t o6t y p e s t h em o v i n ga v e r a g ea n a l y s i si n d i c a t e st h a ti t sm a i n l y d r y n e s si n1 9 6 0 s ，a n dn o r m a li n1 9 7 0 sa n d1 9 8 0 si ns o u t h e a s t e r nc h i n a ，a sw e l la s w e t n e s so c c u r r e dm o r ei n1 9 9 0 s t h ep o w e rs p e c t r a la n a l y s i ss h o w st h a tt h e1 3 p r i n c i p a lc o m p o n e n th a sq u a s i t h r e ey e a r so s c i l l a t i o np e r i o d ，t h e2 叫p r i n c i p a l c o m p o n e n t h a s q u a s i b i e n n i a l a n d q u a s i t h r e ey e a r sp e r i o d ，t h e3 一p r i n c i p a l c o m p o n e n th a s t e n y e a r s o s c i l l a t i o n p e r i o d t h e 4 0p r i n c i p a lc o m p o n e n th a s q u a s i t h i r t e e na n dq u a s i s e v e n t e e ny e a r sp e r i o d ，t h e5 mp r i n c i p a lc o m p o n e n th a s 1 1 1 q u a s i t h r e ey e a r sp e r i o d ，t h e6 “p r i n c i p a lc o m p o n e n th a sq u a s i h a l fa n dt w oy e a r s p e r i o d t h ec a t a s t r o p h ea n a l y s i sr e s u l ti n d i c a t e st h a tt h e1 “p r i n c i p a lc o m p o n e n th a s c a t a s t r o p h eb e t w e e n1 9 9 0a n d1 9 9 1 ，t h e3 一p r i n c i p a lc o m p o n e n th a sc a t a s t r o p h ei n 1 9 9 2a n d2 0 0 0 ，t h e4 “p r i n c i p a lc o m p o n e n th a sc a t a s t r o p h ei n1 9 6 1 ，1 9 8 4 ，1 9 9 4 1 9 9 6 a n d2 0 0 2 t h et r e n da n a l y s i sr e s u l ts h o w st h a te a c hp r i n c i p a lc o m p o n e n th a sn o d i s t i n c tc l i m a t ev a r i a b i l i t ya n do t h e rs e c u l a rt r e n d w e t n e s si n d e xs h o w st h a tt h ew e t y e a r sv e r i f i e da r e1 9 5 4 ，1 9 7 3 ，1 9 8 3 ，1 9 9 8 ，2 0 0 2a n dd r y n e s si n d e xs h o w st h a tt h ed r y y e a r sa r e1 9 6 3 ，1 9 6 6 ，1 9 7 8 ，2 0 0 3 t h e p