乌鲁木齐市后冬气候与亚洲极涡面积的相关分析

  • 投稿江湖
  • 更新时间2015-09-11
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刁平1,刁晓芸1,姚丽花2

(1.乌鲁木齐市气象局,新疆 乌鲁木齐 830002;2.第七师气象局)

摘要:本文利用1976—2013年的亚洲极涡面积指数资料,对乌鲁木齐市天山区气象局、米东区气象局、达坂城区气象局、小渠子气象站、大西沟气象站的2月平均气温、降水量作自然正交分解(EOF)进行相关分析。分析结果表明,5个气象局(站)的平均气温、降水量第1特征向量占总方差的百分比为91.7%和87.6%,第一空间场的分布表明,气温、降水量全区趋势相同,后冬气温变化趋势正处于小幅下降期。突变检测发现,1992年以后,大部分时期后冬暖,没有突变。5个气象局(站)平均气温第1特征相量时间系数与亚洲区极涡面积指数距平相关系数为-0.624,表明气温偏高时,极涡面积减小,反之,气温偏低时,极涡面积增大。

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关键词 :后冬气候;极涡面积;相关分析

乌鲁木齐位于天山中部,东西最宽处约176 km,南北最长处约231 km,面积约13 787.6 km2,境内地势南高北低,东北临东天山主峰 - 博格达峰,南依天山支脉天格尔山,西北毗邻准噶尔盆地。境内最高山峰为南部天格尔峰,海拔4 558.7 m,东北部的博格达峰高5 445.0 m。由于5个气象局(站)地势差异很大,导致本地后冬气候分布变化较大。我们对5个气象局(站)2月平均气温、降水量距平作自然正交分解(EOF),用方差贡献分析气温、降水量空间趋势,再用时间系数分析历史趋势,并通过突变检测分析突变时期以及目前状态,最后用时间系数与亚洲区极涡面积指数进行相关分析。

1 资料分析方法

利用乌鲁木齐市气象局1976—2013年的2月完整的5个国家级基准站、基本气象站平均气温、降水量资料,气候值取世界气象组织(WNO)设定的标准气候值段(1981—2010年)的平均值,结合乌鲁木齐市气候特点确定2月为后冬,其中,1976—2013年的2月亚洲区极涡面积指数来源于国家气候中心气候系统诊断预测室。用Surfer软件分析平均气温、降水量分布,用自然正交分解(EOF)方法分析5个气象局(站)区域平均气温、降水量一致与差异性,用线性、三次多项式定性分析平均气温距平时间系数趋势,突变检测分析历史突变时期及目前状态,用时间系数分析来反映平均气温的趋势变化。

2 后冬气候变化特征

2.1 2月平均气温和降水量分布

乌鲁木齐市5个气象局(站)1976—2013年的2月平均气温在-6.5 ~ -14.1 ℃之间,最高的达坂城为-6.5 ℃,最低大西沟为-14.1 ℃;2月降水量在0.9 ~ 12.2 mm之间,最大城区为12.2 mm,最小的达坂城为0.9 mm(图1)。相对来说,达坂城谷地最暖,大西沟最冷,米东区较城区偏低,城区较小渠子偏低;达坂城谷地降雪最少,大西沟降雪次少,城区降雪最多,米东区较小渠子降雪偏多[1]。

2.2 距平自然正交分解

对5个气象局(站)1976—2013年的2月平均气温、降水量距平作自然正交分解(EOF)发现第1空间向量无论温度还是降水都占据了方差绝对大的比例,而第2至第5空间向量所占方差比例很小(见表1)。

