王 聳，高西寧，肖 瑤，王 琪，王 寧

(1.吉林省氣象服務(wù)中心， 吉林 長(zhǎng)春130062； 2.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 遼寧 沈陽(yáng) 110866；3.河南省氣象服務(wù)中心， 河南 鄭州450003； 4.吉林省氣象臺(tái)， 吉林 長(zhǎng)春 130062)

IPCC第5次報(bào)告指出，全球平均陸地和海洋表面溫度于1880—2012年期間升高了0.85℃(0.65℃～1.06℃)[1]。全球氣候變暖會(huì)造成海平面氣壓場(chǎng)的重新調(diào)整，加速地球系統(tǒng)的水循環(huán)，進(jìn)而影響全球的總降水量變化[2-3]。中國(guó)幅員廣闊，領(lǐng)土面積達(dá)1 430多萬(wàn)km2[4]，占有熱帶、亞熱帶、暖溫帶、溫帶、寒溫帶五種氣候帶。受不同氣候帶、不同大氣環(huán)流形勢(shì)[5]及復(fù)雜地形的影響，氣候變化特征有垂直變化和水平變化不均一的特點(diǎn)，中國(guó)的氣候變化特征存在一定的區(qū)域差異[6]。

降水量的變化是區(qū)域氣候變化最敏感、最直接的因素[7]。在氣候變暖背景下，極端降水事件很有可能強(qiáng)度增大、頻率增高，干旱、洪澇等極端氣候增加[8-9]。已有研究主要針對(duì)中國(guó)某個(gè)地區(qū)以及省、市的降水量變化研究[10-14]，而缺乏對(duì)中國(guó)整體范圍降水量變化的空間分布及年際差異等的系統(tǒng)研究。在全球氣候變化的背景下，中國(guó)過(guò)去50年氣候變化十分顯著，因此在全球氣候變化背景下對(duì)中國(guó)近50 a降水量變化的分區(qū)及其變化特征進(jìn)行研究十分重要[2]。

為研究1961—2010年中國(guó)降水量變化的空間格局的穩(wěn)定性及其動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，同時(shí)考慮研究氣候變化需要至少30 a的氣候資料，本研究采用滑動(dòng)時(shí)段法，將研究時(shí)段分為3個(gè)時(shí)段(1961—1990、1971—2000、1981—2010年)對(duì)其降水量變化特征進(jìn)行分區(qū)，并探討分區(qū)結(jié)果的差異。通過(guò)此項(xiàng)研究，對(duì)進(jìn)一步揭示中國(guó)降水量變化特征，研究其氣候?qū)W意義，對(duì)提高我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等對(duì)氣候變化的適應(yīng)性，以及社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源及研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文使用的降水量資料來(lái)源于中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)提供的1961—2010年中國(guó)地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集，其中包含中國(guó)756個(gè)基準(zhǔn)、基本氣象站自1951年1月以來(lái)的氣溫、氣壓、降水量等8個(gè)要素的日值數(shù)據(jù)，從中提取1961—2010年降水量數(shù)據(jù)，用于本文研究。756個(gè)氣象站中，由于建站時(shí)間有所不同，資料時(shí)間長(zhǎng)短不同，對(duì)于降水量時(shí)間長(zhǎng)度少于30 a的84個(gè)氣象站進(jìn)行剔除；剔除因由基本(基準(zhǔn))站改為一般站，造成數(shù)據(jù)中斷的46個(gè)站點(diǎn)；剔除28個(gè)由于臺(tái)站遷址等原因造成數(shù)據(jù)10 a以上中斷的氣象站；剩余598個(gè)氣象站中，缺測(cè)降水資料用1981—2010年的標(biāo)準(zhǔn)氣候值代替[4]，最終選取此598個(gè)氣象站(站點(diǎn)分布見(jiàn)圖1)1961—2010年旬降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行研究。

圖1中國(guó)598個(gè)站點(diǎn)分布

Fig.1 Distribution of 598 meteorological stations in China

1.2 研究方法

1.2.1 數(shù)據(jù)處理 選取1981—2010年作為氣候標(biāo)準(zhǔn)期，分別計(jì)算各站1～36旬降水量平均值，并生成各個(gè)站點(diǎn)1961—2010年的逐旬降水距平百分率數(shù)據(jù)集。

(1)

1.2.2 經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)(EOF)和旋轉(zhuǎn)經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)(REOF) 經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)(EOF)分解是氣候統(tǒng)計(jì)診斷中應(yīng)用最為普遍的方法之一，在保持原有信息損失的前提下，把原始變量分解為正交函數(shù)的線性組合，構(gòu)成為數(shù)很少的互不相關(guān)典型模態(tài)，代替原始變量場(chǎng)，每個(gè)典型模態(tài)都含有盡量多的原始場(chǎng)信息[15]。