r i n c i p a lc o m p o n e n ts t e p w i s er e g r e s s i o nf o r e c a s t i n gm e t h o di su s e dt of i n d t h er e l a t i o nb e t w e e nt h en o r t h e r nh e m i s p h e r e s5 0 0 h p af i e l da n dt h ep a c i f i c s e a - s u r f a c et e m p e r a t u r e ，t h e nb u i l d i n gas e to fd r y n e s sa n dw e t n e s sp r i n c i p a l c o m p o n e n ts t e p w i s er e g r e s s i o ne q u a t i o no fs o u t h e a s t e r nc h i n at h r o u g hc o r r e l a t i o n s c r e e n i n ga n ds t e p w i s er e g r e s s i o n b yc o n t r a s t i n gt h ef o r e c a s ta n dr e a lv a l u e ，i t d e t e c t st h a tt h em u l t i p l ec o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n to ft h e1 “t od 协p r i n c i p a lc o m p o n e n t s r e g r e s s i o ne q u a t i o na r ea l lo v e r0 8 6 w h i c hr e a c h e sp r e f e r a b l ef i t t i n ge f f e c t t h e d r y n e s sa n dw e t n e s si n2 0 0 4t h a ti sc a l c u l a t e db yr e g r e s s i o ne q u a t i o na n dp r i n c i p a l c o m p o n e n ta n a l y s i si ss i m i l a rt or e a lv a l u e ，w h i c hs h o w st h ef o r e c a s t i n ge q u a t i o n si s r e f e r e n t i a l m o r er e s e a r c hf i n d so u tt h a tt h en o r t h e r nh e m i s p h e r e s5 0 0 h p af i e l da n d t h ep a c i f i cs e a s u r f a c et e m p e r a t u r ei nt h el a t e rh a l fo ft h ey e a rw i l ld om o r ea f f e c tt o t h ed r y n e s sa n dw e t n e s so fs o u t h e a s t e r nc h i n a b o t ht h ed e p t ho ft h ee a s t c o a s t l a r g e s c a l et h r o u g ho ft h en o r t ha m e r i c aa n dt h ei n t e n s i t ya n dl o c a t i o no fs u b t r o p i c a lh i g h i nt h es o u t h e r no fn o r t hp a c i f i cc a ni n d i c a t et h ed r y n e s so rw e t n e