2.3 气温变化趋势特征

由于5个气象局(站)1976—2013年的2月平均气温距平第1空间场相对一致,且时间系数线性趋势表现为缓慢上升,采用三次多项式分析发现,20世纪80年代后冬呈现偏低,明显偏低年份有1984年和1988年,5个气象局(站)平均偏低5 ℃。而1992—2009年后冬确呈现偏高趋势,明显偏高年份有1999年和2007年,5个气象局(站)平均偏高3.6 ~ 3.9 ℃。2010—2012年后冬呈现下降趋势(图2)。2013年后冬冷空气活动频繁,出现寒潮、暴雪等恶劣天气,5个气象局(站)平均偏低3.6 ℃,城区最低气温-22.1 ℃,最冷出现在甘泉堡,最低气温-27.9 ℃。

2.4 气温时间系数突变检测

对5个气象局(站)1976—2013年第一空间场2月气温时间系数进行突变检测分析(见图3),在图3中C1、C2曲线在1992年前频繁出现交点或接近,1976—1991年这段时期气温偏低,气温变幅较大,不稳定,其中,C1、C2曲线有交点的年份有1976年、1978年、1980年、1990年、1991年和1992年,1992年以后C1和C2曲线没有相交,而且差值越来越大,没有突变。 1992—2009年这段时期气温呈现偏高趋势,2010—2013年气温虽呈现下降趋势,但年份较少,变幅也较小。

2.5 距平时间系数与亚洲区极涡面积指数

对乌鲁木齐市5个气象局(站)1976—2013年2月份影响温度和降水的74个物理量进行相关分析,分析发现大部分量值相关性差。但是,分析1976—2013年的2月平均气温、降水量距平时间系数与亚洲区极涡面积指数的相关系数,得:R气温 = -0.624,超过了0.001的置信线;R降水量 = -0.315,超过了0.050的置信线,相关性较好,是一个不可多得、重要的气候预测因子。

2.6 亚洲极涡面积指数

亚洲区在500 hPa月平均等压面上,取接近于最大西风轴线的等高线为极涡南界,以这一特征等高线以北所包围的面积。极涡的扩张与收缩反映了极地冷空气的活动,而绕极环流的变化或异常,会影响大气环流及天气气候的变化,一般来讲,当极涡面积为较大的正指数时,乌鲁木齐气温偏低、降水量偏少(见图4、图5)。

与亚洲区极涡面积指数

由图4可以看出,1992年偏低趋势,明显偏低年份有1984年,极涡指数为极高值;1992—2009年气温为偏高趋势,其中,1998年、1999年、2002年、2006年和2007年气温为高极值,指数为低极值;2010—2013年气温小幅波动下降,指数对应较好。

由图5可以看出,降水量的相关性没有气温好,60.5%的年份极涡面积增大时,降水量偏少,出现极涡面积增大时降水量偏多,1976—2013年38年间有15年同号,占39.5%[2]。

与亚洲区极涡面积指数

3 结论

(1)乌鲁木齐市5个气象局(站)代表了平原、丘陵、谷地、中山带和高山带等不同气候。后冬气温、降水量分布表明,高山带和米东区为2个冷区,而最大降雪中心在城区。(2)对后冬气温、降水量距平进行自然正交分解(EOF),第1特征向量方差贡献占绝对大的比例,表明气温、降水量距平全地区趋势相同,概率较大。(3)后冬气温变化趋势特征、突变检测分析表明,1976—1992年属后冬冷趋势;1992—2009年属后冬暖趋势;2010—2013年属后冬小幅下降趋势;1992年以后没有突变,但2010年后频繁出现后冬冷趋势。(4)通过对气温、降水量距平时间系数与亚洲区极涡面积指数的相关系数分析,结果表明,当极涡面积增大时,气温偏低,降水量偏少,反之,当极涡面积减小时,气温偏高,降水量偏多[3]。

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参考文献

[1]张家宝,史玉光.新疆气候变化及短期气候预测[M].北京:北京气象出版社,2002:12-13,25-58.

[2]赵振国.中国夏季旱涝用环境场[M].北京:北京气象出版社,1999:68-72.

[3] 卫玮,黄卓禹.夏季东亚高空西风急流气候特征分析[J].沙漠与绿洲气象,2012,6(4):21-26.