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1 第 33 卷第 9 期西南大学学报 ( 自然科学版 ) 2011 年 9 月 Vol.33 No.9 JournalofSouthwestUniversity (NaturalScienceEdition) Seṗ 2011 文章编号 : (2011) 西南地区冬季气温时空特征分析 叶钊 1,2, 罗孳孳 3, 唐红玉 1, 李梗 1, 周浩 1, 刘晓冉 1 1. 重庆市气候中心, 重庆 ;2. 成都信息工程学院大气科学学院, 成都 ; 3. 重庆市气象科学研究院, 重庆 摘要 : 利用西南地区五省市区 83 个测站 年历年 12 月至次年 2 月月气温资料, 采用 EOF 和 REOF 方法对冬季气温的空间异常特征 时间变化规律以及冬季气温对 ENSO 循环的响应进行了诊断分析研究. 结果表明 : 西南地区冬季气温的主要异常模态表现为一致偏冷或偏暖型 东西反向型. 西南地区冬季气温的异常敏感区域为盆地丘陵区 高原区 藏南区和高原东北区.20 世纪 60 年代以来, 西南地区冬季气温呈一致上升趋势, 高原地区增温显著, 盆地丘陵地区增温缓慢. 西南地区冬季气温异常对 ENSO 循环不同位相的响应有一定的差别,Elnino 年, 西南地区冬季气温东部偏高, 高原地区偏低, 东西响应呈反位相.Lanina 年, 西南地区冬季气温以偏冷为主. 关键词 : 西南地区 ; 冬季气温 ; 特征中图分类号 :P466 文献标志码 :A 我国西南地区包括了辽阔的青藏高原及高原以东的广大地区, 地形地貌复杂, 立体气候显著, 气候类型多样, 既包含高原气候区, 又有季风气候区. 目前, 在全球变暖的气候背景下, 特别是冬季增温明显的趋势下, 研究西南地区冬季气温的异常气候特征和气候演变规律显得尤为必要. 前人的相关研究对西南地区夏季旱涝的关注较多, 但对冬季气候规律特征的分析研究较少, 近年来, 冬季极端低温雨雪成为频繁的气象灾害之一, 特别是在 2008 年我国南方大部包括西南的部分地区遭遇了历史罕见的冬季低温雨雪冰冻灾害之后, 对冬季气候异常的研究日益迫切. 本文利用具有代表意义 较完备的西南地区 83 个气象台站近 48a 冬季气温资料, 运用 EOF 和 REOF 统计方法, 对我国西南地区冬季气温的时空异常分布进行诊断研究, 并运用得到的相关典型区域与 ENSO 循环的响应关系做进一步的探讨分析, 得到具有一定的指示意义的结论, 这对于区域短期气候预测有一定的参考价值. 1 资料和方法 1.1 资料选取西南地区三省一市一区 ( 川 云 贵 渝 藏 )83 个气象台站 1961 年 12 月至 2008 年 2 月逐月气温资料, 其中西藏 26 个测站, 四川 29 个测站, 云南 14 个测站, 贵州 9 个测站, 重庆 5 个测站 ;ENSO 资料引 1 收稿日期 : 基金项目 : 重庆市气象局 2009 年科技重点项目 重庆市气候业务技术手册 资助. 作者简介 : 叶钊 (1978 ), 女, 重庆长寿人, 硕士研究生, 工程师, 主要从事气候诊断预测研究工作.