s so fs o u t h e a s t e r n c h i n a w h e nt h ee a s t c o a s t l a r g es c a l et h r o u g ho ft h en o r t ha m e r i c ai sd e e p ( s t r o n g ) i ns e p t e m b e rt oo c t o b e r ，d r y n e s si ns o u t h e a s t e r nc h i n ai se x p e c t e dt h en e x ty e a r a n dw h e nt h er i d g eo fs u b t r o p i c a lh i g hi nt h es o u t h e r no fn o r t hp a c i f i ci ns u m m e ri s n o r t ht ot h en o r m a ly e a r s ，d r y n e s si ns o u t h e a s t e r nc h i n at h en e x ty e a ri sa l s o e x p e c t e d k e yw o r d s ：f l o o d d r o u g h t 、s p a t i a l t e m p o r a ld i s t r i b u t i o n 、p r i n c i p a lc o m p o n e n t a n a l y s i s 、s t e p w i s er e g r e s s i o n 、p r e d i c t i o n 、s o u t h e a s t e r nc h i n a v 中国东南部全年旱涝时空分布特征 和预测研究 第1 章引言 气象灾害中，干旱和洪涝以其影响范围广、持续时间长而成为影响最严重的 灾辫，目前全球各种自然灾害所造成的损失中，干旱占了1 5 ，洪涝占了4 0 跚l 缢2 0 0 3 年为秘，当年，我国3 0 个省、鑫治送、壹辖南发生不凌程度麓溪涝 灾密，淮涎发生薪中国成立以来仪次子1 9 5 4 年的漉域性大洪水，黄河中游干濠 局部河段发生历史最大洪水；同时1 5 个省( 区、市) 的1 5 7 座城市缺水，东北 地区发生较为严重的春旱，江南及华南地区发生1 9 9 1 年以来最严蘑的夏伏早翻。 据霞家荫懑抗旱总捂挥都办公室豹资糖显示，2 0 0 3 年我蓠睾涝灾密造袋态接经 济损失近2 0 0 0 亿元。! 分辑我国的旱涝灾害，驮发现其具有麴下特点：一是 经济损失过重：1 9 9 0 年以来，我团年均洪涝灾害损失约占同期全阑g d p 的2 ， 早灾损失也占了全园g d p 的2 ，早涝灾害遗成的总损失占了同期全国g d p 的4 ； 二跫对经济社会豹影骗遥大：擎灾影确已秩遥去酌农堑扩展刮瑗搿、工盈、生态 等镶域；三是这弛发展趋势仍然曼翔重豹态势：撂分辑，在发生翳等量级洪承的 情况下，我阑5 0 年代每平方公里的淹没损失为2 1 9 万元，到9 0 年代上升到1 3 7 3 万冗，增加了5 倍多。3 。 中国拳南部地区集中了全国入口的4 成以上，是工农妲生产黢这、经贸文纯 繁荣数区域。氆禽了长江、珠江嚣大承系，是警涝频发懿遮域，同时淡广熊、 深圳为代袭的珠江三角洲和以上海、浙江为代表的长江三角洲也是我国经济h 文化 发展的两个龙头，因而对该区域的旱涝特征进行更加深入的研究，进一步分析其 变化规律，努力提高对早涝的预测水平，对中国东南部防御旱涝灾害有重要经济 价值和社会效益，同时，对大范围旱涝的长期预测方法也具有理论上的和学术上 的重要意义。 1 1 有关早涝研究的概况 早涝灾害的形成主要是由降水的极端变化引起的，因此就如何把降水量的变 化转化为表示早涝的指标来划分旱涝，气象专家、学者们做了大量工作，经过笔 者对有关旱涝研究的调研发现，一般对单站旱涝指标的研究多用降水距平百分率 法和z 指数方法，魏凤英等”1 对长江流域旱涝趋势的研究、贺海晏。1 对近4 0 年广 东省旱涝的特征研究等都使用降水距平百分率方法来划分和研究旱涝：孙安健等 ”1 、吴慧等。