基于EOF和小波分析的福建近40年旱涝时空变化特征研究

采用经验正交函数分解（EOF）、快速富里叶变换（FFT）、连续（CWT）和正交小波变换（OWT），对近41a来福建省25个代表站不同雨季旱涝指数（Z指数）序列进行了分析。结果表明：（1）福建旱涝在1965—1975年及1990年代具有显著的2-3a周期；（2）在1980年代中期以后南北反向变化具有显著的1a和3-4a周期；（3）中西部与其它区域的反向变化，在1985—1998年间有显著的1-2a周期，在1980年代以后9-13a周期较强；（4）近40年来有干旱趋势，南部（东部）比北部（西部）明显，其中1990年代这种趋势显著。（5）1960年代和1980年代相对湿润，而1970年代和1990年代则相对干旱。     

近500a福建汛期旱涝变化特征

用FFT、连续和正交小波变换分析了近500a福建汛期旱涝的变化特征：结果表明：1)福建旱涝等级有2～3a和10a左右的显著周期，但其他显著周期有空间和时间差异；2)近500a福建可以分为3个大的相对干湿期，即干—湿—干阶段，目前处在干旱阶段?从百年变化尺度看，闽北可分为6个干湿阶段，目前已开始向湿润期转换，而闽东和闽南则可分为5个干湿阶段，目前尚处在干旱期。从年代际尺度上看，近百年闽北、闽东和闽南都可以分为4个主要的干湿阶段，闽北目前处在湿润期，闽东和闽南也已进入了湿润期；3)闽北从16世纪末开始到20世纪前期旱涝等级有弱的增加(变干)趋势，而20世纪则有减小(变湿)趋势，闽东20世纪以前有弱的减小(变湿)趋势，20世纪前期明显增大(变干)，闽南则无明显趋势。福建3个区域旱涝等级的年际变化的方差贡献皆达到80％以上，而年代际变化的方差贡献占不到15％，百年尺度变化占5％以下。     

基于EOF和小波分析的福建近四十年旱涝时空变化特征研究

采用经验正交函数分解(EOF)、快速富里叶变换(FFT)、连续 (CWT)和正交小波变换(OWT),对近41 a来福建省25个代表站不同雨季旱涝指数(Z指数)序列进行了分析.结果表明:(1) 福建旱涝在1965-1975及1990年代具有显著的2-3 a周期;(2) 在1980年代中期以后南北反向变化具有显著的1 a和3-4 a周期;(3) 中西部与其它区域的反向变化,在1985-1998年间有显著的1-2 a周期,在1980年代以后9-13 a周期较强;(4) 近40年来有干旱趋势,南部(东部)比北部(西部)明显,其中1990年代这种趋势显著.(5) 1960年代和1980年代相对湿润,而1970年代和1990年代则相对干旱.     

百余年来影响福建热带气旋的变化特征

应用1884—2003年影响福建的热带气旋资料, 采用突变分析、最大熵谱分析、连续小波变换以及正交小波变换等方法研究百余年来影响福建热带气旋频数变化的多时间尺度特征及其异常年份的海气背景场特征。结果表明:百余年来福建经历了3次少台期和2次多台期, 影响福建热带气旋频数具有准13年、准4年和准2.5年的振荡周期, 1971年为年频数变化的突变点; 影响福建热带气旋频数近百年呈弱的上升趋势, 但近十几年略微下降, 未来有偏多的趋势; 影响福建热带气旋异常偏多 (少) 的年份, 夏季500 hPa高度场上, 鄂霍次克海地区位势高度偏低 (高), 从高纬到低纬呈“-+-”(“ +-+”) 的距平型, 纬 (经) 向环流占优势, 西风带低槽偏北 (南), 副热带高压北界偏北 (南), 副热带高压脊线偏北 (南); 赤道中、东太平洋为明显的带状负 (正) SSTA距平区, 同时西太平洋热带气旋主要源区和西北太平洋上皆为正 (负) SSTA距平。由此可见, 影响福建热带气旋频数多寡与西太平洋热带气旋生成区的海温有关, 同时大气环流系统的位置和强弱对热带气旋路径的变化起着关键性作用, 从而使影响福建热带气旋频数的变化。     

