中國(guó)夏季降水異常EOF模態(tài)的時(shí)間穩(wěn)定性分析

龐軼舒 祝從文 劉凱

中國(guó)氣象科學(xué)研究院，北京100081

1 引言

經(jīng)驗(yàn)正交分解（Empirical orthogonal function，EOF）又被稱為主成分分析（Principal component analysis，PCA），最早由Pearson提出（Pearson，1902），20世紀(jì)50年代Lorenz將該方法引入大氣科學(xué)領(lǐng)域（Lorenz，1956），隨后被廣泛應(yīng)用至今。EOF方法的優(yōu)點(diǎn)在于它能對(duì)分布不規(guī)則的氣象要素場(chǎng)進(jìn)行時(shí)空分解，得到的各特征向量（空間模態(tài)和時(shí)間系數(shù)）相互正交，其中空間模態(tài)（EOF）在一定程度上可反映要素場(chǎng)的空間分布特點(diǎn)，而時(shí)間系數(shù)（PC）則反映相應(yīng)空間模態(tài)隨時(shí)間的權(quán)重變化。除此之外，EOF方法還具有展開收斂速度快，容易將原始要素場(chǎng)的變化信息濃縮在前幾個(gè)模態(tài)上的特點(diǎn)。因此，該方法常用于氣象要素場(chǎng)時(shí)空變化特征規(guī)律研究。

EOF方法是氣候研究中的主要方法之一，在過去幾十年，中國(guó)學(xué)者利用該方法對(duì)中國(guó)降水時(shí)空變化特征做了大量研究（例如，王紹武和趙宗慈，1979；鄧愛軍等，1989；李棟梁等，1997；宋正山和楊輝，2001；魏鳳英，2003；孫林海等，2005；Wang et al.,2013；封國(guó)林等，2013 ；Zhang et al., 2013）。其中，王紹武和趙宗慈（1979）利用此方法分析了我國(guó)旱澇分布特點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上提出了中國(guó)6種主要雨型的觀點(diǎn)。宋正山和楊輝（2001）利用此方法分析了500 hPa環(huán)流場(chǎng)與我國(guó)夏季降水（雨型）相關(guān)分布，指出該環(huán)流場(chǎng)前兩個(gè)模態(tài)與中國(guó)夏季降水主要分布型有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。除此之外，學(xué)者們還將EOF方法應(yīng)用于短期氣候和區(qū)域統(tǒng)計(jì)降尺度預(yù)測(cè)中，通過EOF各模態(tài)的PC系數(shù)預(yù)測(cè)和重建來預(yù)測(cè)未來要素場(chǎng)的變化（章基嘉等，1979；Harnack and Lanzante, 1985；袁景鳳和吳曉曦，2000；何慧等，2004）。例如，何慧等（2004）通過對(duì)廣西前汛期降水距平百分率作 EOF 分解，選取累積方差貢獻(xiàn)接近70%的前五個(gè)模態(tài)為預(yù)報(bào)量，利用統(tǒng)計(jì)方法建立降水預(yù)報(bào)模型。眾所周知，在EOF重建過程中，參與模態(tài)越多，重建場(chǎng)與原始場(chǎng)越接近。然而，在利用EOF方法預(yù)測(cè)時(shí)，參與模態(tài)的選取則有嚴(yán)格的條件限制。章基嘉等（1981）指出，只有EOF模態(tài)在預(yù)測(cè)時(shí)效內(nèi)穩(wěn)定，該模態(tài)的信息才可用于未來的氣候預(yù)測(cè)。Charles et al.（1999）、Wilby and Wigley（2000）指出預(yù)報(bào)因子和預(yù)測(cè)函數(shù)隨時(shí)間穩(wěn)定是建立統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)模型的基本條件。因此，在利用 EOF方法建立氣候預(yù)測(cè)模型時(shí)，需首先討論各EOF模態(tài)是否隨時(shí)間發(fā)生變化。為方便討論，本文將 EOF模態(tài)不隨時(shí)間發(fā)生變化稱作時(shí)間穩(wěn)定。

夏季降水一直是我國(guó)短期氣候預(yù)測(cè)的重點(diǎn)內(nèi)容，近年來許多氣象工作者在前人研究的基礎(chǔ)上提出了新的預(yù)測(cè)方法及思路并取得了不錯(cuò)的預(yù)測(cè)效果（郭玲，2011；郭彥和李建平，2012；Liu and Fan，2012），但就現(xiàn)階段而言，全國(guó)范圍的降水預(yù)測(cè)水平還有待進(jìn)一步提高。而研究中國(guó)夏季降水 EOF模態(tài)的時(shí)間穩(wěn)定性對(duì)于認(rèn)識(shí)中國(guó)夏季降水主要變化特征，并從降水全局變化角度探索可能的預(yù)測(cè)方法具有重要的意義。因此，本文分析和討論了1980～2012年中國(guó)夏季降水距平和距平百分率前四個(gè)EOF模態(tài)的特征和時(shí)間穩(wěn)定性，在此基礎(chǔ)上探討 EOF方法在整個(gè)中國(guó)地區(qū)夏季降水預(yù)測(cè)中的潛在能力和應(yīng)用條件。