3 则分别用z 指数法研究了华北和海南的旱涝，高波等1 也利用z 指 数方法确定了江南南部一华南北部的严重旱涝年；另外，林爱兰等“”用5 级早涝 对应的临界降水量概率值来划分旱涝级别，顾骏强等“提出一个降水指数的公式 来研究浙江省的旱涝变化及特征。鞠笑生等“2 1 则专门对一些旱涝划分的方法进行 对比研究，认为z 指数最优，张存杰等“进一步研究表明单站z 指数法优于其他 方法。 对区域旱涝指标的划分，一般是在单站早涝指标的基础上定义区域旱涝等 级，最简单的就是分别用 l = 量垒垫1 0 0 和l ：兰整垫1 0 0 表示雨涝指数和干旱指 ，ln 数( 其中一为区域内z 指数为i 等级的站数，一为总站数，具体划分的方法参见 “第三章计算方法的原理”) ，鞠笑生等“2 1 为了反映重涝、重旱站对区域旱涝的 贡献，又把上述指数分别修正为 j 。：2 r h + n 2 + n a , , l o o 秘 4* 。l 一 鞋乞= 2 n 7 _ + n 6 + n 5 | 谭楗容等“”考虑到区域内单站犟涝对区域翠涝的贡献，成该与其相应的翠涝 等级出现的概率成反比，因丽进一疹恕区域旱涝播数修正为 ，；穸旦+ 翌和l ：室旦+ 蔓 怒p ip 4葛p tp 4 萁中魏失旱涝等级必i 缓掰爨瑷麴壤辜，热怒警涝等级为4 缀象遗瑷的壤率， 瑶和啊分别是区域内藏4 级和负4 缴的站数。 1 2 研究方法 l 。2 1 中国东南部全年降水z 变量的主分量分橱 鉴于多个学者的研究均认为z 攒数方法能够徽好地反映单_ 站旱涝，本文拟用 2 指数法划分单站的军涝。z 指数法是假设某一时段内的降水量服从皮尔逊i i i 型 分布，对降水量送行z 坐标转换，从褥得到降承爨静正态纯交篷序列，避两划分 早涝的方法。再用主分髓分析方法于巴降水的正态化变量序列展开为时恻函数矩阵 帮空阕溺数矩阵，麸稳得弱中国畚鬻帮擎涝豹蘩零分毒壅，著掰功率谱分辑、突 变分析等方法分析中圜东南部全年早涝场的前糟干个主分量，了解其振荡周期、 振荡强痊秘分毒型夔转羧等，并最终缮弱区蠛攀涝攫数。 1 2 2 中国东南部全年旱涝的预测研究 本文拟采用主分爨逐步强翔颈掇方法。这秘方法豹愚路是：欲渗一个气候场 的预报问题与多个因予场的影响相联系，因为主分量分析的特点是能够将气候场 约绝大部分信息集中毅翦几个分量中，因此，通过主分量分析，可以将气媛场的 预报变成对气候场主分爨的预报；丽预报因子也w 以来自各因子场的主分激，它 们集中了各因子场的娥重要信息，通过相关和回归分析建立起气候场和各因子场 3 的广泛联系“。周文等“”采用这种方法做了广东的春雨预报，结果显示大部分台 站的预报误差小于1 0 。本文拟选取分区域、分季节的太平洋海温场和北半球 5 0 0 h p a 高度场的主分量作因子库，然后通过相关筛选和双重检验逐步回归，对 中国东南部全年旱涝场前l 一8 个主分量用初选的预报因子建立预报方程，对这 些主分量作多年预报，再结合特征向量( 中国东南部全年旱涝场的主要分布型) ， 作出未来中国东南部全年旱涝可能出现的分布型预测。 4 第2 章资料 2 1 基本资料 采瘸中国东泰熬 与冬半年( 1 0 月次年 4 月) 共分为1 4 个零节。 6 第3 章计算方法的原理 把星偏态分布的降水量资料转化为正态化的变量序列，并通过对该序列进 行主分麓分拆，著露功率谱分褥、突变分撰、淆动平均分拆、趋势分析等统计分 析，以研究其时空分布特征，最尉用气候场的烹分量逐步回归预测分析方法研究 其未来趋势，瑗绘文降容量熬正态健交量诗冀方法、擎筵与隧城夔旱涝撰数爨翔 分标准和气候场的主分量逐步回姻预测分析方法的原理，其余常见于科技文献的 统计方法敖凳瓣录中，这里不霉赘述。 3 + 1 、降承爨盼正态化变量计算方法 某一时段内的降水量基本上不服从正态分布，一般认为服从或接近服从皮而 逊一h l 剩分布，其橇率密度分布函数为： p ( 搿) = 【皿1 ( 力】。【( 一口) ，用卜1 e 。“妒 ( 3 一1 ) 撮撵k it e “7 3 的磷究，对降承黧x 进行委态纯处理，胃将概率密度藩数皮尔 逊一烈分布转换为以z 为变量的标准化正态分布，其转换公式为： 龟= 毒哮嚣 专 式中c 。