2 114 西南大学学报 ( 自然科学版 ) htp://xbbjb.swu.cn 第 33 卷 用国家气候中心 ENSO 监测资料. 资料在运用前均进行了标准化处理. 1.2 主要方法气象分析研究中, 对一个变量场进行时空分离最常用的方式是 EOF 和 REOF,EOF 称经验正交函数分析方法, 是一种分析矩阵数据中的结构特征, 提取主要数据特征量的一种方法, 因其能在有限区域对不规则分布的站点进行分解, 容易将变量场的信息集中在几个模态上, 分离出的空间结构具有一定的物理意义, 被广泛应用在气象科学研究中.REOF 称为旋转正交函数分析方法, 是对 EOF 的进一步分解,REOF 能克服 EOF 在展开时存在一定取样误差的局限性, 旋转后的时空场空间分布结构清晰, 不但可以较好地反映不同地域的变化, 还可以反映不同地域的相关分布状况. 由于对 EOF 和 REOF 具体计算讨论的文章较多, 在此不加赘述, 方法详细介绍见参考文献 [1]. 2 西南地区冬季气温气候特征 通过对西南地区 83 个测站 47a 冬季气温资料进行 EOF 和 REOF 分析, 得到其载荷向量和旋转载荷向量. 本文取前 4 个主成分参与旋转分析, 它们对总方差的贡献率见表 1, 前 4 个载荷向量的累计方差贡献率达到 79%. 表 1 EOF 和 REOF 前 4 个载荷向量的累计方差贡献率 % 载荷向量总和第 1 载荷第 2 载荷第 3 载荷第 4 载荷 EOF REOF 从 EOF 第 1 载荷向量的时间系数来看 ( 见图 1), 其演变特征为单调上升,1983 年是负值向正值的转折点. 结合一致为正的第 1 载荷向量场可知西南地区冬季气温自 1961 年以来是在明显上升的态势,1983 年以前是偏冷阶段, 此后为偏暖时期. 经过 EOF 分解后得到的载荷向量 (LV), 第一载荷向量场所描述的形态占 45.59%, 是西南地区冬季气温最主要的分布模态 ( 图 2a), 从图中看到西南地区冬季气温变化非常一致, 均为正值. 高值区主要分布在四川及盆地以东地区 重庆 贵州 云南 西藏中东部, 高值中心在四川的图 1 EOF 第 1 载荷向量的时间系数及趋势线康定 松潘一带. 这种分布表明了虽然西南地区范围广, 地理环境差异大, 但冬季气温仍以全区域一致偏高或者一致偏低为主. 图 2(b) 描述了西南地区冬季气温分布的第二种模态, 这个模态在总场中占 23.33%, 东西部呈反向分布, 表明了西南地区冬季气温分布东低 ( 高 ) 西高 ( 低 ) 的气候特点. 从川西高原到云南大部一线以西地区为正值分布, 以东地区包括四川盆地中东部 重庆及贵州为负值区域. 其中正值区域的极值位于西藏的申扎 日喀则和左贡地区, 最大值为 0.72; 负值区域的极值中心位于贵州的贵阳 遵义一带和四川的内江 南充和宜宾地区, 中心值为 这一模态表明西南地区由于地理差异, 东西部之间表现出气温呈反向分布的异常形势.

3 第 9 期叶钊, 等 : 西南地区冬季气温时空特征分析 115 图 2 西南地区冬季气温 EOF 分解后第一 (a) 和第二 (b) 载荷向量 经过 EOF 分解后, 因前 4 个载荷向量已经达到总方差的 79%, 具有大多数代表性, 所以选取前 4 个载 荷向量场的分布特征来分析西南地区冬季气温的特点. 图 3 是经过 REOF 旋转后的前 4 个载荷向量 (RLV) 的空间分布, 其中图 3(a) 为旋转后第 1 载荷向量 分布情况, 可以看出, 四川盆地以东 重庆 贵州和云南东部都是正值区域, 而高原地区值多为零或者负 值, 这一模态所占的方差最多, 达到了 33.7%, 表明这种分布是西南地区冬季气温的主要分布模态. 旋转 后第 2 载荷向量图 3(b) 与图 3(a) 的分布情况相反, 川西高原 西藏和云南大部是正值区域, 其余大部地区 为零, 其中, 正的极值位于四川的盐源 会理 马尔康 红原 甘孜 若尔盖, 云南的丽江 大理以及西藏的 波密 昌都 林芝, 这一广大区域处于高原地带, 将这一分布型定义为高原区. 旋转后的第 3 载荷向量图 3 (c) 中看到, 整个西藏及川西高原均为正值, 极值区域位于西藏南部, 表明这一气候区域是一个敏感气候 带 ; 旋转后第 4 载荷向量图 3(d) 中看到整个西藏高原地区以负值为主, 这一模态与旋转后第 3 载荷向量场 呈相反分布, 负的高值区域位于四川德格和西藏的丁青 江孜, 这一分布表明了高原东北部气温与其他地 方的差异. 图 3 REOF 前 4 个载荷向量场的空间分布