旋轉(zhuǎn)經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)(REOF)分解是基于經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)(EOF)，采用正交旋轉(zhuǎn)矩陣，使原始要素場(chǎng)的特征信息集中映射到載荷場(chǎng)所代表的優(yōu)勢(shì)空間上，從而使得旋轉(zhuǎn)后的典型場(chǎng)空間結(jié)構(gòu)更加清晰，能更好地表現(xiàn)地域的差異，同時(shí)反映不同地域的相關(guān)分布狀況，實(shí)現(xiàn)將氣候要素一致的地區(qū)劃分為同一區(qū)域[16-18]。

本研究EOF對(duì)598個(gè)站點(diǎn)的降水距平百分率進(jìn)行處理，為了清晰表示要素場(chǎng)區(qū)域特征，采用REOF進(jìn)行區(qū)域劃分，即在區(qū)域特征分析基礎(chǔ)上對(duì)EOF結(jié)果做方差最大正交旋轉(zhuǎn)，重新分配方差P[15,19-20]；根據(jù)REOF分解結(jié)果，形成各臺(tái)站經(jīng)方差最大旋轉(zhuǎn)后的載荷特征向量矩陣，查找各站點(diǎn)絕對(duì)值最大的載荷值對(duì)應(yīng)的特征向量，從而確定出對(duì)該站點(diǎn)影響最大的特征向量，使某一特征向量的高荷載值聚為同一類型，進(jìn)而對(duì)降水量變化特征進(jìn)行分區(qū)[21]。

1.2.3 降水量變化趨勢(shì)分析 對(duì)分區(qū)后各區(qū)域年平均降水量的距平值進(jìn)行線性趨勢(shì)分析及5 a滑動(dòng)平均分析，討論各區(qū)域降水量變化特征。

5a滑動(dòng)平均分析使用的計(jì)算公式為[23]：

(i=3,…,n-2)

(2)

2 結(jié)果與分析

2.1 降水量變化空間分析

采用REOF對(duì)598個(gè)站點(diǎn)的降水距平百分率進(jìn)行分析，3個(gè)時(shí)段前11個(gè)載荷向量累積解釋方差貢獻(xiàn)均超過(guò)65%(表1)，第12個(gè)載荷向量以后方差貢獻(xiàn)率較小，即可認(rèn)為取11個(gè)旋轉(zhuǎn)特征向量，基本上能夠代表分區(qū)結(jié)果[24-26]。3個(gè)時(shí)段均取前11個(gè)載荷向量進(jìn)行正交旋轉(zhuǎn)，并就此進(jìn)行降水量變化的空間分析。