为偏态系数，y 为标准变量，均可由降水序列计算得出，即 = 魄一一 ( 3 2 ) ( 3 3 ) ( 3 4 ) 箕中茸为降隶羹，；为其平均毽，一秀葵标准差，n 炎样本数。z 交瓣一般 也称z 指数。 7 3 2 旱涝等级的划分 3 2 1 单站旱涝等级的划分 根据z 变量( 亦称z 指数) 的正态分布特征，划分7 个等级并确定其相应的 z 界限值，作为单站各级旱涝指标，如表3 一l 表3 1 以z 指数为指标的旱涝等级 等级z 值类型 1z 1 6 4 5 极涝 2 1 0 3 7 z 1 6 4 5大涝 30 8 4 2 z 1 0 3 7偏涝 4 0 8 4 2 z 0 8 4 2正常 51 0 3 7 z 一0 8 4 2 偏早 6 - 1 6 4 5 z 一1 0 3 7大旱 7z ，则认为该因子与预报量相关显著， 可作为逐步回归待选因子参加逐步回归。通过设定显著性水平睇，可控制获得所 需参加逐步回归的因子数量。 第4 章中国东南部全年旱涝的时空分布特征分析 4 1 中国东南部全年早涝的空间分布特征 4 1 1 中国东南部年雨量的分布 图4 1 和图4 2 分别是中国东南部1 9 5 4 - 2 0 0 3 年平均的年雨量和标准差 的分布图，由图可见：全年降雨量大体上呈现由西北向东南递增态势，年雨量超 过1 8 0 0 衄大概有四个中心：分别在广西的东北部( 桂林附近) 、江西的东部( 南 丰一带) 和广东西南部( 阳江地区) 以及广东东南部( 海丰地区) ，其中广东阳 江最大，年雨量超过2 4 0 0n l m ；雨量最小的是陕西南部地区，年雨量仅6 0 0 衄左 右。 图4 1 中国东南部平均年雨量分布图( 单位：m m ) 比较图4 1 和图4 2 发现：中国东南部雨量标准差的分布特征与年雨量大 1 4 体相同，少雨区标准差也小，多雨区标准差较大，4 个多雨中心分别对应着4 个 标准差大值中心，说明多雨区降水的年际变化幅度更大，这与贺海晏“1 研究广 东旱涝特征时对比年雨量分布与标准差分布特征所得到的结论一致。当然有个别 例外情况，比如湖北省东南部与湖南省东部地区年雨量接近，大约都在1 2 0 0 1 4 0 0 衄左右，但前者标准差有个次大中心，达到2 8 0 3 0 0m 左右，而后者标准 差有个次小中心，只有2 2 0 2 4 0f i l m 左右。 图4 2 中国东南部年雨量标准差分布图( 单位：衄) 4 1 2 中国东南部早涝的主分量分析 把中国东南部地区6 8 个站的年雨量序列转换成z 指数序列，然后作主分量 分析得主分量矩阵和特征向量矩阵，其前6 个主分量的累积方差已达到6 0 ( 表 4 - 1 ) ，基本可反映我国东南部全年旱涝的变化特征。以下拟从研究这6 个主分 量及其对应的特征向量的特征来探讨中国东南部旱涝的变化特征。 表4 1z 指数序列前6 个主分量及所占方差 主分量序号 l 2 3456 特征值 l o 29 23 73 22 21 8 所占方差 2 0 31 8 47 46 4 4 5 3 6 累积方差 2 0 3 3 8 74 6 15 2 55 7 o 6 0 6 4 1 3 中国东南部旱涝的空间分布特征 从分析中国东南部旱涝的特征向量来研究其空间分布特征 第1 特征向量分布形势是大部都是正值区，在3 3 。n 以北有一小片负值区( 图 4 3 ) 。正值区在江西中部地区有一高值中心，数值从中心向四周递减。北部的 负值区，负值中心在陕西汉水流域。表明中国东南部全年旱涝的多年平均状况具 有相当一致的分布型态。 图4 3 第1 特征向量分布图 第2 特征向量呈现南正北负的分布特征( 图4 4 ) ，零等值线大概在2 6 。n 到2 8 。n 之间，呈w s w e n e 走向。正值区的高值中心在广西南宁和广东惠州 一带，负高值中心在安徽淮南到河南南阳一带。表明中国东南部全年旱涝在江淮 流域和珠江流域呈现完全相反的分布型态。 图4 4 第2 特征向量分布图 第3 特征向量呈现从北到南依次为负一正一负的带状分布特征( 图4 5 ) 。中 部的带状正值区基本占据长江流域，高值中心在黄山、岳阳、怀化一带，向南向 北依次递减。南部的负值区占据东南沿海和珠江流域，高值中心在广东梅州。北 部负值区的中心在陕西汉中。