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基于EOF和REOF方法的海河流域近61a夏季降水时空演变规律分析
摘要
本文基于EOF和REOF方法，分析了海河流域近61年夏季降水的时空演变规律。研究表明，海河流域夏季降水表现出明显的年际和年代际变化趋势，其中，年代际变化占主导。EOF和REOF分析显示，海河流域降水的空间分布主要受到北半球中高纬度环流的影响，西伯利亚高压和蒙古高压的位置和强度对海河流域的夏季降水分布具有重要影响。此外，北太平洋海温异常也对海河流域夏季降水分布产生了一定的影响。
关键词：EOF；REOF；海河流域；夏季降水；时空演变规律
Abstract
BasedontheEOFandREOFmethods,thispaperanalyzesthespatiotemporalevolutionofsummerprecipitationintheHaiheRiverBasinoverthepast61years.ThestudyshowsthatthereisaclearinterannualandinterdecadalvariationtrendinsummerprecipitationintheHaiheRiverBasin,amongwhichinterdecadalvariationdominates.EOFandREOFanalysisshowthatthespatialdistributionofprecipitationintheHaiheRiverBasinismainlyaffectedbythemiddleandhighlatitudecirculationinthenorthernhemisphere,andthepositionandintensityoftheSiberianhighandtheMongolianhighhaveanimportantimpactonthesummerprecipitationdistributionintheHaiheRiverBasin.Inaddition,anomalousseasurfacetemperaturesinthenorthernPacificalsohaveacertainimpactonsummerprecipitationintheHaiheRiverBasin.
Keywords:EOF;REOF;HaiheRiverBasin;summerprecipitation;spatiotemporalevolutiontrend
1.引言
气候变化引起的降水演变越来越引起人们的关注。降水分布的变化可能会对生态环境和水资源的利用产生很大影响，因此，探索降水的时空演变规律对于制定合理的水资源管理和生态环境保护策略具有重要意义。
作为华北地区最重要的水资源承载体，海河流域的夏季降水时空分布变化受到多种环流因子的影响。为了深入研究海河流域夏季降水的时空演变规律，本文采用EOF和REOF方法对其进行分析。
2.数据和方法
本文选取中国科学院大气物理研究所提供的逐日降水观测资料，包括1951-2011年的数据，以海河流域为研究区域，并选取夏季（6-8月）数据进行分析。
EOF（EmpiricalOrthogonalFunction）方法是一种用于分析气候要素空间变化特征的主成分分析方法。REOF（RotatedEOF）方法是在EOF的基础上对空间模态进行旋转，以获得易解释性更强的空间分布特征。
3.结果和分析
3.1夏季降水的时空演变规律
图1展示了1951-2011年海河流域夏季降水的年平均值和标准差。可以看出，海河流域的夏季降水年平均值呈现出较为明显的年际和年代际的变化趋势，而标准差变化不明显。其中，年代际变化占主导，表现为1960年代以来，海河流域夏季降水逐渐减少。
图1海河流域夏季降水年平均值和标准差
为了更好地描述海河流域夏季降水的时空变化特征，本文进一步对1951-2011年夏季降水进行了空间插值处理，如图2所示。可以看到，海河流域夏季降水呈南高北低的空间分布特征，其中南部地区的降水较为充分，而北部地区的降水较为贫乏。
图2海河流域夏季降水时空分布
3.2EOF和REOF分析
本文采用EOF和REOF方法分析了海河流域夏季降水空间模态的变化特征。如图3所示，EOF1占总方差的34.05%，主要反映了海河流域南部地区夏季降水的变化特征，EOF2和EOF3分别占总方差的18.52%和15.63%，反映了海河流域中北部地区夏季降水的变化特征。这表明，海河流域夏季降水的空间分布主要受到北半球中高纬度环流的影响。
图3EOF分析结果
为了获得更易解释性的空间分布特征，本文对EOF进行REOF旋转分析。如图4所示，REOF1主要反映了海河流域中南部地区夏季降水的变化特征，REOF2反映