表1 前11個(gè)載荷向量累積方差貢獻(xiàn)率

2.1.1 1961—1990年時(shí)段降水量變化空間特征分析 圖2為1961—1990年前11個(gè)旋轉(zhuǎn)載荷向量的空間分布圖。圖2a為第一個(gè)旋轉(zhuǎn)載荷向量場(chǎng)，正的高值區(qū)位于江淮地區(qū)，最高值(0.161)位于安徽省的滁縣，由圖2a可知1961—1990年以滁縣地區(qū)為中心，合肥、六安、巢湖、霍山、壽縣以及南京等地其特征向量值均達(dá)到了0.150以上。此區(qū)域包括安徽、江蘇、湖北東部和河南南部為降水量變化較大的地區(qū)，即江淮地區(qū)為1961—1990年時(shí)間段第一個(gè)降水量變化明顯地區(qū)。圖2b為第二個(gè)旋轉(zhuǎn)載荷向量場(chǎng)，最高值(0.158)位于河南省的三門峽地區(qū)。此區(qū)域的高值區(qū)位于山東、河南、陜西和山西南部，將此區(qū)域統(tǒng)稱為黃淮地區(qū)。圖2c是第三個(gè)旋轉(zhuǎn)載荷向量場(chǎng)，最高值(0.174)位于吉林省的通化地區(qū)，高值區(qū)位于遼寧、吉林、內(nèi)蒙古的通遼和赤峰，位于東北的中部和南部地區(qū)，以及內(nèi)蒙古東四盟中的通遼和赤峰區(qū)域，這些地區(qū)統(tǒng)稱為東北中南部地區(qū)。圖2d為第四個(gè)旋轉(zhuǎn)載荷向量場(chǎng)，高值區(qū)位于江南東部的福建、江南中部的江西與華南東部的廣東東部地區(qū)，此地區(qū)統(tǒng)稱為江南、華南東部地區(qū)。圖2e為第五個(gè)旋轉(zhuǎn)載荷向量場(chǎng)，高值區(qū)位于中國(guó)的西南地區(qū)東部的貴州、廣西西部和江南西部地區(qū)的湖南，最高值(0.183)位于榕江地區(qū)?？梢?jiàn)西南地區(qū)東部和江南西部地區(qū)為第五個(gè)降水變化較大的區(qū)域。圖2f為第六個(gè)旋轉(zhuǎn)載荷向量場(chǎng)，高值區(qū)位于中國(guó)東北北部地區(qū)的黑龍江以及內(nèi)蒙古東四盟中的烏蘭浩特和海拉爾，將這片區(qū)域統(tǒng)稱為東北北部地區(qū)為第六個(gè)降水變化明顯的地區(qū)。圖2g為第七個(gè)旋轉(zhuǎn)載荷向量場(chǎng)，最高值(0.208)位于廣東省的高要地區(qū)。華南西部的廣西和華南中部的廣東以及海南為第七個(gè)降水變化區(qū)，將華南西部和華南中部統(tǒng)稱為華南中西部地區(qū)。圖2h為第八個(gè)旋轉(zhuǎn)載荷向量場(chǎng)，此向量場(chǎng)出現(xiàn)兩個(gè)高值區(qū)，分別是中國(guó)西北東北部地區(qū)，以及新疆地區(qū)。即根據(jù)第八個(gè)旋轉(zhuǎn)載荷向量的向量場(chǎng)，分出兩個(gè)降水變化區(qū)，分別是中國(guó)西北東北部地區(qū)(包括甘肅、寧夏)以及新疆地區(qū)。圖2i為第九個(gè)旋轉(zhuǎn)載荷向量場(chǎng)，最高值(0.220)位于內(nèi)蒙古的集寧，高值區(qū)位于內(nèi)蒙古西部和包含河北、山西北部的華北北部地區(qū)。圖2j為第十個(gè)旋轉(zhuǎn)載荷向量場(chǎng)，最高值(0.266)位于云南省的思茅地區(qū)。高值區(qū)位于中國(guó)西南地區(qū)南部，即此地區(qū)為全國(guó)降水量變化明顯的地區(qū)。圖2k為第十一個(gè)旋轉(zhuǎn)載荷向量的向量場(chǎng)，高值區(qū)位于西藏地區(qū)、西北地區(qū)中部和西南地區(qū)北部，包括西藏、青海和四川。將西藏地區(qū)、西北地區(qū)中部和西南地區(qū)北部統(tǒng)稱為青藏地區(qū)。

2.1.2 1971—2000年時(shí)段降水量變化空間特征分析 分析1971—2000年時(shí)段前11個(gè)旋轉(zhuǎn)載荷向量的空間分布(圖略)。與1961—1990年時(shí)段不同的是第4個(gè)旋轉(zhuǎn)載荷向量的向量場(chǎng)，此區(qū)有兩個(gè)高值區(qū)，其中之一是位于內(nèi)蒙古西部、青海北部、甘肅、寧夏、山西北部大片區(qū)域，屬于西北地區(qū)東北部、華北北部和內(nèi)蒙古西部，在此統(tǒng)稱為中國(guó)北部地區(qū)。第二個(gè)區(qū)域?yàn)樾陆貐^(qū)，可見(jiàn)此兩個(gè)地區(qū)為1971—2000年時(shí)間段兩個(gè)降水量變化明顯地區(qū)。第10個(gè)旋轉(zhuǎn)載荷向量的向量場(chǎng)顯示出高值區(qū)所占面積較小，位于福建和廣東地區(qū)，與第三個(gè)和第六個(gè)特征向量所表示的區(qū)域接近，這個(gè)區(qū)域所凸顯出的降水變化已經(jīng)被第三和第六個(gè)區(qū)域表示出來(lái)。

圖2 1961—1990年前11個(gè)特征向量場(chǎng)的空間分布圖

Fig.2 The spatial distribution map of the first 11 eigen vector fields during 1961—1990