表明中国东南部全年旱涝在长江流域与珠江流域及 汉水、淮河流域之间存在相反的分布型态。 图4 5 第3 特征向量分布图 第4 特征向量呈现东部正而西部负的分布特征( 图4 6 ) ，零等值线从徐州 图4 6 第4 特征向量分布图 向西南经武汉到长沙后拐向东行，横跨江西后由再度西南行，沿闽赣交界处由梅 州进入广东继续西南行到阳江一带，大体按s 形状把中国东南部分为正负两个区 域。东部正值区中心在江苏盐城一带，西部负值区中心在贵州黔东榕江一带。表 明中国东南部全年旱涝呈现东西相反的分布型态。 第5 特征向量呈现由东北到西南依次负、正、负的带状分布特征( 图4 7 ) 。 正值区占据湖南、湖北、江西、河南、陕西省以及福建北部和浙江南部，在江西 东部和两湖交界处各有一中心。东北的负值区在江苏东北部有负中心。西南部的 负值区在广西西南部和四川东部各有一负中心。表明中国东南部全年旱涝呈现东 北部和西南部一致而与中部相反的分布型态。 图4 7 第5 特征向量分布图 第6 特征向量呈现由雷卅i 半岛到东北部依次正、负、正、负、正的带状分布 特征( 图4 8 ) 。零值等值线象长蛇般东回西绕，分隔出形状不同的j 下负区。大 致是广东、广西、长江中游地区至汉水流域为负区，雷州半岛、长江上游、浙江、 上海、江苏和安徽北部为正区。 图4 8第6 特征向量分布图 4 2 旱涝的主要类型及划分 4 2 1 旱涝的主要分布类型 以模比的概念，将占总方差约6 0 的前6 个主分量对应的特征向量分布型态 看成是要素的基本分布型态，不同的是当把特征向量分布看成是要素分布时，必 需和主分量的正和负两个状态相配合。分析如下 ( 1 ) 全区域旱( 涝) 型( i 型) ( 北部小片地区相反) 当第l 主分量为正时表示全区域涝( 北部汉水流域等个别区域旱) 定为ia 型。属于该型态的有1 9 5 8 、1 9 7 0 、1 9 7 3 、1 9 7 5 、1 9 8 3 、1 9 9 3 、1 9 9 8 、2 0 0 2 年( 参 见表4 2 ) ，这与历史记录相符合，尤其是1 9 9 3 年和1 9 9 8 年长江流域和珠江流 域的洪水我们还记忆犹新。这辈班2 0 0 2 年为例分析，如图4 9 ，该年除陕西汉 中、淮河以北等小部分区域牟涝等级达到5 ，区域绝大鄢分豹晕涝等级鄄小于或 等于4 ，尤其长江流域，包括湖南全省、湖北南部、江西中西部、浙江两部地区 都达到极涝等级( 旱涝指数为1 ) 。 当第l 主分量为负时表示全区域翠( j 部小片区域涝) 定为ib 型。疆于该 种型态的有1 9 6 0 、1 9 6 3 、1 9 7 1 、1 9 7 9 、1 9 8 5 、1 9 8 6 、2 0 0 3 年( 参见表4 2 ) ， 这些年份也与历史上的早年记录相一致，典型的如1 9 7 3 年( 图4 1 0 ) 。该年全 酝域豹莩涝等级都大于等予3 ，只有贵髑中部、海南南部、广蘸南部偏涝( 旱涝 等级3 ) 、大部分区域包括湖南、江两、浙江、安徽、福建全省以及湖北、广东 省部分地区都偏旱或大旱( 旱涝等级为5 或6 ) 。 ( 2 ) 南旱( 涝) 北( 旱) 型( i i 型) 当第2 主分量为正时表示南涝北翠定为i ia 型。属于该种型态的有1 9 5 9 、 2 1 1 9 6 1 、1 9 6 6 、1 9 7 6 、1 9 7 8 、1 9 8 8 、1 9 9 2 、1 9 9 4 、1 9 9 7 、2 0 0 1 年：以2 0 0 1 年为例 ( 图4 1 1 ) ，可见该年在区域南部的广东、广西和福建都涝，且越靠南部越涝 广东、广西两省南部沿海一带达到极涝等级，两省中北部和福建省也达到大涝和 偏涝等级，区域中部偏东地区( 湖南、江西和浙江) 大体正常，区域中部偏西地 区( 贵州) 和北部地区( 四川、湖北、河南、安徽、江苏等省) 多偏旱( 旱涝等 级为5 ) ，其中重庆及周边地区和河南南部部分地区达到大旱等级。 图4 1 12 0 0 1 年中国东南部旱涝等级图 当第2 主分量为负时表示南早北涝定为l i b 型。属于该种型态的有1 9 5 4 、 1 9 5 6 、1 9 6 4 、1 9 8 0 、1 9 8 7 、1 9 8 9 、1 9 9 1 年。