新乡市近几十年降水特征的主成分分析

摘 要：自20世纪70年代以来，全球进入了一个气候明显变化的时期，降水特征也随之发生改变。气候变化直接影响农业生产，而农业占新乡市总产业很大比重。该研究使用主成分分析法对新乡市国家基本气象站1971—2015年各月降水量进行分析，旨在揭示新乡市降水的年度及月度分布规律，以及各月降水量对年降水量的影响程度。

关键词：新乡市；降水；主成分分析

中图分类号：P426.6 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20161132189

引言

新乡市地处北亚热带向暖温带过渡区，属暖温带大陆性季风型气候。由于受太行山脉走向和海拔高度的共同影响，各月降水量分布不均，一年内往往是先旱后涝，旱涝交替，对农业生产有较大影响。主成分分析法的中心思想是在保证原始信息损失最小化的前提下，把多个相关联的原始指标转化为用线性组合表示的少数几个不相关综合指标，从众多因子中提取主要影响因子。本研究采用该方法对新乡市国家基本气象站近45a各月的降水量进行分析，该结果可以对认识新乡市的降水特征提供帮助，对相关单位做决策和农业生产的合理安排提供理论基础。

1 研究方法

人们在研究问题时，为了以全面的角度反映事物特征，防止遗漏重要信息，通常会考虑与其关联的多个指标。但随着引入指标的增多，造成信息大量重叠将难以避免。主成分分析法是通过对原变量的少数几个线性组合，体现原始绝大多数信息的有效方法。该方法非常客观，它不需要人为定义指标权重，而是根据各指标间的相互关系及各数据的变异来确定权重，因此有效避免了确定权重时的主观性和随意性[1]。

2 结果分析

方差分解主成分提取分析表（表1）给出了主成分分析的主要内容，包括由大至小排列的特征根、各主成分的方差贡献率和累积方差贡献率。特征根是表示主成分影响度大小的指标，通常以特征根大于1作为纳入标准[2]。由表1可见，第1～5主成分的特征根为分别为2.045、1.720、1.520、1.394、1.155，且累积方差贡献率已达65.280%，故提取5个主成分可以反映指标绝大多数的原始信息[3]。

用表2中各指标的初始因子载荷，除以表1中与之相对应的特征根开平方，可得主成分的表达式。

第1主成分

F1=0.088X1-0.095X2-0.473X3+0.314X4-0.390X5+0.331X6+0.278X7-0.286X8+0.287X9+0.370X10+0.128X11-0.068X12

第2主成分

F2=0.273X1+0.563X2+0.140X3+0.116X4+0.179X5+0.345X6-0.135X7-0.194X8-0.011X9-0.209X10+0.566X11-0.065X12

第3主成分

F3=-0.556X1+0.177X2-0.261X3+0.007X4+0.193X5-0.151X6-0.291X7+0.337X8+0.444X9+0.190X10+0.299X11-0.103X12

第4主成分

F4=0.137X1-0.257X2+0.143X3-0.216X4+0.025X5+0.331X6-0.478X7-0.030X8+0.141X9+0.320X10+0.056X11+0.618X12

第5主成

分F5=0.393X1+0.231X2-0.278X3-0.560X4-0.133X5-0.252X6+0.239X7+0.122X8+0.402X9-0.193X10+0.019X11+0.216X12

第1主成分中，X3、X5为系数较大的负数，X6、X9、X10为系数较大的正数，说明第1主成分反应了春季干旱、夏初雨水充沛、秋季多阴雨的情况。第2主成分中X2、X11系数偏大，表征冬季降雪较多。第3主成分X8、X9系数为较大的正数，X1为系数较大的负数，解释了夏末及秋季雨水较多、冬季干旱的情况。第4主成分中，X7负系数较大，X12正系数较大，代表了7月降水偏少而冬季降水偏多。第5主成分中，X4的负系数偏大，代表了春旱较重的情况。将1971—2015年逐月降水量带入5个主成分公式中，可得各年降水主成分分值。将分值汇总后发现，1971、1973、1977、1980、1983、1993、1994、2000、2003年第1主成分的分值明显偏高，说明其春季干旱、夏初雨水充沛、秋季多陰雨。1990、1993年第2主成分分值偏高，表征其冬季降雪较多；而1996、2010年分值负方向偏强，说明冬季降雪偏少。1974、1985、2011年第3主成分分值偏高，因此夏末及秋季多雨而冬季干旱。1976、1977、2000、2008、2013年第4主成分分值负方向明显偏强，说明了7月降水较多而冬季降雪较少的情况。第5主成分中，2000年分值偏高，说明其春旱严重，而1993年负方向偏高，说明春季雨水充沛。

3 小结

本文用主成分分析法对新乡市1971—2015年逐月降水量进行了分析，将近45a降水特征分别归纳为春季干旱、夏初雨水充沛、秋季多阴雨；冬季降雪较多；夏末及秋季雨水较多、冬季干旱；7月降水偏少而冬季降水偏多；春旱较重共5种类型。该研究可以较好的揭示新乡市降水的年度及月度分布规律，以及各月降水量对年降水量的影响程度，对认识新乡市的降水特征提供帮助。

参考文献

[1]童其慧.主成分分析方法在指标综合评价中的应用[J].北京理工大学学报（社会科学版），2002，4（1）：59-61.

[2]张红卫，申双和，陈怀亮.冬季温度的主成分分析[J].安徽农业科学，2008，36（25）：10725-10728.

[3]何亮.主成分分析在SPSS中的应用[J].山西农业大学学报，

2007，6（5）：20-22.

作者简介：田晓璐（1988-），女，河南新乡人。