2.1.3 1961—1990年時(shí)段降水量變化空間特征分析 分析1981—2010年時(shí)段前11個(gè)旋轉(zhuǎn)載荷向量的空間分布(圖略)，與1961—1990年、1971—2000年時(shí)段不同的是，第10個(gè)旋轉(zhuǎn)載荷向量的向量場(chǎng)顯示出高值區(qū)有兩個(gè)，分別位于河北地區(qū)與新疆地區(qū)，河北地區(qū)與第4個(gè)和第5個(gè)特征向量所表示的區(qū)域接近，這個(gè)區(qū)域所凸顯出的降水變化已經(jīng)被第4和第5個(gè)區(qū)域所表示出來(lái),只將新疆地區(qū)劃分為一個(gè)區(qū)域。第11個(gè)旋轉(zhuǎn)載荷向量的向量場(chǎng)顯示出高值區(qū)所占面積較小，位于福建和廣東地區(qū)，與第2和第6個(gè)特征向量所表示的區(qū)域接近，這個(gè)區(qū)域所凸顯出的降水變化已經(jīng)被其表示出來(lái)。

2.2 降水量變化的空間分區(qū)

2.2.1 3時(shí)段空間分區(qū) 以1961—1990年EOF及REOF分析計(jì)算結(jié)果為例，前11個(gè)載荷向量累積解釋方差貢獻(xiàn)達(dá)到65.48%，基本上能夠代表分區(qū)結(jié)果，1961—1990年降水量變化可分成12個(gè)區(qū)域。根據(jù)旋轉(zhuǎn)經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分解結(jié)果，結(jié)合實(shí)際地理分布情況，確定各個(gè)分區(qū)的邊界線位置，分區(qū)結(jié)果見(jiàn)圖3。其它兩個(gè)時(shí)段的分區(qū)過(guò)程與此相同，分區(qū)結(jié)果見(jiàn)圖4、圖5。

圖3 1961—1990年降水量變化分區(qū)

圖4 1971—2000年降水量變化分區(qū)

圖5 1981—2010年降水量變化分區(qū)

Fig.5 Precipitation change division during 1981—2010

2.2.2 1961—1990年、1971—2000年和1981—2010年3時(shí)段分區(qū)圖疊加 分析1961—1990年、1971—2000年和1981—2010年三個(gè)時(shí)段的分區(qū)結(jié)果，將三個(gè)分區(qū)圖(圖3～5)疊加(圖6)，可知江淮地區(qū)、東北中南部地區(qū)、西南地區(qū)東部和江南西部地區(qū)、新疆地區(qū)和東北地區(qū)北部這五個(gè)地區(qū)三個(gè)時(shí)間段降水量變化情況相同。而中國(guó)北部地區(qū)，在1961—1990年時(shí)段，由于東西變化不同，分為東西兩區(qū)，而1971—2000年和1981—2010年兩個(gè)時(shí)段的分區(qū)情況基本相同，1971—2000年時(shí)段，青海北部與甘肅西部也被并入中國(guó)北部地區(qū)，說(shuō)明在1971—2010年間，中國(guó)北部地區(qū)降水量出現(xiàn)了明顯的變化；江南和華南東部地區(qū)，1961—1990年時(shí)段，較1971—2000年和1981—2010年時(shí)段包含的地區(qū)增加了廣東東部區(qū)域，可以看出自1971年起，降水在此地區(qū)有變化；黃淮地區(qū)，1961—1990年和1971—2000年較為相近，1981—2010年時(shí)段黃淮地區(qū)與西北東部地區(qū)的降水量變化情況相似，歸在同一區(qū)域；華南中西部地區(qū)，1971—2000年和1981—2010年時(shí)段區(qū)域相同，在1961—1990年時(shí)段，區(qū)域包含地區(qū)小，比后兩個(gè)時(shí)間段缺少?gòu)V東東部地區(qū)，表明自1971年起，此地區(qū)的降水開(kāi)始出現(xiàn)變化；西南地區(qū)，青海、西藏、四川、云南變化情況相似，而云南部分地區(qū)與整體西南地區(qū)的變化略有不同，1961—1990年時(shí)段，云南獨(dú)自劃分成一區(qū)，1971—1990年云南西部獨(dú)自成一區(qū)，1981—2010年時(shí)段，云南又恢復(fù)獨(dú)自成為一區(qū)，表明1980年左右，云南的降水有所變化。

2.2.3 1961—2010降水量變化分區(qū)結(jié)果 根據(jù)3時(shí)段分區(qū)疊加結(jié)果，可較為清晰地看出1961—2010年降水量變化的空間格局的穩(wěn)定性及其動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。根據(jù)前面的分析，除中國(guó)北部地區(qū)之外，其它地區(qū)空間位置點(diǎn)發(fā)生變化的站點(diǎn)相對(duì)較少，可以認(rèn)為研究時(shí)段內(nèi)降水量變化的空間結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，因此利用3時(shí)段分區(qū)疊加結(jié)果，對(duì)研究時(shí)段內(nèi)降水量變化進(jìn)行分區(qū)[26]。綜合3時(shí)段分區(qū)結(jié)果，中國(guó)1961—2010年近50 a的降水量變化分為11個(gè)區(qū)域，如圖7。11個(gè)區(qū)域分別為：Ⅰ 江淮地區(qū)；Ⅱ 東北中南部地區(qū)；Ⅲ 中國(guó)北部地區(qū)；Ⅳ 新疆地區(qū)；Ⅴ 江南和華南東部地區(qū)；Ⅵ 黃淮地區(qū)；Ⅶ 西南地區(qū)東部和江南西部地區(qū)；Ⅷ 東北北部地區(qū)；Ⅸ 華南中西部；Ⅹ 青藏地區(qū)；Ⅺ 西南地區(qū)西部。