中国东部城市土地利用变化对江南春雨影响的模拟研究

利用美国国家大气研究中心发布的较高分辨率大气环流模式CAM 5.1,进行了中国东部(20~50°N,100~125°E)城市土地利用变化对江南春雨影响的数值试验。结果显示:较中国东部无城市土地利用的试验相比,城市用地增加后,江南春雨推迟约3候建立而提前1候结束,持续时间缩短,同时降水强度减弱。进一步分析表明:东部城市土地利用增加可改变地表能量收支,使得东部大部分地区的地表增暖,导致地表感热增强,对大气的异常加热使得该区域上空等压面抬升,缩小了低层青藏高原东南侧至西太平洋间的位势梯度,使得形成江南春雨的直接原因——西南风减小,从而减少春季江南地区的降水。中国东部城市土地利用改变可能是影响近几十年江南春雨年代际变化的原因之一。     

近50年福建气温、降水变化的统计特征

近５０年福建气温呈下降趋势，全省年平均气温变化率为－０．０１１４℃。年＾－＾１，即大约１０年下降０．１１℃，气温下降趋势势沿海大于内陆，冬春季大于夏季，８０年代秋季则呈上升趋势。降水量丰水期方要在５０年代，枯水期在６０年代，８０年代以来春雨（２－４月）显著增多，雨季（５－６月）降水量显著减少。     

昆仑山北部夏季降水多尺度时空变化特征

选用昆仑山北部2016—2020年6—8月14个国家气象站、240个加密区域自动气象站逐小时降水资料,针对“季-月-日-时”时间尺度,以沿海拔高度梯次下降划分的高山区、中山区、低山区和平原区为空间尺度,分析昆仑山北部夏季降水多尺度时空变化特征。结果表明：（1）近5 a昆仑山北部夏季平均降水358.5 mm,小时降水和小时强降水频次分别为301次和74次;日降水极值95.4 mm出现在低山区,小时降水极值64.0 mm出现在平原区。（2）夏季和6—8月逐月降水、平均日降水和小时降水、小时降水频次5个要素特征量均呈“南多北少”的空间分布特征,均随海拔梯次下降而减少;最大小时降水则为反相分布,随海拔梯次下降而增多,小时强降水更易出现在海拔较低的低山区和平原区。（3）夏季降水日变化特征显著,中午至前半夜小时降水的大值中心随时间逐渐偏向低海拔区,大值中心由南向北偏移;小时降水的峰值时间和降水增强时段均随海拔梯次降低而后延,4类区域小时降水峰值均在白天出现,其中低山区和平原区峰值发生在午后。低山区和平原区午后强对流天气造成的短时强降水及其引发的中小河流山洪、滑坡、泥石流等地质灾害是防范重点。     

江南春雨的时空分布特征及其旱涝年环流差异

利用1979—2010年中国753站逐日降水资料,定义了江南春雨时间范围(12—27候)和空间范围(110~120°E,23~30°N),并通过EOF方法分析了江南春雨的时空分布特征,得到3个主要模态:全区一致型、南北反相型和东西反相型。在此基础上,利用NCEP/NCAR再分析资料合成分析了江南春雨的旱涝年的环流差异。结果表明:江南春雨偏涝年,上游青藏高原东南侧的西南风增强,西太平洋副热带高压加强西伸,有利于来自副高南侧的水汽与高原南侧的水汽汇合向江南地区输送,而江南地区的上升运动也明显加强,有利于江南地区降水的产生。进一步分析发现在春雨期涝年青藏高原的热源强度明显强于旱年,导致高原东南侧的绕流增强,进而有利于江南地区的降水,而旱年情况大致相反。此外,比较旱涝年西太平洋—东亚大陆之间的纬向海陆热力差异发现,涝年大约在第11候发生冷热源的反转,旱年则在第16候反转。涝年江南地区春雨期热源强度也明显强于旱年,进一步说明江南地区冷热源的反转以及增强对于江南地区的降水具有重要的作用,同时对于判定江南春雨的季风降水性质具有重要指示意义。     

西南地区夏半年降水的多时空尺度特征

根据国家气象中心提供的西南地区夏半年月降水资料,利用旋转经验正交函数(REOF)展开方法,将西南地区划分为川西北、川渝区、云川区和贵州区4个区域,并在此基础上,利用多项式拟合趋势线、小波变换等方法,对各区域降水的变化特征进行了分析。结果表明,西南地区各区域降水的长期变化趋势不尽相同,川西北没有显著的趋势变化,川渝区表现为缓慢上升的趋势,而云川区和贵州区则均表现为先下降后上升的趋势。西南地区各区域降水的周期特征也不尽相同,较短时间尺度的周期变化在西南地区各区域普遍存在;而较长时间尺度的周期,各个区域则有较大的差别,不仅表现在长时间尺度周期的显著性上,还表现在具有相同时间尺度周期,不同区域的干湿期配置等方面。     