2 資料和分析方法

本文采用的資料為中國(guó)氣象局信息中心提供的1951～2012年全國(guó)160臺(tái)站夏季（6～8月）逐月降水資料，該套資料常用于國(guó)家氣候中心的短期氣候預(yù)測(cè)工作。研究過程中，本文首先對(duì) 1980～2012年降水距平和距平百分率進(jìn)行EOF分解，取前四個(gè)模態(tài)進(jìn)行分析。在此基礎(chǔ)上，利用滑動(dòng)交叉檢驗(yàn)、獨(dú)立樣本檢驗(yàn)、距平相關(guān)系數(shù)（Anomaly correlation coefficient，ACC）、時(shí)間相關(guān)系數(shù)（Temporal correlation coefficient，TCC）等方法討論EOF各模態(tài)的時(shí)間穩(wěn)定性。為定量評(píng)估EOF各模態(tài)的時(shí)間穩(wěn)定性，本文定義了時(shí)間穩(wěn)定性指數(shù)（Stability Index, SI），即資料時(shí)間長(zhǎng)度處理前后對(duì)應(yīng)空間模態(tài)ACC和時(shí)間系數(shù)TCC的乘積，并將穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)設(shè)為 0.5。其中，資料時(shí)間長(zhǎng)度處理分別通過滑動(dòng)交叉檢驗(yàn)[見公式（1）]和獨(dú)立樣本檢驗(yàn)[見公式（2）]兩種方法實(shí)現(xiàn)。

其中，Ri,t為時(shí)間長(zhǎng)度處理后的資料（i=1980，1981，…，2012；t為剔除時(shí)間長(zhǎng)度：1，2，3，4，5）；R0為原始資料（1980～2012年夏季降水場(chǎng)）；r為樣本元素。

其中，Ri為時(shí)間長(zhǎng)度處理后的資料（i=2003，2004，…，2012）；R0為原始資料（1980～2002年夏季降水場(chǎng)）；r為樣本元素。

3 中國(guó)夏季降水異常主要模態(tài)的特征分析

過去很多研究認(rèn)為中國(guó)東西部降水氣候特點(diǎn)不同（徐國(guó)昌，1997；孫國(guó)武，1997；朱乾根等，2007），基于這種觀點(diǎn)，對(duì)整個(gè)中國(guó)地區(qū)夏季降水進(jìn)行EOF分析很可能無法區(qū)分東西部降水的特征。為此，我們對(duì)比了 1980～2012年中國(guó)和中國(guó)東部地區(qū)（100°E以東）夏季降水距平、距平百分率的前四個(gè)EOF模態(tài)。對(duì)比結(jié)果表明，兩者夏季降水距平各模態(tài)的解釋方差差異較小，對(duì)應(yīng)空間分布形態(tài)相似，PC系數(shù)變化一致，相關(guān)系數(shù)接近1.0（圖略）。而兩者降水距平百分率各模態(tài)的差異則主要表現(xiàn)在前兩個(gè)模態(tài)的順序發(fā)生了對(duì)調(diào)，其對(duì)應(yīng)PC系數(shù)的時(shí)間相關(guān)關(guān)系仍然通過顯著性水平為 0.01的檢驗(yàn)。由此可見，盡管中國(guó)東西部地區(qū)降水特性有所差異，但由于EOF分析結(jié)果突出的是降水方差貢獻(xiàn)較大的區(qū)域，所以從整體角度進(jìn)行EOF分析不僅能很好地反映方差貢獻(xiàn)較大的東部降水特征，同時(shí)也能反映西部地區(qū)降水的一些特性，適用于全國(guó)夏季降水預(yù)測(cè)。