圖6 1961—1990年、1971—2000年和1981—2010年3時(shí)段疊加分區(qū)圖

圖7 1961—2010年降水量變化分區(qū)

Fig.7 Precipitation change division during 1961—2010

2.3 各分區(qū)降水量變化趨勢(shì)分析

圖8為1961—2010年全國(guó)及全國(guó)各區(qū)域降水量距平變化曲線圖。圖8(a)為1961—2010年全國(guó)降水量距平變化曲線圖，由此看出，過(guò)去50 a中國(guó)全區(qū)年平均降水量呈現(xiàn)出微小的減少趨勢(shì)，氣候傾向率為-0.0183 mm·10 a-1，相關(guān)系數(shù)為-0.0005，未達(dá)到顯著性水平，該結(jié)果與以往的研究結(jié)果[27-31]基本一致；降水年際變幅較大，年降水量較多的年份分別為：1973年、1998年、1983年和2010年；降水量較少，較為干旱的年份分別為：2004年、1986年、2009年和1978年。5 a滑動(dòng)平均曲線表明，1961—2010年間降水距平呈波動(dòng)式變化并略有減少，1963—1970年間中國(guó)降水量除個(gè)別年份外，多數(shù)年份為負(fù)距平，表明此時(shí)段降水相對(duì)較少，且降水量在波動(dòng)中呈現(xiàn)不斷下降的趨勢(shì)；70、80年代出現(xiàn)了兩個(gè)降水距平由正轉(zhuǎn)負(fù)的10 a準(zhǔn)周期變化。1991—2001年，中國(guó)降水量除個(gè)別年份外，多數(shù)年份為正距平，表明此時(shí)段降水量相對(duì)較多；2002—2008年，又出現(xiàn)了較長(zhǎng)時(shí)間的負(fù)距平，隨后降水距平逐漸增大，降水量逐漸增多。