江南春雨的时空分布

江南春雨是东亚独特的天气气候现象,已有充分证据表明,它是青藏高原高大地形的动力和热力强迫的结果,但目前其时空分布还不明确。NCEP/NCAR环流及感热资料气候平均分析表明：在3月第1候（全年第13候）,高原主体和高原东南部的感热加热、高原东南侧西南风速、江南春雨区西南风速和江南春雨区雨量都提升到一个新的水平,标志着江南春雨的建立;在5月第3候（全年第27候）以后,高原东南部的感热加热、高原东南侧西南风速、江南春雨区西南风速和江南春雨区雨量都迅速减小,对流层中低层南海副高脊线由南倾转北倾,江南雨带中心南移至南海,南海季风爆发,标志着江南春雨期的结束。因此,将江南春雨的建立和终结时间定为第13候和第27候比较适当。资料分析和数值敏感性试验表明,江南春雨期对流层低层冷暖空气的交汇区在30°N附近,但江南春雨雨带的位置和强度明显受南岭、武夷山脉地形的影响：山脉地形能阻挡抬升冷暖空气,加强锋生,增强降水,使雨带中心位置与山脉主轴分布重合。因此,江南春雨的空间范围包括长江中下游（30°N）以南、110°E以东的中国东南部地区。     

青海春季降水的气候变化特征及其对春旱的影响

利用青海省1961--2003年38个气象台站春季降水资料,采用线性趋势分析和小波变换分析方法分析了青海高原春季降水的变化趋势和时一频特征。结果表明：近43年来,青海高原大部分地区春季降水量的总趋势是增加的,增加幅度最大的地区是青海高原南部地区;对于10年及以上相对较大的时间尺度,青海高原农业区春季降水干、湿交替的特征非常明显,经历了6个干、湿交替的阶段。在1961--1962年、1980--1982年、1994--1996年、1999--2000年4个阶段中几乎在所有周期上均表现为负位相,不同周期的振荡同位相叠加,从而形成了春季强的干旱阶段。     

内蒙古春季降水的气候特征及预测思路

采用1961—2016年春季(3—5月)内蒙古逐月降水资料,应用统计相关分析、REOF,对比分析等方法分析研究了内蒙古地区春季降水类型的气候特征以及海洋和大气环流特征。可以发现,内蒙古春季降水具有明显的地域性特征,分为4个类型:全区偏少型,全区偏多型,中西部偏多、东部偏少型,东部偏多、中西部偏少型。研究结果说明,春季降水的大气环流形势受ENSO事件影响。AO的正、负位相对内蒙古不同地区造成不同影响,正位相时有利于中西部降水偏多,负位相时有利于东部偏多。西伯利亚高压偏强,东亚大槽偏弱、偏西,冬季青藏高原积雪偏多,西太平洋副热带高压偏强、偏西,降水落区处在低压槽后,冷空气较为活跃,配合暖湿水汽输送条件,冷暖气流在内蒙古地区交汇便形成多雨区;反之亦然。研究结果对预报员预测思路具有预测指导意义。     

新疆春夏两季降水量异常特征分析

对新疆53a来的降水量进行分析,发现春季和夏季是其异常发生强度大、频次多的时期,着重对新疆春夏季降水量异常的时空特征进行了分析。     

华南春季降水纬向非均匀分布及异常年大气环流特征分析

对1951—2007年华南地区18站春季（3—5月）降水进行EOF分析,发现华南春季降水的空间分布具有全区一致性、东西反位相、南北反位相及东北—西南反位相等特点。第二特征向量主要反映了华南春季降水的纬向非均匀分布特征,据此将华南春季降水型分为西涝东旱型和西旱东涝型,并利用NCEP再分析资料对春季降水的纬向分布异常年的大气环流背景特征进行了研究。结果发现：在西涝东旱年,华南西北部存在海平面气压场和高度场的正异常中心,有利于冷空气的南下,而该正异常中心的南部出现负异常,华南东部及其东部海面上呈现范围较大的气压场和高度场正异常,华南西部盛行东南风异常,华南东部存在东北风距平,风场和水汽输送场在华南西部表现为异常辐合,在华南东部表现为异常辐散,因此造成了华南西部降水的偏多和东部降水的偏少。同时,850 hPa涡度场、200 hPa散度场、850 hPa垂直速度场和1000 hPa温度场也均呈现出有利于华南西部降水增多和东部降水减少的环流形势。在西旱东涝年,情况基本相反。     

