广东的气候分区

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1、? 19961016 收到初稿, 19970408 收到修改稿。本文由广东省自然科学基金资助 ( 930966) 。第 14 卷 第 1 期热 带 气 象 学 报Vol. 14, No. 1 1998 年 2 月JOURNAL OF T ROPICAL MET EOROLOGYFeb. , 1998广东的气候分区?刘黎明 陈创买( 中山大学大气科学系, 广州, 510275)提 要用广东省 47个测站 1954- 1990年各月的平均气温、降水、日照时数的标准化资料分别 作按时间点分解的主分量分析, 取其前 6个主分量作为各测站的气候特征量, 用相关系数- 重 心法作聚类分析, 作出各月、全年

2、综合要素的气候分区。结果表明: ( 1) 将广东各月分为有 较显著差异的 5个区, 则冬半年 (10- 翌年 4 月) 各月的分区形式较类似且规律性明显, 夏 半年 (5- 9月) 各月的分区逐月变化明显, 且分区形式差别较大。(2) 若用 6个自然季节的 平均气温、降水、日照时数标准化资料分别作主分量分析, 各取前 3 个主分量作为全年气候 分区的特征量, 则广东全年的气候区可分为东南沿海、西南沿海、西北内陆 3个区。 关键词 主分量分析 聚类分析 气候分区 分类号 P463. 11 引 言我国气候分区工作自竺可桢 1、 涂长望 2等先辈开始研究以来, 已开展了全国、 各省 区性的多方面研究

3、工作, 并取得了很大进展。 如综合性的气候分区 3- 4、 单一方面的气候分区 ( 如季风气候分区 5) 、各种应用性的气候分区 ( 如作物气候分区) 等。近年来, 由于气候资料的丰富、数学方法的改进及应用,大容量快速计算机的出现, 使气候分区工 作有可能更加细致、 全面和客观定量。 气候分区研究不仅可为区域性中长期气候分析、 研 究和预报等方面提供科学依据,也可为农业、水利、国家规划和经济计划等部门广泛应 用和开发气候资源提供有用的工具及参考。 在对广东气候分析工作中我们发现广东虽然区域比较小但各地的气候差别还是很大 的, 而广东的气候区划工作还有不足。例如在以往的分析和预报工作中采用的分区

4、多以 地理或行政分区 ( 如分为粤东、西、南、北、中等) , 这些分区并非真正从气候学角度分 析得来, 把它们应用于气候分析、研究和预报等工作中可能会缺乏一定的客观性。 本文尝试以广东 1954- 1990 年 47 个测站的月平均温度、降水、日照时数 3 种气候 要素, 采用主分量分析, 聚类分析等方法对各月、 全年的气候进行综合性的定量分区。 并计算了各月、季、年的要素平均值、标准差等统计量, 用于描述和解释各区的气候特征。2 资料及分析方法根据广东省 47 个测站 1954- 1990 年各月的平均气温、降水量、日照时数的标准化资料作为基本资料, 分别对各要素各月的逐年序列进行关于时间点

5、分解的主分量分析。 即 将某一气候要素某月的标准化资料阵 Xns( n 为样本容量, S 为空间点数) 分解为: Xns= VnnTns其中Vnn称为空间函数矩阵, Tns称为时间函数矩阵, 又常称为主分量。 上述分解满足以下条件:( 1) Vnn的确定满足方差极大原则。 ( 2) 分解具有正交性特点。 ( 3) Tns的总方差与Xns的总方差相等, 并且 Tns各分量按方差贡献大小排序。 通过主分量分解,各要素各月前 6 个主分量的累积方差贡献如表 1。表 1 各月各要素前 6 个主要分量的累积方差贡献 T able1 Percentages of variance described by

6、 the first sixth eigenvectorsof three climatic elements方差1 月2 月3 月4 月5 月6 月7 月8 月9 月10月11 月12 月气温99. 499. 298. 998. 597. 994. 990. 190. 894. 297. 998. 999. 3降水80. 982. 983. 274. 472. 471. 968. 568. 174. 168. 771. 875. 7日照85. 084. 984. 884. 485. 976. 070. 770. 571. 281. 080. 078. 6由表 1可见,各月 3种要素前 6 个

7、主分量已集中了要素变化的大部分信息,特别是气温, 所有月份的累积方差贡献都超过 90% , 而且对所有要素来说, 冬半年月份各要素 的累积方差贡献都较夏半年月份大。在各月气候分区中,对所选 47 个测站由 3 种要素前 6 个主分量组成的变量 ( 共 18个) 资料进行聚类分析。分析步骤如下: ( 1) 为使数值和单位各不相同的变量具有同一度量, 首先对它们各自进行标准化处理。( 2) 采用各测站间的相关系数作为组合的相似性度量。 ( 3) 采用重心法对 47 个测站进行逐次组合直到组合为 1 个。( 4) 根据逐次组合的相关系数值, 将测站依次联接, 得到一树形的分类簇或称聚类树, 如图 1

8、示。 ( 5) 最后根据设定的某一临界相似测站值或拟设定的分区数目等标准,作出分类。若以某一临界相关系数值为标准进行分区 ( 如取 0. 35) , 则冬半年月份 ( 10- 翌年4 月) 分区个数一般在 3- 5 个区, 而夏半年月份则可分为 6个区以上。而根据各月聚类 树形结构和各分区的测站分布看, 太细致的分区不仅分区界线较散乱,而且有的区只包含 1- 2 个测站。为使分区具有较好的规律性, 综合各种情况, 本文对广东省作出四级气候分区 ( 即分为 5 个区, 各级的定义见图 1) , 表 2 列出 1- 12 月的前 6 级分区所对应的 相关系数值。48热 带 气 象 学 报14 卷图