基于上述討論，本文重點(diǎn)分析中國(guó)夏季降水距平和距平百分率的前四個(gè)EOF模態(tài)。圖1表示降水距平前四個(gè)EOF模態(tài)的空間分布特征，其中，各模態(tài)的解釋方差分別為 18.45%、10.93%、8.14%和7.44%，累計(jì)方差貢獻(xiàn)約 45%。如圖所示，第一模態(tài)在100°E以東地區(qū)表現(xiàn)出南北向“＋、-、＋”的三極型分布，是東亞夏季風(fēng)降水的主要空間分布型；第二模態(tài)表現(xiàn)出以長(zhǎng)江為界，南北方降水反相變化的特征；第三模態(tài)表現(xiàn)為江南地區(qū)、東北部分地區(qū)和西北地區(qū)降水偏少，其余地區(qū)降水偏多的特征；第四模態(tài)則呈現(xiàn)華南、黃淮區(qū)域降水偏少，其他區(qū)域降水偏多的特征。而從降水距平百分率前四個(gè)EOF模態(tài)分析結(jié)果（圖2）可以看出，其各模態(tài)的解釋方差依次是 14.46%、10.64%、7.95%和6.39%，累計(jì)方差貢獻(xiàn)為39.44%。其中第一模態(tài)的空間分布表現(xiàn)為黃河以北地區(qū)與其余地區(qū)降水反向變化的特征；第二模態(tài)則呈現(xiàn)出南北向“-、＋、-”三極型分布特征；第三模態(tài)表現(xiàn)為河套地區(qū)、華南沿海地區(qū)和其余地區(qū)降水反向變化特征；第四模態(tài)則表現(xiàn)為全國(guó)大部分地區(qū)降水偏多，零星地區(qū)降水偏少的特征。

從上述分析可以發(fā)現(xiàn)，作為指示降水異常的兩種物理量，降水距平和距平百分率前四個(gè)模態(tài)的空間分布表現(xiàn)出多樣性和復(fù)雜性，且各模態(tài)所占的方差貢獻(xiàn)率最大不超過20%，這說明中國(guó)夏季降水的年際變化特征多樣而復(fù)雜，單個(gè)EOF模態(tài)反映的信息十分有限，因此在利用EOF方法預(yù)測(cè)中國(guó)夏季降水時(shí)，必須盡可能考慮多個(gè)模態(tài)的信息。另外，由于降水距平和距平百分率側(cè)重不同，前者反映降水偏離氣候值的大小，后者反映降水偏離氣候值的程度，所以兩者各模態(tài)的空間分布差異明顯。這說明在利用 EOF方法預(yù)測(cè)中國(guó)夏季降水時(shí)，這兩種物理量不能相互替代。

4 中國(guó)夏季降水異常主要模態(tài)的時(shí)間穩(wěn)定性分析

如前所述，時(shí)間穩(wěn)定是各EOF模態(tài)應(yīng)用到氣候預(yù)測(cè)中的重要前提條件。為此，本文首先通過滑動(dòng)交叉檢驗(yàn)方法討論中國(guó)夏季降水距平和距平百分率前四個(gè)模態(tài)的時(shí)間穩(wěn)定性，以探究各EOF模態(tài)是否可參與中國(guó)夏季降水預(yù)測(cè)。

圖3表示通過滑動(dòng)交叉檢驗(yàn)得到的中國(guó)夏季降水距平各EOF模態(tài)SI隨時(shí)間和剔除時(shí)間長(zhǎng)度（t）的變化情況，如圖所示，當(dāng)t≤5時(shí)，第一個(gè)模態(tài)的SI恒大于 0.9，高度穩(wěn)定。第二模態(tài)在t=1時(shí)，SI恒大于0.8，高度穩(wěn)定；在t=2時(shí)，SI在個(gè)別年份（如1998年）略低于穩(wěn)定度標(biāo)準(zhǔn)0.5，其余年份高于0.8，基本穩(wěn)定；在t＞2時(shí)，SI的時(shí)間波動(dòng)幅度增大，低于穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)的年份增多，時(shí)間穩(wěn)定性下降。第三、四模態(tài)在t=1時(shí)，除個(gè)別年份（2008年）外，SI總體高于穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)，基本穩(wěn)定；在t＞1時(shí)，SI波動(dòng)幅度隨t增加而增大，數(shù)值明顯下降。由此可見，在利用EOF方法預(yù)測(cè)中國(guó)夏季降水距平時(shí)，隨著預(yù)測(cè)時(shí)效增加，可參與預(yù)測(cè)的模態(tài)減少。當(dāng)預(yù)測(cè)時(shí)效為一年時(shí)，前四個(gè)模態(tài)穩(wěn)定，可參與未來氣候預(yù)測(cè)；當(dāng)預(yù)測(cè)時(shí)效為兩年時(shí)，前兩個(gè)模態(tài)基本穩(wěn)定，可參與預(yù)測(cè)；當(dāng)預(yù)測(cè)時(shí)效大于兩年，僅第一模態(tài)的穩(wěn)定性滿足參與預(yù)測(cè)條件。

與降水距平相比，2012年在降水距平百分率各模態(tài) SI隨時(shí)間和剔除時(shí)間長(zhǎng)度（t）的變化中表現(xiàn)出顯著異常（見圖4）。當(dāng)被剔除資料包含2012年時(shí)，各模態(tài) SI急劇下降。如果忽略 2012年的影響，則前兩個(gè)EOF模態(tài)的SI始終高于0.5；第三模態(tài)的SI在t≤3時(shí)高于0.5，在t=4、5時(shí)除1994年

