基于SVD的长白山地区降水与北太平洋海温的耦合关系分析

全文哲 金爱芬

摘 要 利用长白山地区20个气象站点(1960~2009年)月平均降水量与全球海温SST(1960-2009年)逐月平均做相关分析和SVD分析。相关分析的结果表明:超前5月北太平洋海域海温与长白山地区降水存在显著相关关系。由SVD的第一模态异性相关系数分布表明：与长白山地区降水存在相关的关键海域为北太平洋东部地区，并与长白山全域存在较好的耦合正相关。说明：当关键海域的海温偏暖（冷）时，滞后5月的长白山地区降水偏多（少）。

关键词 长白山地区 SST SVD分析 相关分析

中图分类号：P72文献标识码：A

SVD Analyses of the Precipitation of Changbai

Mountain area from January to December and the Sea

Surface Temperature in the North Pacific Ocean

QUAN Wenzhe , JIN Aifen

(Department of Geography, Science College of Yanbian University, Yanji, Jilin 133002)

Abstract Using average monthly rainfall in the 20 meteorological stations in the Changbai mountain area(1960 to 2009) and average monthly sea surface temperature SST(1960 to 2009) with the correlation and SVD analysis. Correlation analysis showed that: in May ahead of the North Pacific Ocean sea surface temperature and precipitation in Changbai mountain area there was a significant correlation. The first mode of the SVD analysis showed that: the key region lies in the eastern of the North pacific Ocean which influences the Precipitation of Changbai mountain area and North pacific area have a good positive correlation coupling with the whole Changbai mountain area. It description that: when the temperature of the key area in the North Pacific Ocean is warm(cold), then the lag 5 month precipitation of Changbai mountain area would more(less).

Key words Changbai mountain area; SST; SVD analysis; correlation analysis

0 引言

众所周知，海洋面积占全球面积的71%，在全球气候变化中起重要作用。在我国，对于海温与降水之间相关性已有很多研究。其中对于东北地区的气温及降水与海温的主要研究成果有东北低温科研协作组提出的赤道东太平洋海温与东北夏季气温之间有较好的反相关关系。冯新等研究发现，东北地区汛期降水与前一年6~7月的西南印度洋海温有较好的负相关关系以及与北大西洋有较好的正相关关系。孙力等指出，东北亚地区南风出现异常的出现前冬季和前春季的北太平洋海温的异常信号，而东北亚地区南风的强弱与东北旱涝有着密切的关系。可见，以往对于东北地区与海温之间相关性的研究上都把东北地区作为整体与海温进行研究。但我国东北地区的地势不是一致的，用东北地区整体作为研究范围，不能具体地反应各地区与海温之间的相关性。因此，本文将把长白山地区单独作为研究对象，分析长白山地区降水与海温之间的耦合相关性。

1 资料和研究方法

1.1 资料

美国NCEP/NCAR在分析资料中的1960年1月至2009年12月的逐月平均海温格点资料，网格距为2皜?啊?

长白山地区20个气象站点的1960年1月至2009年12月逐月平均降水资料。长白山地区的站点包括安图、白山、长白、东岗、敦化、和龙、珲春、辉南、集安、靖宇、临江、柳河、

龙井、梅河口、松江、通化、通化县、图们、汪清、延吉等20个气象站点。

1.2 研究方法

奇异值分解(SVD)方法是分析两个变量场相关关系的诊断方法，它是以两个场的协方差最大为基础展开，分别计算交叉协方差矩阵的奇异值、左右奇异向量以及时间系数。异类相关表明，一个场的某一模态时间上的变化对另一个场的影响情况即异类相关。其显著相关区代表另一个场受该模态影响最关键的区域。同类相关则表明一个场的某一模态时间变化对自身场的影响状况，其显著相关区代表自身变化最为关键的区域。在气象学中研究两个场的相关关系方面，多数研究者用异性相关系数分析左场和右场的相关性。因此本文也用异性相关系数的时间和空间分布特征对两个场的关系进行讨论。

