1961–2014年中国东北地区各季节平均降水时空特征分析

1961–2014年中国东北地区各季节平均

降水时空特征分析

摘要：本研究利用中国区域CN05.1格点化观测降水数据集，使用经验正交

函数分解法（EOF）对1961~2014年期间我国东北地区春、夏、秋、冬四个季节

平均降水的时空分布特征进行分析。结果表明，该地区四个季节平均降水具有明

显的空间特征：东北地区春、夏、秋、冬各季节平均降水EOF展开的第一空间模

态均为全区一致型，第二空间模态均为南北反向型。此外，东北地区四个季节EOF1模态对应的时间序列均表现出显著的年代际变化，夏、秋、冬三个季节

EOF2模态对应的时间序列也具有明显的年代际变化特征。

关键词：中国东北；季节平均降水；时空分布特征；经验正交函数分解法

1.引言

东北地区，拥有中国最大的平原，是我国重要的粮食产区。气候异常，特别

是降水的时空变化特征对自然环境和社会发展有重要意义。近年来，东北地区干

旱洪涝等灾害性天气增加，例如2013年6月1日至8月11日黑龙江省先后发生

了11次明显降水过程，比历年同期偏多16%。其中7月份比历年同期偏多28%，

32条河流发生超警戒水位洪水，其中嫩江上游发生20年一遇的洪水。降水异常

严重影响该地区的农作物产量、人民生产生活，严重危害人民的生命和财产安全。因此，认识和了解东北地区降水的时空分布特征对于我国的粮食生产安全及提高

人民生活质量具有非常重要的意义。

2.资料和方法

本文使用的降水数据是中国区域格点化的观测降水数据集CN05.1。该套数据

是基于中国地区2400余个地面气象台站的观测资料，运用插值建立的一套格点

化降水数据集，分辨率为0.5°×0.5°[1]。

本文使用经验正交函数分解法（Empirical Orthogonal Function，EOF）来

分析我国东北地区春、夏、秋、冬四个季节平均降水的时空分布特征。EOF方法

是把原变量场分解为只随时间变化的时间函数和不随时间变化的空间函数，其分

解的几个典型模态是相互正交的，并且浓缩了原变量场的大量信息[2]。

本研究分析时段为1961~2014年。春季指3月到5月平均，夏季指6月到8

月平均，秋季指9月到11月平均，冬季指当年的12月到次年2月平均。

在进行EOF分析之前对资料进行去除线性趋势的处理。对去除线性趋势的1961~2014年期间我国东北地区春、夏、秋、冬各个季节平均降水使用EOF方法

进行时空分布特征分析。东北地区定义为我国范围内119ºE以东，38ºN以北的地区。

3.中国东北各季节平均降水的时空特征

3.1中国东北地区春季平均降水时空分布特征

图2为1961~2014年期间东北地区春季平均降水EOF展开的前两个特征向量

的空间分布，解释方差分别为40.8%和13.8%，他们代表了该地区降水的典型空

间分布结构。据第一向量的空间模态显示：该地区春季平均降水主模态整体上表

现为全区一致变化。第二特征向量分布为南北反向型。

从东北地区春季平均降水EOF展开的第一特征向量对应的时间序列来看（图

1 a），1983年、2005年和2010年东北地区春季平均降水全区一致偏多的分布

型显著，2003年东北地区春季平均降水全区一致偏少的分布型显著。春季平均降

水第二特征向量所对应的时间序列（图1b）具有显著的年际变化特征。1979年、1990年和2009年辽宁省和吉林省大部春季平均降水偏少，东北其他地区春季平

均降水偏多的分布型较为显著。

列

3.2中国东北地区夏季平均降水时空分布特征

图3为1961~2014年期间东北地区夏季平均降水EOF展开的前两个特征向量

的空间分布型，解释方差分别占总方差的37.5%和19.7%。由第一向量的空间模

态知道：该地区夏季平均降水主模态整体上表现为全区一致变化。第二特征向量

呈现南北反向空间分布型。

图2为东北地区夏季平均降水前两个特征向量对应的时间系数。从第一特征

向量对应的时间序列可以看出，1985年和2013年东北地区夏季平均降水全区一

致偏多的分布型显著，1968年、2000年和2007年东北地区夏季平均降水全区一

致偏少的分布型显著（图2 a）。夏季平均降水第二特征向量对应的时间序列可

以看出（图2 b），1981年和2009年黑龙江省和吉林省北部夏季平均降水偏少，东北其他地区夏季平均降水偏多的分布型比较显著。

图2. 我国东北地区夏季平均降水EOF展开的前两个空间模态对应的时间序

列

3.3中国东北地区秋季平均降水时空分布特征

图3为1961~2014年期间东北地区秋季平均降水EOF展开的前两个特征向量

的空间分布，解释方差分别占总方差的50.8%和15.3%。从第一向量的空间模态

可以看出该地区秋季平均降水主模态整体上表现为全区一致变化（图3a）。第二

特征向量的空间分布反映了东北地区秋季平均降水的分布为南北反向型分布型

（图3 b）。

第一特征向量对应的时间序列来看（图4 a），1972年、1994年和2012年东北地区秋季平均降水一致偏多的降水式显著，1967年和2001年东北地区秋季平均降水一致偏少的降水型显著。冬季平均降水第二特征向量对应的时间序列来看（图4 b），1976年、1986年和2010年辽宁省和吉林省大部地区秋季平均降水偏多，而其他地区偏少的分布式典型。1982年、1994年和2008年辽宁省和吉林省大部地区秋季平均降水偏少，而其他地区偏多的分布式典型。

图3. 我国东北地区秋季平均降水EOF展开的（a）第一空间模态和（b）第二空间模态

图4. 我国东北地区秋季平均降水EOF展开的前两个空间模态对应的时间序列

3.4中国东北地区冬季平均降水时空分布特征