福建的倒春寒及其环流背景

使用６５个测站３０年的资料，对福建农业生产的关键天气－－倒春寒作了全面的普查分析，指出了倒春寒发生的时空分布特征和ＥＯＦ分析结果，并指出乌拉尔山、贝加尔湖和亚洲的中低纬地区的环流特征是无倒春寒发生的关键区。     

1961-2015年陕西省不同等级降水事件变化特征

利用19612015年陕西省70个气象观测站的逐日降水资料,采用线性倾向估计、趋势分析及Mann Kendall等方法,分析了陕西省不同等级降水量、降水日数及降水强度的气候变化特征。结果表明：无论是降水量、降水日数,还是降水强度,均呈现出南多北少的分布特征,且随着降水级别的逐级增加,地区分布差异逐渐增大;整体上降水量和降水日数呈现出减少趋势,其中降水日数的下降趋势均非常显著,全省年均降水日数的气候倾向率达到了-3.83天·10a-1,通过了0.01的显著性检验,降水强度的增加趋势通过了0.05的显著性检验,每10 a全省年均降水强度增加0.15 mm·d-1;陕西降水量及降水日数的减少主要体现在春秋两季小雨及中雨的减少上,小雨降水强度在夏、秋两季的气候倾向率分别为0.05和0.04 mm·d-1·10a-1,其上升趋势分别通过了0.01和0.1的显著性检验,这是年均降水强度上升的主要原因;陕西年均降水量及降水日数自1984年出现了突变性下降,而降水强度的突变则出现在2004年,之后一直呈现持续的上升趋势。     

广东地区后汛期降水集中度和集中期特征

利用广东省23个台站1961—2006年后汛期（7—9月）逐候的降水资料,计算了降水集中度和集中期,并讨论了其时空分布特征和变化规律。结果表明,降水集中度和集中期能够表征降水量在时空场上的变化,降水集中度和集中期EOF的第1特征向量表现出一致的上升趋势,呈现东北—西南向分布,第2特征向量变化特征呈东西向反向分布。广东地区后汛期降水集中度呈逐年微弱下降趋势,并在年代际和年季尺度上存在不同的周期变化。广东地区降水集中度分布不均,在广东中部多水年的集中度大于少水年,多水年集中期要小于少水年。环流场的分析表明,集中度的高值年,1000 hPa5、00 hPa上我国北方均易受高压控制,存在高度场的正距平中心,同时高压易于南伸,与南方暖湿空气交汇,容易导致强降水。     

CLIMATOLOGICAL VARIATION FEATURES OF TYPHOON PRECIPITATION INFLUENCING FUJIAN FOR THE PAST 46 YEARS

The results of an analysis of the temporal and spatial distribution of typhoon precipitation influencing Fujian from 1960 to 2005 show that typhoon precipitation in Fujian province occurs from May to November, with the most in August. There has been a decreasing trend since 1960. Typhoon precipitation gradually decreases from the coastal region to the northwestern mainland of Fujian and the maximum typhoon precipitation occurs in the northeast and the south of Fujian. Typhoon torrential rain is one of the extreme rainfall events in Fujian. High frequencies of typhoon torrential rain occur in the coastal and southwest regions of the province. With the impact of Fujian’s terrain, typhoon precipitation occurs more easily to the east of the mountains than to the west. Atmospheric circulation at 500 hPa over Asia and sea surface temperature anomalies of the equatorial eastern Pacific are analyzed, with the finding that they are closely connected with the anomaly of typhoon precipitation influencing Fujian, possibly mainly by modulating the northbound track of typhoons via changing the atmosphere circulation to lead to the anomaly of typhoon precipitation over the province.     

近46年影响福建的台风降水的气候特征分析

对1960～2005年46年间影响福建的台风降水进行时空分析,结果表明:影响福建的台风降水主要发生在5～11月,8月是台风降水最多的月份;自1960年以来台风降水整体呈下降趋势;在地域分布上台风降水由闽南沿海向闽西北内陆逐渐减小,最大台风降水出现在闽南和闽东北地区;台风暴雨是福建地区的极端强降水事件之一,台风暴雨频发区主要集中在沿海及闽西南地区;受福建山地地形作用山脉以东的台风暴雨发生的概率要大大高于山脉西侧地区.台风降水的异常与亚洲地区500 hPa大气环流和赤道东太平洋海温异常关系密切,它们可能主要通过大气环流的改变进而对影响中国台风北上路径起到调制作用,并最终引起福建地区台风降水的异常.