1961—2015年青藏高原极端降水时空变化特征分析

旦增尼玛 贡觉加布 洛桑多吉 尼玛次仁

（1.西藏自治区阿里地区气象局气象台；2.西藏自治区阿里地区气象局大气探测中心，西藏 阿里 859000）

1 青藏高原极端降水时空变化特征分析

为了进一步深入地了解青藏高原极端降水的时空变化主模态特征，本文对连续无雨日数、总降水量、中雨日数、大雨日数、日降水量最大值、连续五日最大降水量进行了经验正交分解。

1.1 连续无雨日数指数时空变化特征

如图1 所示为青藏高原地区标准化的EOF 分析结果，前三个载荷方差贡献率分别为26.1%、9.3%、5.9%，累积方差贡献率为41.3%.其中第一载荷向量的空间分布呈青藏高原东南部为负值，剩余的西藏、青海以及四川西北部，即高原的主体为正值，说明高原主体与高原东南部地带连续无雨日数变化趋势相反，当高原主体连续无雨日数减少时，高原东南部地区增加。第一载荷向量的空间分布与图3(a)中的气候倾向率分布对应较好，说明连续无雨日数变化主要受到第一载荷向量的影响。中心区域位于（80°E～90°E,33°N～36°N 和90°E～102°E,35°N～40°N)，说明青海北部和西藏西北部是连续无雨日数变化最敏感的地区。根据第一载荷的时间序列可以看出，在1961—1986年，连续无雨日数基本为正，极端降水偏低；在1986年后，连续无雨日数基本为负，极端降水增多，这说明连续无雨日数在研究时段内存在显著的年代际减少。在1961—2015年间，高原主体连续无雨日数整体呈下降的趋势，高原东南部地带连续无雨日数呈上升趋势。

图1 1961—2015年青藏高原地区标准化的连续无雨日数EOF分析结果

第二载荷向量高原主体和西藏西北部地区连续无雨日数变化趋势相反，中心区域位于西藏西部和唐古拉山脉地区。时间序列在1979年前后有突变，1979年前基本为负值，1979年后基本为正值。第三载荷向量高原主体和西藏西部、青海西北部地区连续无雨日数变化趋势相反，中心区域位于西藏西部和唐古拉山脉地区。时间序列在20 世纪60 年代后期至20 世纪80年代初存在7～8年为周期的年代际震荡，1980年后变为2～3年为周期的年际震荡。

1.2 年总降水量时空变化特征

如图2所示为青藏高原地区标准化的年总降水量EOF分析结果，前三个载荷方差贡献率分别为24.5%、17.6%、12.3%，累积方差贡献率为54.4%.三个载荷的贡献率差别不是很大，因此年降水量的变化是三个载荷共同作用的结果。其中第一载荷向量的空间分布呈青藏高原东北部为负值，其余主体部分为正值，说明高原主体与高原东北部地带年降水量变化趋势相反，当高原主体年降水量增加时，高原东北部地区减少。这样的模态，可以认为是“西南−东北”反向变化模态。中心区域位于（92°E～102°E,27°～31°N），说明西藏东部是年降水量变化最敏感的地区。根据第一载荷的时间序列可以看出，在1984 年前，年降水量基本为负，降水偏少，且存在2～3 年为周期的年际震荡；在1984 年后，年降水量基本为正，降水偏多；2012—2015 年间，年降水量骤降。在1961—2015 年间，高原主体年降水量整体呈上升的趋势，高原东北部地带年降水量呈下降趋势。

图2 1961—2015年青藏高原地区标准化的年降水量EOF分析结果

第二载荷向量高原32°N以北和高原32°N以南地区年降水量变化趋势相反，是一种“南−北”分型的模态，其中心区域位于察尔汗盐湖附近和横断山脉地区。时间序列在20 世纪60 年代后期至20 世纪90 年代后期存在2～3年为周期的年际震荡，20世纪90年代末开始变为8～10 年为周期的年代际震荡。第三载荷向量变现为全区一致的负值。时间序列表现为8～15年为周期的年代际震荡。