4 116 西南大学学报 ( 自然科学版 ) htp://xbbjb.swu.cn 第 33 卷 根据上述分布形势, 我们将这 4 个异常高值区域分别定义为盆地丘陵区 高原区 藏南区 西藏 东北区, 这 4 种分布型表现了西南地区冬季气温不同的气候特点及异常类型. 盆地丘陵区包括四川盆 地以东地区 重庆 贵州和云南东部, 这一带多为丘陵地区, 受季风气候系统影响显著, 冬季平均气 温大多在 0 以上, 冬季气候较温暖 ; 高原区范围最广, 包括了西藏大部 川西高原, 这一气候带应 属于典型的高原气候, 海拔较高, 受自身热力状况影响显著, 气候特点与低海拔地区有较大差异 ; 藏 南区以西藏南部的帕里 聂拉尔 错那一带, 在青藏高原中属于海拔较低地区, 受南亚季风的影响较 明显, 季节分明, 与高原气候有一定区别. 西藏东北区主要包括四川盆地西部与高原接壤地区, 是一 个冬季气温的敏感气候区. 选取各区域有较高值的台站作为 4 个关键区域的代表站, 通过气温距平曲线来进一步了解各气候区域 冬季气温的特点. 盆地丘陵区选取重庆的沙坪坝 高原区选取西藏的昌都 藏南区选取西藏的帕里 西藏 东北区选取四川的德格. 从各代表站的曲线及趋势变化 ( 图 4) 来看,4 个站近 47a 冬季气温均以上升趋势为主, 且在 20 世纪 80 年代后期有一个由冷到暖的突变, 昌都 德格冬季气温上升比较明显, 沙坪坝和帕里的上升速度较平稳.4 个代表站均反映出 20 世纪 60,70 年代的偏冷期,90 年代至今的偏暖期. 图 4 沙坪坝 昌都 帕里 德格 4 个代表站气温距平及其趋势线 3 西南地区冬季气温异常成因初探 ENSO 事件是 Elnino 事件与南方涛动的简称,Elnino 事件是指在赤道中 东太平洋海域 (150 ~ 90 W,5 N~5 S) 海表温度异常升高的一种现象, 当海温异常升高时, 东西太平洋海平面气压将发生涛动.ENSO 是海气间相互作用最明显的事件, 是影响全球气候变化的强信号之一.ENSO 事件对西南地区的气候也存在比较明显的影响, 为此, 特针对 ENSO 事件对西南地区冬季气温的影响做初步的研究和讨论. 3.1 Elnino 年冬季和 12,1,2 月气温距平合成选取发生 Elnino 事件的年份有 1963,1965,1968,1969,1972,1982,1986,1987,1991,1994,1997,2002, 2006 年一共 13a. 从图 5(a) 中 Elnino 年西南地区冬季气温及各月的合成看到, 当 Elnino 事件发生时, 西南地区冬季气温呈明显东暖西冷分布, 西南地区东部, 包括四川盆地东部 重庆 贵州 云南东部为明显正

5 第 9 期叶钊, 等 : 西南地区冬季气温时空特征分析 117 距平, 川西高原 云南西北部及西藏大部为明显负距平, 这表明高原地区与盆地及丘陵地区在 Elnino 年的气温呈反向分布, 东部偏高 高原地区偏低, 这比较符合盆地丘陵区的分布模态. 从冬季各月的情况可知, 12 月 ( 图 5b) 西藏西北部显著偏冷, 西藏大部 川西高原及盆地中部地区也有偏冷区, 其余为正距平区.1 月 ( 图 5c) 川西及云南高原以西地区为负距平区, 其中异常偏冷区域仍然分布在西藏的中西部地区, 正距平区域分布在东部, 但距平较小.2 月 ( 图 5d) 的气温分布与整个冬季的分布比较相似, 也表现为东部地区偏暖 西部地区偏冷 ; 东部偏冷的中心区域主要分布在云南东部与四川南部 贵州西部交界地区. 由此可见, 西南地区冬季气温在 Elnino 年的异常响应主要表现为高原偏冷, 四川盆地以东地区偏暖, 这一异常分布特征在 2 月份最显著. 单位 :. 图 5 西南地区 Elnino 年冬季 (a) 12 月 (b) 1 月 (c) 2 月 (d) 气温距平合成 3.2 Lanina 年冬季 月气温距平合成 Lanina 事件是相对于 Elnino 事件而言的, 当赤道太平洋海区 (150 ~90 W,5 N~5 S) 海表温度距平持续 6 个月以上低于 -0.5 时, 则称为一次冷水事件即 Lanina 事件. 选取发生 Lanina 事件的年份有 1962,1964,1967,1970,1971,1973,1974,1975,1984,1988,1995,1998, 1999,2007 年一共 14a. 从 Lanina 年西南地区冬季及 12,1,2 月气温合成图 6(a-d) 看出, 冬季气温表现为东部偏冷 高原地区偏暖 ;12 月的气温合成图 ( 图 6b) 可知, 除了西藏西部地区异常偏暖以外, 其余地区均为负距平, 偏冷最明显的区域在云 贵 川三省交界地区, 说明这一区域对 Lanina 响应较显著 ;1 月份气温合成 ( 图 6c) 表现为除了川渝交界及贵州大部为 0 值附近以外, 其余区域偏冷, 其中, 川西北和西藏南部偏冷显著 ;2 月份气温 ( 图 6d) 除川藏交界处有局部正距平外, 其余大部均为负距平, 全区域一致偏冷, 其中, 最冷地区在云贵交界处. 以上分析表明,ENSO 事件发生的不同时期, 西南地区冬季气温对其响应也明显不同. 在 Elnino 发生年, 西南地区东部冬季气温偏高, 高原地区偏低, 东西响应呈反位相 ; 各月情况来看,2 月份的异常响应最强,1 月份响应最弱.Lanina 发生年, 西南地区冬季气温以偏冷为主,2 月异常偏冷最强,1 月偏冷最弱.

