青藏高原冬季降水时空分布特征研究
来源：高原气象
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栏目：期刊导读 时间：2020-08-31
0 引言
青藏高原平均海拔在4000～5000米，有“世界屋脊”之称。很多学者研究过高原的存在对其周边地区气候的影响[1－2]以及高原本身的气候特征变化[3－6]。也有很多学者研究过高原汛期以及年降水变化特征。周顺武，卢鹤立等[7－8]对高原夏季降水的时空分布特征进行分析;朱西德等[9]对青藏高原的年降水量进行时空特征分析;齐文文等[10]对高原降水做了空间和季节分布特征的分析，并且指出高原西北部冬季降水占全年比例约为20%，而东南部冬季降水占比例则低于10%，虽然高原冬季降水占全年降水量的比重较小，但是由于高原冬季降水大多以降雪的形式出现，因此降雪量依然非常的可观;李培基，柯长青等[11－13]研究指出高原积雪变化呈普遍增加趋势，高原东部是高原积雪年际变化最显著的地区，与冬季降水呈显著正相关，积雪的增加是由冬季降水的增加引起。观测表明，高原冬季每年普遍都有雪灾发生，对高原地区人民的生命财产造成严重损失，因此研究高原冬季降水演变规律，对高原雪灾防御有重要意义。目前对高原冬季降水的研究成果还比较少，故文中对高原冬季降水的时空变化特征的研究，将对高原雪灾的认识和预报有一定的指示意义。
1 资料与方法
选取海拔3藏25个站、青海19个站和四川11个站代表青藏高原(以下简称高原)地区，资料来源于西藏自治区气象台和国家气候中心，其站点分布如图1所示。降水资料的时间长度为1971～2010年，以当年12月和次年1、2月代表当年冬季，降水量取3个月的平均值。利用经验正交函数(EOF)方法分析了高原冬季降水的整体时空分布特征;利用小波方法和Mann-Kendall(MK)统计检验对时间系数和区域时间序列进行了周期分析和突变检验;利用REOF方法讨论了高原冬季降水的局域性特征。
图1 选取的青藏高原站点分布图
2 高原冬季降水的基本气候特征
图2为高原冬季12月、1月、2月及3个月平均降水分布图，从图中可以看出，12月在3个月中降水量为最小，1月居中，2月最多。3个月的降水分布特征比较相近，基本为东南部偏多，西北部偏少。在高原西南部，喜马拉雅山迎风坡处冬季降水在各月均为最大值中心，2月多年平均降水量可以达到45mm;次大值中心在西藏东南部雅鲁藏布江下游谷地开口处，这是由于南支西风槽前西南风携带水汽进入，并通过爬坡造成降水量在冬季成为高原降水次大值中心;其次在高原中东部亦为降水相对较多的地区。青海省冬季降水从东南到西北逐渐减少，川西高原从北到南逐渐减少。同时，可以看到，西藏西北部至青海西北部地区冬季降水量多年平均值很小，仅仅1mm。
图3(a)为降水变率图，图中整个高原地区的冬季降水变率都非常大，大部分地区都在50%以上，总的分布特点是降水量越大的地区，变率越小;降水量越小，变率越大。变率最大值中心为喜马拉雅山北坡和雅鲁藏布江上游河谷之间，这里的冬季降水量为最小值地区，而降水变率却为最大值中心。高原西南部的降水大值中心则相对变率较小，为40%左右。图3(b)为降水倾向率值的分布，大部分地区为微弱的正值分布，而在西藏西南部聂拉木地区以及西藏东部地区有小片负值分布地区，但由于大部分站点相关系数检验都未达到0.05，因此高原大部分站点冬季降水的线性趋势变化并不显著。
图2 高原冬季降水12月、1月、2月及3个月平均分布图(单位:mm)
如图4分别为高原冬季降水1970、1980、1990和2000年代距平百分率的分布图，平均值取1981～2010年。从图中可以看出高原冬季降水在1970年代和2000年代相对偏少，而在1980年代和1990年代则相对偏多，尤其是1990年代高原大部分地区呈明显偏多分布。值得一提的是高原西南部地区1980年代异常偏多而其他3个年代异常偏少是由于1989年这一地区遭遇有史以来最大暴风雪灾的缘故。
图3 高原冬季降水变率和倾向率(变率单位:%，倾向率单位:mm/10a)
图4 高原冬季降水年代距平(单位:mm)
3 高原冬季降水EOF分析
3.1 特征向量场的模态分析
先对高原冬季降水量做标准化处理，然后对其做EOF分析，前10个模态的解释方差如表1所示。前10个模态的累计解释方差为71%，收敛速度较慢，可见高原地区冬季降水的复杂性。第1模态的解释方差约为20%，前6个模态的累积解释方差为55.3%，已能较好地表示高原地区冬季降水的时空分布特征。
表1 EOF分析对应模态所占的解释方差和累积解释方差(%)序号2 3 4 5 6 7 8 9 10 EOF 解释方差 19.7 10.1 7.4 6.9 6.0 5.3 4.6 4.2 3.6 3.2累积解释方差 19.7 29.8 37.2 44.1 50.1 55.3 59.9 64.1 67.8 71.0 1
如图5为EOF分析前6个特征向量，从