典型的是1 9 5 4 年( 图4 1 2 ) ，由图 可见该年大致以2 5 。n 为界，2 5 。n 以南旱涝等级4 ，2 5 。n 以北区域旱涝等级 4 3 ，尤其是贵州和长江中下游涉及湖南、湖北、江西、安徽、浙江、江苏等省 的大范围地区都达到极涝( 旱涝等级为1 ) 。 1 、羔f 一 * j ； s i - b j 。 。，_ i ：i = = = _ 、。、3r 。 c f m 。一一? 一47 、l j 。一：一。1 一- 4 、 - j 11、77 、”i 、i t ，o ，、， l 。 j 、一 ，。 。1 j 、。+ ，f 髟7 一1 r 、。“一一剁 1 | 一l 一_ 、，一一 7 一， 、 一? 一j 。l ，0jj 一千t 辜薹j l i ， 7 - z卜，一7 罗 +、一 、一【、r 、- 、o 7 、一，# “、 一j j9 ，啊j ， 、 一 产5 x - ， j 。7 ， k 拈1 7、 “：，j ，”。 “ ， l 一t _ r 、一，一jt l o1 1 21 1 41 1 d1 ；o 品 图4 1 21 9 5 4 年中国东南部旱涝等级图 ( 3 ) 南北旱( 涝) 中间涝( 旱) 型( i l l 型) 当第3 主分量为正时，南北旱中间涝定i l i a 型。属于这种型态的有1 9 6 9 、 1 9 7 7 、1 9 9 5 、1 9 9 9 年；当第3 主分量为负时相反，出现南北涝中间旱定y q i i i b 型，如1 9 8 4 年。 ( 4 ) 东旱( 涝) 西涝( 旱) 型( i v 型) 当第4 主分量为正时出现东涝西旱定为a 型；当第4 主分量为负时出现西 旱东涝定为i v b 型。 ( 5 ) 东到西北部涝( 早) 、东北部和西南部早( 涝) ( v 型) 当第5 主分量为正时出现东到西北部涝、东北部和西南部旱定为v a 型：当 第5 主分量为负时出现东到西北部旱、东北部和西南部涝定为v b 型。 ( 6 ) 南北多层带状早( 涝) 相间( v i 型) 当第6 主分量为正时出现广东、广西、长江中游至西北部区域涝，雷州半岛、 长江上游、浙江、上海、江苏、安徽北部为旱定为v i a 型；反之定为v i b 型。 4 2 2 中国东南部1 9 5 4 2 0 0 3 年全年早涝的类型的划分 为了划分逐年早涝类型，把逐年的旱涝的分布简单地看成是由前6 个主分量 及其对应的特征向量，即6 种基本类型所组成。每种类型贡献的大小可由相应的 主分量的大小来确定，主分量的绝对值越大，相应的类型的贡献也越大，所以用 前6 个特征向量对应的主分量的绝对值最大者作为分类标准，来确定中国东南部 逐年早涝的类型。表4 2 列出了中国东南部全年早涝场每年前6 个主分量，按 照6 种基本类型的符号确定出逐年类型。统计指出，在5 0 年中，出现i 型有1 5 年，占总数的3 0 ，其中i a 型有8 年而i b 型仅5 年，说明出现全区域涝的机率 要比旱的机率高。在5 0 年中，出现i i 型有1 7 年，占总数的3 4 ，其中出现i i a 的有1 0 年而i i b 的仅7 年，说明中国东南部出现南涝北旱的机率高于出现北涝 南早的几率。i 型和i i 型总共出现3 2 年，占总数的6 4 。而出现i i i 、i v 、v 和v i 型的在5 0 年中分别出现4 、5 、5 和4 年，占总数的3 6 。 表4 2 中国东南部1 9 5 4 2 0 0 3 年逐年旱涝类型 魍肋n 卧m h n n n n 胁m 3卫7巧9 o 3 o 2 5 3 o 偈l 1 m 1 n 加l 加n l m 加1 1 7 6 3 3 3 4 2孙。m孙吃。