6 118 西南大学学报 ( 自然科学版 ) htp://xbbjb.swu.cn 第 33 卷 从 4 个关键区来看, 高原区 藏南区 高原东部区在 Elnino 年冬季气温是偏低的, 盆地丘陵区是偏高的 ; Lanina 年高原地区 12 月气温是偏高的, 冬季和 1 月,2 月仍是一致偏低的. 在各异常区域中, 盆地丘陵地 带即青藏高原以东地区冬季气温对 ENSO 的响应最强烈. 单位 :. 图 6 西南地区 Lanina 年冬季 (a) 12 月 (b) 1 月 (c) 2 月 (d) 气温距平合成 4 结论 1) 总体而言, 西南地区冬季气温表现为全区域一致偏高或一致偏低的主要特征 ; 就区域尺度而言, 高原以东的盆地丘陵地区 高原地区 西藏南部 川藏高原交界地区是西南地区冬季主要的气温异常区域. 2) 西南地区冬季气温自 1960 年以来呈增暖趋势, 但高原地区增暖幅度较大, 盆地丘陵地区增暖幅度较小. 3) 西南地区冬季气温异常对 ENSO 循环不同位相的响应有一定的差别.Elnino 年, 西南地区东部冬季气温偏高, 高原地区偏低, 东西响应呈反位相, 各月情况来看,2 月份的异常最强,1 月份最弱.Lanina 年, 西南地区冬季气温以偏冷为主,2 月异常偏冷最强 1 月偏冷最弱. 4) 从 4 个异常关键区来看, 西藏高原区 云南区 高原东部区在 Elnino 年冬季气温偏低, 盆地丘陵区偏高 ;Lanina 年高原区 12 月气温偏高, 其余时段为一致偏低. 各异常区域中, 盆地丘陵地带即青藏高原以东地区冬季气温对 ENSO 的响应最强烈. 参考文献 : [1] 魏凤英. 现代气候统计诊断与预测技术 [M]. 北京 : 气象出版社,2007. [2] 李耀辉. 西北地区冬季气温异常特征分析 [J]. 干旱气象,2003,21(4):13-17.

7 第 9 期叶钊, 等 : 西南地区冬季气温时空特征分析 119 [3] 蔡晓军, 李栋梁, 姚辉. 中国西北地区春末夏初降水异常的时空变化特征 [J]. 高原气象,1998,17(2): [4] 张吉农, 唐红玉, 李生辰, 等. 青藏高原夏季降水特征及其异常分布研究 [J]. 青海科技,2006,3(3): AnalysisofSpatial-TemporalFeaturesof WinterTemperatureinSouthwesternChina YE Zhao 1, LUOZiẕi 2, TANG Hong-yu 3, LI Geng 1, ZHOU Hao 1, LIU Xiaoṟan 1 1. ChongqingClimateCenter,Chongqing401147,China; 2. AtmosphericScienceInstitute,ChengduUniversityofInformationTechnology,Chengdu610225,China; 3. ChongqingMeteorologicalScienceInstitute,Chongqing401147,China Abstract:Thedataofwintertemperatureat83observationalstationsfrom1961to2008inSouthwestern Chinaareusedtodiagnoseandanalyzeitsspatialanomalyfeatures,timeevolutionpaternsandresponse toenso (ElNino-southernoscilationcirculation)withEOF (empiricalorthogonalfunction)andreof (rotatedempiricalorthogonalfunction)methods.theresultsindicatethatthemainanomalystructuresof wintertemperatureinsouthwesternchinapresentacoldorwarm typeinaltheareas,anditsspatial changesexhibitanoppositepaternfromthewesttotheeast.theanomalysensitiveareasaretheplateau region,thehilyregionsofthesichuanbasin,southerntibetandthenortheastoftheplateau.thewinter temperatureinsouthwesternchinafrom1960to2009showsarisingtrend,theincreasebeingremarkable intheplateauregionandslowinthehilyregionsofthebasin.therearediferencesintheresponseof wintertemperatureinsouthwesternchinatoensocirculationindiferentphases.withelninophenomenon,theeastofsouthwesternchinaisrelativelywarminwinterandrelativelycoolontheplateau,anoppositephasefrom westtoeast.withla Ninaphenomenon,thewintertemperaturethroughoutSoutẖ westernchinaiscomparativelycold. Keywords:SouthwesternChina;wintertemperaturecharacteristic;REOF (rotatedempiricalorthogonal function);enso (ElNino-southernoscilation) 责任编辑 陈绍兰

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