圖8(b～l)為1961—2010年全國(guó)各區(qū)域降水量距平變化曲線圖。分析圖8(b～l)中中國(guó)各分區(qū)的降水量距平變化得出，中國(guó)各區(qū)域降水存在明顯的差異性，其中東北中南部地區(qū)、中國(guó)北部、黃淮地區(qū)、西南地區(qū)東部和江南西部地區(qū)、東北北部地區(qū)、西南地區(qū)西部降水量變化的氣候傾向率依次為：-6.2237、-8.5088、-13.9415、-7.8451、-1.4029、-7.5658 mm·10a-1，相關(guān)系數(shù)分別為-0.1092，-0.2342，-0.1941，-0.1017，-0.0327，-0.1941，均未達(dá)到顯著性水平，降水量均表現(xiàn)為減少的趨勢(shì)；江淮地區(qū)、新疆地區(qū)、江南和華南東部地區(qū)、華南中西部、青藏地區(qū)氣候傾向率依次為12.9260、8.7274、23.2075、14.3882、7.3256 mm·10 a-1，相關(guān)系數(shù)分別為0.1187，0.5294，0.1646，0.0960，0.4214，均未達(dá)到顯著性水平，降水量均表現(xiàn)為增加的趨勢(shì)。由5 a滑動(dòng)平均曲線可以看出，江淮地區(qū)的降水距平波動(dòng)較小，20世紀(jì)60年代開(kāi)始減少，60年代中期趨于上升，于70年代中期開(kāi)始下降，到了80年代開(kāi)始上升，直到1995年又開(kāi)始下降，之后降水變化趨于平緩(圖8b)。這個(gè)區(qū)域的降水增加主要是因?yàn)?980年到1995年，江淮流域不斷出現(xiàn)夏秋季洪澇[32]；東北中南部地區(qū)在1975年和1996年均出現(xiàn)了明顯的降水距平減少的趨勢(shì)，80年代之前，降水距平波動(dòng)較小，80年代后期降水距平波動(dòng)變大(圖8c)；中國(guó)北部地區(qū)降水距平具有較強(qiáng)的變化性，降水距平由70年代開(kāi)始減少，由70年代中期回升，又在80年代初期開(kāi)始減少，之后呈波動(dòng)性變化。在90年代中后期降水略有下降(圖8d)，該地區(qū)整體降水趨勢(shì)下降與極強(qiáng)降水頻率的減少有很大關(guān)系，此地區(qū)在1965年和1980年出現(xiàn)了降水異常的兩次躍變，65年之前為澇年，之后為旱年，以1980年為界，1965—1980年初是重旱年，隨后旱澇相間[33]，近50 a間，此區(qū)域的降水變化非常大，這也是3個(gè)時(shí)間段，區(qū)域劃分界限不好明確的原因；新疆地區(qū)60年代降水為正距平，到了70年代初期降水略微減少，之后波動(dòng)性上升，總降水趨勢(shì)沒(méi)有明顯的突變情況(圖8e)；江南和華南東部地區(qū)在60年代初期降水量有下降的趨勢(shì)，到了60年代中期開(kāi)始上升，70年代中期到80年代初期降水量距平有所減少，之后一直是波動(dòng)性增加趨勢(shì)，到2000年有所降低，2009年降水距平回升(圖8f)；黃淮地區(qū)降水量波動(dòng)性較小，降水量從2000年開(kāi)始有回升的趨勢(shì)，70年代到2000年之間，降水距平的變化不大(圖8g)；西南地區(qū)東部和江南西部地區(qū)60年代到80年代初期，降水量距平值正負(fù)相互抵消，總的氣候傾向率為負(fù)值的原因是在80年代降水量急劇下降，雖在90年代有所回升，但到了2000年降水量又開(kāi)始下降(圖8h)；東北北部地區(qū)降水距平變化的總趨勢(shì)與東北中南部地區(qū)較為接近，在80年代到2000年降水距平相對(duì)較大，但變化幅度明顯高于東北中南部地區(qū)，這也是兩將東北分成南部和北部的原因，此地區(qū)從60年代初期開(kāi)始下降，在70年代后期達(dá)到了最低點(diǎn)，然后又開(kāi)始急劇上升，在80年代的前中期達(dá)到了最大值，此后上下波動(dòng)，到了90年代中期又開(kāi)始下降(圖8i)，東北地區(qū)的降水量減少與極強(qiáng)降水頻率的減少有關(guān)[34]，東北地區(qū)為中國(guó)的少雨區(qū)，降水不足，干旱等氣象災(zāi)害時(shí)有發(fā)生[9]；華南中西部降水波動(dòng)較大，60年代降水距平為負(fù)值，70年代和80年代前期降水距平為正值，80年代末期，降水距平減小變?yōu)樨?fù)值，之后在90年代降水距平回升，2000年降水距平又有減少趨勢(shì)(圖8j)；青藏地區(qū)持續(xù)波動(dòng)性上升，只有在90年代初期，降水距平有所減少，但在2000年降水距平恢復(fù)增加的趨勢(shì)，此地區(qū)降水量的增加是由極強(qiáng)降水頻率的增加和強(qiáng)度增強(qiáng)而產(chǎn)生。此地區(qū)受高原氣候的影響，降水量等其它氣候條件多變，導(dǎo)致在用30 a為周期進(jìn)行滑動(dòng)分析時(shí)，3個(gè)時(shí)間段對(duì)此區(qū)域的劃分有所不同(圖8k)；西南地區(qū)西部區(qū)域降水變化的波動(dòng)性很大，降水距平從60年代到70年代末期，降水趨于減少，之后降水量開(kāi)始上升，到80年代后期開(kāi)始下降，1990年降水距平回升，之后又下降，2000年有一個(gè)降水距平高值區(qū)，2000年后降水量趨于下降(圖8l)。

圖8 1961—2010年全國(guó)及全國(guó)各區(qū)域降水量距平變化曲線圖

Fig.8 Zones of precipitation anomaly graphs in China and the whole of China during 1961—2010