吨帅m犹拼 7 o 2，69卫一曲， ，1 n l l m l 互1 l加屯加互屯 6 3 2 巧_ 墙o o a：，0 6 ，z 六1 l 1 加屯n o吨n文互 8 2 7 o l 4 b他础础岫州们帅抛伽州州帅眦邶 j 28灌舟0：4趣一 t&屯屯吼q曼屯文l c p 屯加矗年吲喜|耋哪譬|蓉咖眦薯|喜|眦嘶|萋譬 i；l 1 1 9 6 8 1 9 6 9 1 9 7 0 1 9 7 1 1 9 7 2 1 9 7 3 1 9 7 4 1 9 7 6 1 9 7 6 1 9 7 7 1 9 7 8 1 9 7 9 1 9 8 0 1 9 8 1 1 9 8 2 1 9 8 3 1 9 8 4 1 9 8 5 1 9 8 6 1 9 8 7 1 9 8 8 1 9 8 9 1 9 9 0 1 9 9 1 1 9 9 2 1 9 9 3 1 9 9 4 1 9 9 5 1 9 9 6 1 9 9 7 1 9 9 8 1 9 9 9 2 0 0 0 2 0 0 1 2 0 0 2 2 0 0 3 1 3 1 3 4 0 6 7 0 0 7 o 一2 3 6 2 _ o 9 1 1 6 o 一4 9 2 0 o 7 1 2 5 4 一1 3 2 5 4 8 0 2 2 6 0 0 0 6 2 7 1 1 3 7 3 7 o 5 1 1 4 8 5 4 3 2 0 0 _ o 4 7 4 6 7 1 5 一1 7 一o 9 o 2 1 2 o 7 - i 1 0 8 4 0 - 2 0 7 5 0 0 3 0 3 5 1 1 2 8 1 9 1 5 2 8 2 1 3 1 5 o l - 0 _ 4 8 4 1 一o 6 5 6 2 1 2 o 6 4 3 6 0 1 3 1 7 7 0 0 5 9 _ 0 9 2 8 0 7 0 9 0 7 一1 8 1 6 3 1 1 3 5 3 0 4 0 6 0 2 2 1 0 6 4 6 2 4 2 5 2 6 0 6 0 9 0 6 2 2 4 0 2 9 0 9 _ o 1 3 2 2 4 0 2 0 2 5 1 2 9 0 0 3 0 1 7 5 0 0 5 1 5 1 8 0 4 o 6 o 8 1 4 0 9 一o 4 3 1 2 6 1 0 l - 6 3 3 1 6 0 9 1 4 2 4 2 0 2 o 3 8 2 3 2 1 1 7 0 3 3 2 0 3 2 2 1 3 l _ 6 2 5 1 5 2 9 1 7 1 1 0 4 0 5 0 6 2 6 一l _ 7 0 2 3 2 1 4 0 6 0 3 2 8 2 3 0 2 o 3 0 1 _ o 3 1 7 1 2 1 3 0 8 2 8 4 2 2 1 3 3 1 9 一1 1 0 8 1 9 2 7 1 5 0 3 0 3 0 5 0 6 0 1 o 1 2 6 o 6 0 3 0 5 2 6 _ 0 6 0 5 0 1 1 1 0 4 o 8 一o 1 一1 1 4 0 0 4 3 5 0 o 0 5 1 6 1 1 _ o 5 o 9 0 7 0 1 o 7 1 4 o 3 2 8 0 2 2 7 0 4 1 o 5 4 0 9 0 7 2 3 肌m h m h h n m n n m 肌h m舯n舯如n h n 胁n h 皿m n h 4 3 最严重的早年和涝年分析 为了了解当全区性出现涝、旱时的基本概况，将第1 主分量( i a 型分布) 的前 3 个最大值对应的3 个年份( 2 0 0 2 年、1 9 7 3 年和1 9 7 5 年) 各站的z 一变量进行平 均( 图4 - 1 3 ) 。由图可见，全区的旱涝等级均在3 6 以下。主要重涝中心在闽、 浙、戆的交界处至江西北部与福建北部，以及湖北中部。 图4 1 3 中国东南部前3 个最涝年的旱涝指数平均分布 再将第1 主分量( i b 型分布) 的前3 个最小值对应的3 个年份( 1 9 6 3 年、1 9 7 1 年和2 0 0 3 年) 各站的z 一变量进行平均( 图4 - 1 4 ) 。由图可见，全区旱涝等级均 在3 4 以上，重早中心旱涝等级在5 4 以上的区域，从长江e l 朝西南西方向经江 西到湖南的东部至东北部广大地区。 图4 1 4中国东南部前3 个最早年的早涝指数平均分布 显然，严重的旱涝都带有区域性。比较图4 1 3 和图4 一1 4 还可以发现：长 江中下游地区( 江西、浙江) 既是中国东南部前3 个最涝年的大涝中心，又是该 区域前3 个最早年的大旱中心，说明这一地区是我国东南部早涝的敏感地带，易 出现大旱大涝，且其大早大涝常辐射到我国整个东南部地区。 4 4 中国东南部全年早涝各主分量的时间变化特征分析 首先对前6 个主分量做年际变