9、 1 变量聚类树形示意图Fig. 1 T he dendrogram about corretion coefficient of some variates表 2 1- 12月对应各分区级次的相关系数值 T able 2 The values of correction coefficient correspondingto each grade from January to December系数1 月2 月3 月4 月5 月6 月7 月8 月9 月10月11 月12 月级- 0. 92 - 0. 90 - 0. 95 - 0. 93 - 0. 94 - 0. 95 - 0. 92 - 0

10、. 97 - 0. 82 - 0. 94 - 0. 92 - 0. 94级0. 12 - 0. 28 - 0. 38 - 0. 360. 040. 09 - 0. 12 - 0. 23 - 0. 40 - 0. 290. 020. 14 级0. 230. 370. 330. 350. 170. 16 - 0. 04 - 0. 05 - 0. 050. 120. 300. 20 级0. 250. 410. 490. 360. 200. 220. 190. 140. 120. 140. 330. 39 级0. 400. 380. 490. 430. 270. 240. 310. 180. 250.

11、 400. 380. 44级0. 520. 400. 580. 510. 340. 340. 360. 300. 360. 500. 440. 51由表 2 可看出: 各月 I 级分区 ( 即将全省分为两个区) 的相关系数值都在- 0. 80 以下, 这一结果表明按本方法得到的两个最主要的分区其气候变化具有反位相变化的特点。即在两个区分别出现雨量偏多或偏少、温度偏高或偏低、云量偏多或偏少,甚至各要素的变幅偏大或偏小的分布。3 广东逐月气候分区根据上述计算分析, 对广东 1- 12 月的气候进行了分区 ( 结果见图 2- 7) 。 在给出的各分区图中,以粗实线、细实线、虚线、点线分别表示、级的分

12、区界线及层次。1 月分区 ( 图 2) 粗实线将全省分成南 ( 包括 Z3、Z4、Z5区) 、北 ( 包括 Z1、Z2区) 两个区域。 此线几乎与中、南亚热带季风区的分界线相重合。1 月是冬季, 广东主要受西伯491 期刘黎明等: 广东的气候分区利亚冷高的影响,冬季风明显。北部区域较南部区域有气温低、降水多、日照少及所有 要素的年变率又较大的特点。而Z1与 Z2区、Z3、Z4与Z5区之间的差别主要表现在各要素变率间的差异, Z1与 Z2间较 Z3、Z4、 Z5间的差别小些。2 月、12 月的I 级分区界线 ( 分别见图 2、7) 与 1月相类似。、级分界线的形势近于 “ T ”形。与其它月份比

13、较, 冬季月份的各级分区界线都平滑得多。图 2 1 月、2月的气候分区 说明:用Zi表示 1 月的分区号,2 月的分区号略去。Fig. 2 The classification of theclimate in Jan.and Feb. .图 3 3 月、4 月的气候分区 说明:用Zi表示 3 月的分区号,4 月的分区号略去。Fig. 3 T he classification of theclimate in M ar.and Apr. .图 4 5 月、6月的气候分区 说明:用 Zi表示 5 月的分区号,6 月的分区号略去。Fig. 4 The classification of thec

14、limate in May and Jun. .图 5 7 月、8 月的气候分区 说明:用 Zi表示 7 月的分区号,8 月的分区号略去。Fig. 5 T he classification of theclimate in Jul.and Aug. .3 月、4 月、5 月是春季 ( 分区结果分别见图 3、4) 。在这期间, 广东虽然大部分时间里仍是冬季风盛行,但西伯利亚冷高强度已逐月开始减弱, 副热带急流开始北退,在 中国西南部已出现低涡, 扰动活跃,它们亦可影响到广东。广东地区的风向已开始在东北和东南之间摆动, 北部地区虽然仍为南岭静止锋所控制,但南部地区已开始受不同系50热 带 气 象

15、 学 报14 卷统的影响。3、4、 5 月份分区形式与 1 月已有明显差别。它们共同特点是级分区将广东 分为西南沿海区、东南沿海区和西北内陆区 3 个区, 虽然各月各区有差别,但基本形式为 “ 丫”形。6 月、7月、8 月为夏季月份 ( 分别见图 4、5) , 这些月份无论是I 级还是级, 分区界线都比其它月份散乱得多。这些月份各地温差小且年变率小,而且时常受到热带降水 系统和局地环流的影响, 各地的降水差异及降水变率都最大。这些月份分区的特点主要反映了各区降水的差异。10 月是广东夏季风转为冬季风的过渡季节 ( 见图 6) , 此时较冷的东北季风前沿已达 广东, 但在冬季风中断期间, 台风、

16、热带气旋或扰动仍可在广东地区活动, 带来大雨。 此时I、级分区的界线已呈 “ T”形, 与 1 月份的形势较接近 ( 见图 2) 。9月份的分区界线 ( 图 6) 较 10 月份曲折, 但却较 8 月又平滑了很多。11 月份 ( 图 7) , 因此时东北季风已盛行, 在西伯利亚冷高的影响下, 干燥凉爽, 阵雨已基本结束, 此时其分区又比 10 月 更接近 1 月的形式。图 6 9 月、10 月的气候分区 说明:用 Zi表示 9 月的分区号,10 月的分区号略去。Fig. 6 The classification of theclimate in Sep.and Oct. .图 7 11 月、12 月的气候分区 说明:用 Zi表示 11 月的分区号,12 月的分区号略去。Fig. 7 The classification of theclimate in Nov.and Dec. .各月份、级的分区界线不同, 特别是级分区得到的一些区域只包含 1、 2 或 3 个站,可想