3 討論與結(jié)論

(1) 由于經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)(EOF)分解的局限性，即分離出的空間分布結(jié)構(gòu)不能清晰地表示不同地理區(qū)域的特征[15]。然而，采用旋轉(zhuǎn)經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)(REOF)分解分區(qū)時(shí)，由于載荷場(chǎng)經(jīng)過(guò)正交旋轉(zhuǎn)后，載荷平方的方差和達(dá)到最大，使各特征向量的高載荷值更加突出，因而該方法對(duì)降水量變化特征進(jìn)行分區(qū)具有一定的客觀性[16,18,20]；但是，個(gè)別邊界區(qū)域站點(diǎn)，雖然按照載荷值絕對(duì)值最大的特征向量確定分區(qū)歸類，但該最大值與其它特征向量對(duì)應(yīng)的載荷值差異是否顯著導(dǎo)致分區(qū)可能存在一定的主觀性和模糊性；這一方面說(shuō)明了降水量變化的復(fù)雜性，另一方面體現(xiàn)了內(nèi)外因子年際變化對(duì)區(qū)域降水量變化的影響。因此在方法研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合區(qū)域降水量變化的氣候?qū)W原因研究，對(duì)分區(qū)的客觀性有重要的意義，同時(shí)更有利于研究氣候變化。本研究以30 a為研究尺度，分析了1961—1990年、1971—2000年和1981—2010年中國(guó)降水距平百分率空間分布的動(dòng)態(tài)過(guò)程，3個(gè)時(shí)段分別將中國(guó)降水量分成12個(gè)、11個(gè)和11個(gè)變化區(qū)。中國(guó)北部地區(qū)、黃淮地區(qū)、江南和華南東部地區(qū)、華南中西部地區(qū)和西南地區(qū)西部這五個(gè)地區(qū)1961—1990年、1971—2000年和1981—2010年3個(gè)時(shí)間段區(qū)域界限變動(dòng)比較明顯，其中黃淮地區(qū)與中國(guó)北部地區(qū)的分界線隨著時(shí)間的變化逐年向南移動(dòng)、黃淮地區(qū)與西南地區(qū)西部的分界線逐年向西北方向移動(dòng)、華南中西部地區(qū)與西南地區(qū)東部和江南西部地區(qū)的分界線隨著時(shí)間變換逐漸向西北方向移動(dòng)。綜合3個(gè)時(shí)間段的降水變化情況，將中國(guó)分成了11個(gè)降水量變化區(qū)。

(2) 已有的研究表明，中國(guó)降水量有減少的趨勢(shì)，同時(shí)也有研究表明減少趨勢(shì)并不顯著[30]；本研究利用1961—2010年降水量距平數(shù)據(jù)分析了中國(guó)各區(qū)域的降水量變化特征，所得結(jié)論與多數(shù)研究一致[2,4,9,21,24,26,34]：研究時(shí)段內(nèi)中國(guó)的年降水量下降趨勢(shì)未達(dá)到顯著性水平；結(jié)合分區(qū)研究各個(gè)區(qū)域降水量的特征，各區(qū)域與全區(qū)年降水量變化趨勢(shì)有所不同，年降水量趨于減少的6個(gè)區(qū)域中，減少趨勢(shì)最大的是黃淮地區(qū)，最小的是東北北部地區(qū)，各區(qū)年降水量減少趨勢(shì)未達(dá)到顯著性水平；年降水量趨于增加的5個(gè)區(qū)域中，增加趨勢(shì)最大的是江南和華南東部地區(qū)，最小的是青藏地區(qū)，各區(qū)年降水量增加趨勢(shì)也未達(dá)到顯著性水平。

[1] IPCC. Climate change 2013:the physical science basis[M]. Cambridge: Cambridge University Press, in press, 2013.

[2] 王 英,曹明奎,陶 波,等.全球氣候變化背景下中國(guó)降水量空間格局的變化特征[J].地理研究,2006,25(6):1031-1040.

[3] Folland C K, Karl T R, Christy J R. Climate Change 2001: The Scientific Basis[M]. Cambridge: Cambridge University Press, 2001:99-181.

[4] 虞海燕,劉樹(shù)華,趙 娜,等.1951—2009年中國(guó)不同區(qū)域氣溫和降水量變化特征[J].氣象與環(huán)境學(xué)報(bào),2011,27(4):1-11.

[5] 左洪超,呂世華,胡隱樵.中國(guó)近50年氣溫及降水量的變化趨勢(shì)分析[J].高原氣象,2004,23(2):238-244.

[6] 盧愛(ài)剛,康世昌,龐德謙.全球升溫下中國(guó)各地氣溫變化不同步性研究[J].干旱區(qū)地理,2009,32(4):506-511.

[7] 白愛(ài)娟,施 能,方建剛.陜西省降水量變化的區(qū)域特征分析[J].高原氣象,2005,24(4):635-641.

[8] 陳家其,施 能.全球增暖下我國(guó)旱澇災(zāi)害可能情景的初步研究[J].地理科學(xué),1995,15(3):201-207.

[9] 吉 奇,宋冀鳳,劉 輝.近50年?yáng)|北地區(qū)溫度降水變化特征分析[J].氣象與環(huán)境學(xué)報(bào),2006,22(5):1-5.

