农业环境期刊华北地区降水变化的相关分析

　　农业环境期刊投稿推荐杂志《农村科技开发》，是由农业部主管,全国高等农业院校学报研究会、河北农业大学主办的面向国内外发行的农业科普类杂志。主要栏目：本刊特稿、热点话题、调查报告、市场经纬、乡村观察、综合报告等。
　　【摘要】利用1951-2012年全国160站降水资料，分析了华北夏季(6、7、8月)总降水量，运用一元线性回归求得华北地区夏季降水年变化趋势;同时利用 EOF(正交经验分解)来分析该地区62年的时空特征结果表明：在1965年代之前华北地区夏季降水偏多，之后开始下降，尤其是在1976年成为降水变化的转折点，降水进一步减少，80年代中期后略有回升，但在2003年再次减少，2010年之后有回升趋势。

　　【关键词】华北地区降水,一元线性回归

　　1 引言

　　近年来，气候异常给我国带来了严重气候灾害，尤其是旱涝等重大气候灾害，特别是华北地区，华北地区主要位于半湿润半干旱地区，其地形复杂多变，东临黄海、渤海、东部为平原区，西部为太行山脉、黄土高原，因此气候的区域性差异很明显。降水是华北地区水资源的重要来源之一，尤其是夏季降水占很大比例。降水影响着当地粮食生产、生态环境安全和社会经济的可持续发展。然而近几年来华北地区由于水资源贫乏，导致近年来干旱频繁发生。水资源的缺乏已严重地妨碍了华北地区工农业生产的进一步发展，严重影响着华北地区经济的持续发展，是华北地区今后经济发展中必须解决的重大问题[1]。

　　杨修群等人[2]对华北降水年累积距平指数变化分表明，近50年来华北降水异常发生两次跃变，分别发生在1965年和1980年，研究表明近50年来，华北降水总体呈现减少的趋势。张庆云[3]研究了1880-1997年华北降水变化后指出：华北降水存在显著的年际和年代际变化。本文就是对62年华北地区降水变化以及时空分布特征进行分析，只有掌握了解了其特征变化趋势，才能做好预测以及预防工作。

　　2 研究资料

　　降水资料：1951-2012年华北地区160站逐月降水资料，由国家气候中心整编。选取华北地区代表站点为：赤峰，承德，张家口，呼和浩特，包头，陕坝，北京，天津，石家庄，德州，邢台，安阳共12个站台站，对降水资料采用6-8月的总和作为夏季降水，华北地区范围选为(35° -45°N，100°-130°E)。

　　3 研究方法简介

　　研究中采用的方法主要有一元线性回归、经验正交函数分解方法(EOF)，EOF分析又称为主分量分析或主成分分析，它是用来将大量初始信息资料(矩阵) 加以压缩，并从中求得能最大部分地捕获初始方差的正交线性组合，即出现频率最高的时空变化型或主导的时空变化型的一种分析方法。

　　4 华北地区降水变化特征分析

　　4.1 华北地区降水年变化分析

　　为了了解华北地区62年来夏季的降水变化，选取华北地区12个气象台站1951-2012年夏季降水代表华北地区夏季总降水(降水单位mm)，12个站点主要位于华北的中、北部地区。如图1a为62年降水总量分布图以及应用一元线性回归做出降水的变化，可以看到一元线性回归后的趋势为逐年递减的，平均每年夏季减少17mm左右。在60年代中期降水有异常变化，80年代又有一次减少，在2000年之后降水均偏少;图1b是经过9点平滑处理后的距平图，能够更明显的看到降水的年代际变化：一共有三次明显的降水突变，分别在1965年左右，1980年左右和1998年左右，这三次异常变化都出现降水负距平意味着降水的减少。

　　4.2 基于EOF的华北地区降水分布特征分析

　　为了了解我国夏季降水的主要分布特征，应用EOF分析方法对 1951-2012年160站的夏季降水距平场做展开。EOF1 解释方差贡献为14.13%，EOF2解释方差为12.22%。图5和图6(空心折线为原始的时间系数序列，实心折线是经过9点平滑处理的)。

　　图2和图3分别为华北地区夏季降水EOF分析第1模态(即EOF1)的空间分布和时间系数序列。正如图2所示，华北地区夏季降水EOF1的空间分布表明，华北西部有一负信号，华北北部、中部以及华北南部为正位相，山东半岛沿岸为负位相，其他区域均在0值附近，信号不明显，这可简单称之为“东中西型”。相比较华北南部数值较大，说明降水变化容易出现异常。由EOF1时间序列的变化可以看到，时间序列呈8-10的周期震荡。华北中北部地区在1965年之后夏季降水有减少的趋势，70年到80年一直为负值，降水在逐年减少，93年左右又有一次降水减少，2000年以后整体来看该地区基本呈减少趋势。

　　图4和图5分别给出了华北地区夏季降水EOF2的空间分布和时间系数序列。图4显示，华北夏季降水大部分表现为一致的正值，可称之为“全区一致型”，可理解为整个华北地区降水变化表现出一致的同位相变化特征。从EOF2时间序列的变化表明，在20世纪90年代初降水分布异常发生了突然的变化，华北地区降水有明显的减少。图6为两个模态的时间系数对比，可以看出两者基本呈反位相，即负相关。

　　5 结语

　　本文利用我国160个观测站1951-2012年的降水资料分析夏季降水的变化趋势和时空变化特征(EOF)。

　　降水距平和一元线性回归表明：华北地区降水具有年代纪变化特征，降水趋势整体呈现下降趋势。60年代中，后期80年代中后期，2000年之后降水减少现象突出明显并且没有降水增加的趋势，一直处于负距平。EOF表明：模态一中华北地区呈现出北、中、南与东、西部相反的变化趋势。北、中、南部地区在 1965年之后夏季降水发生异常，在1973年左右，1993年左右以及2002左右都有一次降水的突变过程，即降水的突然偏少，之后降水除了2010有略微增多，整体显示降水偏少。模态二中在90年代初有一次显著地转变，此时华北地区整体降水偏少;SVD表明：模态一中华北地区夏季降水从1975年左右，1993年左右，2003年到2009年有明显的减少趋势，这与EOF中得到的结论基本一致。模态二中华北西部和山东半岛及北部为负值区，中部为正值区，与时间系数结合可知中部降水为减少，西部与山东半岛及山东半岛降水偏多。

　　参考文献：

　　[1]郝志新，郑景云，伍国凤，等.《1876-1878年华北大旱：史实、影响及气候背景》.科学通报，2010.55(23)：2321-2328.

　　[2]杨修群，谢倩等.华北降水年代际变化特征及相关的海气异常型.地球物理学报，2005.48(4)：789-797.

　　[3]张庆云.1880年以来华北降水及水资源的变化.高原气象，1993.3(4)：486-495.