我国汛期降水的EOF分析

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1、第13卷第3期IW9年9月大气科学Voi.13.NO.3SCIENTIAATMOSPHERSCASIN1CASept.1989我国汛期降水的EOF分析邓爱军（也都企象学院｝陶诗言陈烈庭（中口科学険大化物理研究所）提要本文选取了均匀分布的32个测站作为研究对象，取其1951—1985年汛期（4-9月）的逐月降水■・利用经验止交祠数（EOF）分析方法对找国汛期降水的蓦事气侯转征进行了研究.分析表明，所得到的各转征向償场及其对应的时间系数很好地代表了我国釈期降水的空间分布和时间变化（包括季"变化和年际变化）.这些结栗为我m-步探讨海温场・

2、髙度场尊物理因子与我国爪期降水型的关系提供了基砒.一、引言近年来.世界性气候异常的频繁发生引起了国内外气象学者的广泛重视・由于降水的异常往往给工农业生产造成重大损失，危害人民的生命财产安全.因此.大范围旱滂预报一直是长期天气预报研究的一个重要课题.关于这方面的工作“T已有很多.然而大部分工作都是以个别测站或区域平均的降水量和预报因子为依据，往往具有-定的局限性.另外.长期预报实践表明⑷•认识和拿握我国卅期降水总的分布趋势及其主要待征.对做好全国大范圏旱涝趋势预报具有非常重要的意义.所以.本文利用EOF分析方法研究了我国汛期降水的时空

3、分布特征，试图进一步探讨梅温、高度场等物理因子与我国爪期降水的关系.二、资料和方法1EOF方法简介債EOF（EmpiricalOrthogonalFunction坊法即经验正交西数展开法.它与其它正交函数分解方法一样，可用于气象场的分解.但它的优点是根据气象要索的主要待征来确定正交函数的形式.取点也不受限制.设气St场F=/（t,x）,其中，f表示时间・x衷示空间点的编号•以Ff/0=U2.……mJ-1.2,……“）表示第i次时间第j个空间点上气象要素的规测值.其中，讯为时间序列的长度•"为测站数.基本原理趁将气钦场F分解为只与时何

4、或空间有关的两部分•与空间有关的部分由正交函数组成・称为特征向戏；与时间有关的部分表示各正交柬数随时间的变化，称为时间系数.整个过程可写成：W86年10M2gU收到."87年6月20日收到再改松.F/h・刃=7xrX尺x.•其中是原气◎场，几一是时间系数矩阵；扎…矩阵由特征向量组成•利用求矩阵待征值的方法求出K=FF阵的符征值，然后求岀各待征值对应的特征向复，蜻后求得各特征向量对应的时间系数.关于具体求法已众所周知，因此就不赞述了.符征值的大小表示与其对应的特征向it即典型场的权重；时间系数表示该典型场随时间的变化.研究⑷表明，经

5、验正交丙数稳定的必要条件是气象资料必须是平稳时间序列以及本文在计算中也考虑了上述稳定性条件.、2.资料在全国范围内均匀地选取32个测站，取其1951—1985年汛期（4-9月）逐月的总降水量，即以每年4-9月的降水量连续地排列作为某一空间点的一列.因此.这种资料中包含着季节变化和年际变化.这两种变化是本文讨论的重点.'三、我国汛期降水的时空分布特征对35年汛期逐月降水量进行EOF分析，取前五个待征向■分别（按顺序｝作为五个基本雨型.表1是各基本雨型对应的特征值及其百分比.百分比是某蒔征向量对应的待征值与32个特征值之和的比，它更朗显

6、地表示了该特征向量的权重.降水的季节变化图“是第一特征向■，表示第一雨型.这种雨型分布反映了长江以南多（少）再,长江以北特别是黄河下游少（多）雨的降水特征.为了更清楚地研究该雨型的季节变化«1I•水的前五个基本畑向・对应的待征值及其百分比特征向■XIX2X3X4XJ总和特征值0.06790.0492003060.01940.01350.IS06百分It21.2215.399.556.064.2256.44和降水的基本气候待征，对该待征向■对应的时间系数逐月的值进行35年平均（如图2a所示）.图2a中曲线的两个极值（最大值和最小值）分

7、别在五月份和七月份，四月份有次址大值.五月份时间系数为正极值，结合图la得到如下结论：长江以南多雨而长江以北特别是黄河下游少雨.四月份类似于五月份.七月份时间系数为负极植，这种情况正好与四、五月份相反，即长江以北待别是黄河下游多雨，而长江以南少雨.因此・这种雨型分布反映了四、五月份（华南前汛期）雨带位于华南和七、八月份雨带個北使华北特别是黄河下游多雨的气候待征.图1b是第二特征向銀，表示第二雨型.其特征是我国东部特别是长江流域多（少）雨.图2b是对应于该蒔征向檢的时间系数逐月的多年平均值曲线.图中可见，六月份图】降水的前网个特征向*

8、a：第一待征向■，b:第二特征向c：第二待征向■，d：第冲转征向■.为负极值，七月份次之.因此，结合图lb即该雨型分布反映了六、七月份雨带位于长江流域即长江流域梅雨降水的气候特征.图IC是第三符征向lb表示第三雨型.图中华南沿海地区和