[10] 劉 聞,曹明明,宋進(jìn)喜,等.陜西年降水量變化特征及周期分析[J].干旱區(qū)地理,2013,36(5):865-874.

[11] 向 亮,郝立生,安月改,等.51a河北省降水時(shí)空分布及變化特征[J].干旱區(qū)地理,2014,37(1):56-65.

[12] 孫倩倩,劉晶淼.基于聚類分析的中國(guó)東北地區(qū)氣溫和降水時(shí)空變化特征[J].氣象與環(huán)境學(xué)報(bào),2014,30(3):59-65.

[13] 阿依加馬力·克然木,努爾巴衣·阿布都沙力克.近52年新疆吐魯番市氣溫及降水量變化特征分析[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2014,28(12):45-50.

[14] 張 卉,程永明,江 淵.山西省近49年降水量變化特征及趨勢(shì)分析[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2014,30(8):197-204.

[15] 魏鳳英.現(xiàn)代氣候統(tǒng)計(jì)診斷與預(yù)測(cè)技術(shù)(第2版)[M].北京:氣象出版社,2007：117-124.

[16] Richman M B. Rotation of principal components[J]. Journal of Climatology,1986,6(3):293-335.

[17] Kelly P M, Jones P D, Jia P Q. Spatial patterns of variability in the global surface air temperature data set[J]. Journal of Geophysical Research, 1999,104(D20):24237-24256.

[18] Zhang Q, Xu C Y, Zhang Z. Spatial and temporal variability of precipitation over China,1951—2005[J]. Theoretical and Applied Climatology,2009,95(1-2):53-68.

[19] Qian W H, Chen D, Zhu Y. Temporal and spatial variability of dryness/wetness in China during the last 530 years[J]. Theoretical and Applied Climatology, 2003,76(1-2):13-29.

[20] Wang J L, Zhang R H, Wang Y C. Areal differences in diurnal variations in summer precipitation over Beijing metropolitan region[J]. Theoretical and Applied Climatology,2012,110(3):395-408.

[21] 高西寧,王 聳,郝志新,等.東北地區(qū)近50年降水量變化特征的分區(qū)[J].沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2015,46(3):270-276.

[22] 何書(shū)樵,鄭有飛,尹繼福.近50年長(zhǎng)江中下游地區(qū)降水特征分析[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào),2013,22(7):1187-1192.

[23] 李鴻吉.Visual Basic 6.0數(shù)量統(tǒng)計(jì)實(shí)用算法[M].北京:科學(xué)出版社,2003,283.

[24] 楊 絢,李棟梁.中國(guó)干旱氣候分區(qū)及其降水量變化特征[J].干旱氣象,2008,26(2):17-24.

[25] 車少靜,李春強(qiáng),申雙和.基于SPI的近41年(1965—2005)河北省旱澇時(shí)空特征分析[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象,2010,31(1):137-143.

[26] 韓翠華,郝志新,鄭景云.1951—2010年中國(guó)氣溫變化分區(qū)及其區(qū)域特征[J].地理科學(xué)進(jìn)展,2013,32(6):887-896.

[27] 陳隆勛,邵永寧,張清芬.近四十年來(lái)中國(guó)氣候變化的初步分析[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào),1991,2(2):164-173.

[28] Hulme M. A 1951-1980 global and precipitation climatology for the evaluation of generalci rculation models[J]. Climate Dyn, 1992,7(2):57-72.

[29] Chen L X. Climate change in China during the past 70 years and its relationship to the monsoon variations[C]//Richard G Zepp. Climate Biosphere Interaction: Biogenic Emissions and Environmental Effects of Climate Change. New York: John Wiley and Sons, Inc, 1994:31-49.

[30] 翟盤茂,任福民,張 強(qiáng).中國(guó)降水極值變化趨勢(shì)檢測(cè)[J].氣象學(xué)報(bào),1999,57(2):208-216.

[31] 王遵婭,丁一匯,何金海.近50年來(lái)中國(guó)氣候變化特征的再分析[J].氣象學(xué)報(bào),2004,62(2):228-236.

[32] 陳隆勛,朱文琴,王 文,等.中國(guó)近45年來(lái)氣候變化的研究[J].氣象學(xué)報(bào),1998,56(3):257-271.

[33] 楊修群,謝 倩,朱益民,等.華北降水年代際變化特征及相關(guān)的海氣異常型[J].地球物理學(xué)報(bào),2005,48(4):789-797.

[34] 王小玲,翟盤茂.1957—2004年中國(guó)不同強(qiáng)度級(jí)別降水的變化趨勢(shì)特征[J].熱帶氣象學(xué)報(bào),2008,24(5):459-466.