1.3 中雨日数时空变化特征

如图3 所示为青藏高原地区标准化的中雨日数EOF分析结果，前三个载荷方差贡献率分别为19.8%、12.0%、9.0%，累积方差贡献率为40.8%.前两个载荷的贡献率相对较大，因此中雨日数的变化主要受前两个载荷共同作用的结果。其中第一载荷向量的空间分布呈青藏高原南部为负值，高原东北部和西部为正值，说明高原南部与高原东北部和西部地带中雨日数变化趋势相反，当高原东北部和西部中雨日数增加时，高原南部地区减少。中心区域位于（94°E，30°N和101°E～103°E，34N°～36°N)附近，说明西藏东部和高原东北部是中雨日数变化最敏感的地区。根据第一载荷的时间序列可以看出，在20 世纪60 年代至20 世纪90 年代中期，中雨日数呈3 年左右周期的年际震荡；在20 世纪90 年代中期后，中雨日数基本呈10 年左右周期的年代际震荡。

图3 1961—2015年青藏高原地区标准化的中雨日数EOF分析结果

第二载荷向量高原东部和高原南部中雨日数变化趋势相反，中心区域位于青海省和四川省交界处。时间序列在1987 年前，中雨日数基本为负，极端降水偏少；在1987 年后，中雨日数基本为正，极端降水偏多。在1961—2015年间，高原南部中雨日数整体呈上升的趋势，高原东部地带中雨日数呈下降趋势。第三载荷向量高原中部、东部和高原西部中雨日数变化趋势相反，中心区域位于青海省和四川省交界以南，时间序列表现为10～15年为周期的年代际震荡。

1.4 大雨日数时空变化特征

如图4 所示为青藏高原地区标准化的大雨日数EOF分析结果，前三个载荷方差贡献率分别为20.1%、13.7%、8.4%，累积方差贡献率为42.2%.前两个载荷的贡献率相对较大，因此大雨日数的变化主要受前两个载荷共同作用的结果。其中第一载荷向量的空间分布呈青藏高原东部和南部为负值，高原西部和北部为正值，说明高原东部和南部与高原西部和北部地带大雨日数变化趋势相反，当高原北部和西部大雨日数增加时，高原南部和东部地区减少。中心区域位于（92°E～96°E，28°N～32°N 和101°E～104°E，27°N～30°N）附近，说明西藏东部和横断山脉附近是大雨日数变化最敏感的地区。根据第一载荷的时间序列可以看出，大雨日数基本呈8～10年左右周期的年代际震荡。

图4 1961—2015年青藏高原地区标准化的大雨日数EOF分析结果

第二载荷向量高原东部和青海省东南部大雨日数变化趋势相反，中心区域位于青海湖以南和金沙江以东。时间序列在1990 年前，大雨日数正值居多，极端降水偏多；在1990年后，大雨日数负值居多，极端降水偏少。在1961—2015年间，高原东部大雨日数整体呈下降的趋势，青海东南部大雨日数呈上升趋势。第三载荷向量西藏东部、四川西部和金沙江附近大雨日数变化趋势相反，中心区域位于雅鲁藏浦江下游和金沙江地带。时间序列在1984 年前，大雨日数负值居多，极端降水偏少；在1984—2005年，大雨日数正值居多，极端降水偏多，2005—2015 年，大雨日数负值居多，极端降水偏少，整体呈现20～25 年左右周期的年代际震荡。

1.5 日最大降水量时空变化特征

如图5所示为青藏高原地区标准化的日最大降水量EOF 分析结果，前三个载荷方差贡献率分别为16.0%、8.0%、6.6%，累积方差贡献率为30.6%.第一个载荷的贡献率相对较大，因此日最大降水量的变化主要受第一个载荷影响较大。第一个载荷向量的空间分布呈青藏高原东北部为负值，高原西北部和东部为正值，说明高原东北部与高原西北部、东部地带日最大降水量变化趋势相反，当高原东北部日最大降水量减少时，高原西北部、东部地区减少。中心区域位于（102°E～104°E，29°N～32°N）附近，说明高原东部是日最大降水量变化最敏感的地区。根据第一载荷的时间序列可以看出，1998年以前，日最大降水量基本呈4年左右周期的年际震荡，1998年以后日最大降水量负值居多。