2 长白山地区降水与全球海温相关分析

用长白山地区20个气象站点1月~12月50年（1960年~2009年）的标准化距平与全球超前12月至滞后12月的逐月海温标准化距平分别求点点相关。从长白山地区1月~12月降水量与超前5个月的全球海温相关系数分布图可以发现(图1),长白山地区降水与北太平洋海域的相关稳定，持续时间长；与其他海域的相关性不够稳定且持续时间短。因此本文将影响长白山地区1~12月降水的海温关键区选为北太平洋海域（28癗~40癗，145癊~145癢），影响时段为前年的8月份。

3 长白山地区1~12月降水与北太平洋关键区海温的SVD分析

3.1 长白山地区降水与北太平洋关键区的时滞关系分析

上面是通过相关分析确定了同长白山地区降水相关较好的海温关键区和关键时段，但这样得到的关键区和关键时段比较粗略。因此将进一步借助SVD方法，来确定关键区和关键时段。

提取北太平洋关键区超前12月至滞后12月以及当月的标准化距平作为气象左场（共25个），提取长白山地区20个气象站点平均标准化距平为气象右场做SVD分析。这种对应关系能在月份的尺度上分析海温关键区与长白山地区降水之间的时滞关系。

长白山地区降水标准化距平与北太平洋关键区标准化距平做SVD分析，第一模态的平方协方差贡献率为40.79%，相应的模态相关系数为0.49。长白山地区降水标准化距平与北太平洋关键区标准化做SVD分析第一模态的异性相关系数如图2。可以看出，长白山地区降水与北太平洋关键区整体呈正相关关系。其中超前5月的相关通过99%的信度检验。由于我们关心的是长白山地区降水与北太平洋关键区的耦合相关关系。因此，我们选取超前5月的北太平洋关键区海温作为影响长白山地区降水的关键时段。

3.2 长白山地区降水与北太平洋关键区的空间分布特征

为了进一步了解长白山地区全年降水与北太平洋关键区之间的时空分布关系，分别以长白山地区50年（1960-2009年）1~12月的降水量标准化距平作为左场，北太平洋关键海域（28癗~40癗，145癊~145癢）的海温标准化距平作为右场进行SVD分析，所得结果第一模态平方协方差贡献率为90.88%，相应的模态相关系数为0.46。因其他模态的平方协方差贡献率太小，本文中不予考虑。由第一模态的左(右)场的异性相关系数的空间分布及时间系数（图3）可知：长白山地区的降水具有全区同位相分布特征，相关显著的区域位于东岗、集安、通化附近及延吉、安图、汪清等地区（深色区）。由右场的异性相关系数图（图3b）可以发现，超前5个月的北太平洋海域以东附近海域的海温有较大的正相关关系。由于模态的相关系数为正，因此长白山地区降水与北太平洋关键海域特别是相关显著的海域有显著的耦合正相关。也就是说，当北太平洋东部海域的海温异常偏暖（冷）时，滞后5个月的长白山地区降水偏多（少）。时间系数对应也较好，时间系数主要表现为年际变化的特征。

图3长白山地区降水(b)与超前5月北太平洋SST(a)SVD分析第一模态的异性相关系数和对应的时间系数(c).图a中阴影区通过= 0.01的显著性水平检验

通过以上SVD的分析，我们确定了北太平洋海域与长白山地区逐月降水耦合相关的关键区和关键时段即北太平洋东部海域的超前5个月海温。

4 结论

（1）通过长白山地区的降水与全球海温SST的逐月相关分析发现，北太平洋地区与长白山地区有较好的显著相关关系。相关的时段为超前5月的全球海温。

（2）通过长白山地区降水与北太平洋地区超前滞后共25个月的时滞关系发现：长白山地区降水与超前5月的北太平洋关键区的海温有较好的耦合相关关系。

（3）通过SVD分析发现：长白山地区降水与超前5月的北太平洋关键区呈显著的同位相分布。也就是说北太平洋关键海域的海温异常偏暖（冷），滞后5个月的长白山地区降水偏多（少）。

参考文献

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