图5 1961—2015年青藏高原地区标准化的日最大降水量EOF分析结果

第二个载荷向量的空间分布从东南向西北呈负−正−负−正相互间隔的趋势分布，时间序列呈20 年左右周期的年代际震荡，日最大降水量在1982—2003年，高原东部地区日最大降水量较大，中、西部地区较小；而2003—2014 年，则高原东部地区日最大降水量较大，中、西部地区较大。第三个载荷向量的空间分布呈青藏高原东北部为负值，其余高原主体为正值的相反分布，时间序列呈3年左右周期的年际震荡。

1.6 最大五日降水总量时空变化特征

如图6所示为青藏高原地区标准化的最大五日降水总量EOF分析结果，前三个载荷方差贡献率分别为18.2%、7.9%、6.6%，累积方差贡献率为32.7%.第一个载荷的贡献率相对较大，因此日最大五日降水总量的变化主要受第一个载荷影响较大。

图6 1961—2015年青藏高原地区标准化的最大五日降水总量的EOF分析结果

第一个载荷向量的空间自北向南呈正−负−正分布，说明高原最大五日降水总量自北向南变化趋势呈负−正−负或正−负−正，当高原北部最大五日降水总量增加时，高原中部减少，高原南部增加。中心区域位于（102°E～104°E，29°N～32°N)附近，说明高原东部是最大五日降水总量变化最敏感的地区。根据第一载荷的时间序列可以看出，1988 年以前，最大五日降水总量负值居多，1988 年以后日最大降水量正值居多。在1961—2015年间，高原北部和南部最大五日降水总量整体呈上升的趋势，极端降水增多；高原中部地带最大五日降水总量呈下降趋势，极端降水减少。

第二个载荷向量的空间分布从东北向西南呈正−负−正相互间隔的趋势分布，时间序列呈3 年左右周期的年际震荡。第三个载荷向量的空间分布呈青藏高原东北部和中部为负值，其余北部、西部和南部为正值的相反分布，时间序列呈3～5 年左右周期的年际震荡。

2 结论

笔者欲探寻极端降水的时空分布特征，即其主模态特征，因此对极端降水指数进行了EOF 分析，结果显示：(1)连续无雨日数主要特征是：在整个高原上变化趋势是较为一致的，并在1985年之后存在年代际减少的趋势，这与整体趋势也是吻合的，而且除了整体的年代际减少，在高原的不同区域还叠加了不同的年代际变化。（2）而总降水量主要特征是：“西南−东北”反向变化的模态。高原西南部在1985—2010 年降水较多，而后降水减弱，相反高原东北角（青海省东部及川西地区东部）在2010 年以后降水量迅速增大。此外还存在“南−北”分型和整体变化的模态。（3）中雨日数的主要特征：以南北反向的模态及年代际变化为主导的变化。在1995—2002 年高原南部地区中雨日数较多，2002 年以后中雨日数较少；反之，在高原其他区域1995—2002 年中雨日数较少，2002 年之后中雨日数较多。（4）大雨日数的主要特征：以“东−西”反向模态及年际变化为主导的变化。大雨日数变化以青藏高原东部变化为主，且以2～3 年的年际震荡为主，其中年极端变化（主成分序列大于2 个标准差）尤为显著。（5）日最大降水的主要特征：高原中、北部地区与其他地区变化相反的模态，且东部地区变化尤为显著。从时间变化来看，不仅存在较强的年际反向（正、负值交替出现）变化，且存在一定的年代际变化：日最大降水量在1982—2003 年，高原东部地区日最大降水量较大，中、西部地区较小；而2003—2014 年，则高原东部地区日最大降水量较大，中、西部地区较大。（6）五日最大降水量的主要特征：大致呈带状变化，分成30°N 以南的南部地区，30°N～36°N 的中部地区和36°N 以北的北部地区，三个带状区域，其中最大变化位置位于川西地区东部。时间上存在年代际变化：1975—1988年，中部地区五日最大降水量较大，南、北部地区较小；1989—1997年，则反之。

当然本文的工作还有很多不足，比如：很多对高原生态、气候发生严重破坏的降水可能没有达到大雨的标准，传统的绝对阈值法对高原上极端降水的评估可能存在缺陷，引入相对阈值或者综合指数法对高原极端降水进行评估是很有必要的。

通过本文的研究，我们可以对青藏高原地区极端降水的气候态、年际变率、趋势变化和时空变化的基本情况有更为清晰的认识，可供对青藏高原极端降水进行机理分析的研究参阅，且对未来我们对极端降水灾害预报和预警奠定了一定的基础。