略低于0.5，其余高于0.5。而第四模態(tài)的SI波動(dòng)較大，低于0.5的年份較多，穩(wěn)定性較差。由此可見，在利用 EOF方法預(yù)測(cè)中國(guó)夏季降水距平百分率時(shí)，第四模態(tài)的穩(wěn)定性較低，無法參與預(yù)測(cè)。另外，基于2012年之前的EOF模態(tài)特征無法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)該年的降水距平百分率。

圖1 1980～2012年中國(guó)夏季降水距平場(chǎng)前四個(gè)EOF模態(tài)空間分布：（a）EOF-1；（b）EOF-2；（c）EOF-3；（d）EOF-4Fig. 1 The first four EOF modes of China summer precipitation anomalies during 1980–2012: (a) EOF-1; (b) EOF-2; (c) EOF-3; (d) EOF-4

圖2 同圖1，但表示的是距平百分率場(chǎng)Fig. 2 Same as Fig. 1, but for the field of precipitation anomaly percentage

圖3 1980～2012年中國(guó)夏季降水距平場(chǎng)前四個(gè)EOF模態(tài)穩(wěn)定度（SI）隨時(shí)間和剔除時(shí)間長(zhǎng)度的變化：（a）EOF-1；（b）EOF-2；（c）EOF-3；（d）EOF-4Fig. 3 Stability indices of the first four EOF modes of China summer precipitation anomaly during 1980–2012, and their change with time and length of excluded time: (a) EOF-1; (b) EOF-2; (c) EOF-3; (d) EOF-4

圖4 同圖3，但表示的是距平百分率場(chǎng)Fig. 4 Same as Fig. 3, but for the field of precipitation anomaly percentage

雖然滑動(dòng)交叉檢驗(yàn)結(jié)果在一定程度上反映了各模態(tài)的時(shí)間穩(wěn)定性，但在實(shí)際預(yù)測(cè)時(shí)不知道未來的情況，預(yù)測(cè)結(jié)果仍然存在較大的不確定性。為此，我們通過獨(dú)立樣本檢驗(yàn)方法進(jìn)一步檢驗(yàn)了降水距平和距平百分率前四個(gè)EOF模態(tài)在近10年的時(shí)間穩(wěn)定性。結(jié)果表明，近 10年內(nèi)中國(guó)夏季降水距平前三個(gè)模態(tài)的SI均大于0.9，表現(xiàn)出高度的穩(wěn)定性；第四模態(tài)的SI在近10年內(nèi)波動(dòng)相對(duì)較大，盡管如此，其SI僅有一年（2007年）低于穩(wěn)定度標(biāo)準(zhǔn)（圖略）。而中國(guó)夏季降水距平百分率第一、四模態(tài)的SI在近10年中均大于或等于0.9，第二、三模態(tài)的SI除在2012年低于0.5，其余均大于0.8?？傮w而言，中國(guó)夏季降水距平和距平百分率前四個(gè)模態(tài)在近 10年中基本穩(wěn)定。然而與滑動(dòng)交叉檢驗(yàn)結(jié)果類似，降水距平百分率前四個(gè)模態(tài)的時(shí)間穩(wěn)定性在2012年相對(duì)較低。

5 極端降水事件對(duì) EOF模態(tài)時(shí)間穩(wěn)定性的影響

由于 EOF特征向量取決于樣本資料的協(xié)方差矩陣，因此某一年的極端降水氣候事件可能會(huì)對(duì)多年降水（距平和距平百分率）的EOF模態(tài)時(shí)間穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。2012年中國(guó)北方一些地區(qū)出現(xiàn)極端降水事件，以北京“7.21”大暴雨為例，全市日平均降水量達(dá) 170 mm，其中房山區(qū)高達(dá) 460 mm(http://www.cma.gov.cn/2011xwzx/2011xmtjj/201207/t20120724_179464.html)。因此，降水距平百分率各模態(tài)時(shí)間穩(wěn)定性在 2012年的特殊性很可能由極端降水引起。

為驗(yàn)證極端降水氣候事件對(duì)中國(guó)夏季降水EOF模態(tài)穩(wěn)定性的影響，本文將1951～2012年中國(guó)160臺(tái)站夏季降水（R）進(jìn)行閾值修訂（見公式3）以削弱極端降水的強(qiáng)度。經(jīng)檢驗(yàn)，該修訂方法不會(huì)破壞原始降水的變化趨勢(shì)和其降水距平（距平百分率）各 EOF模態(tài)的基本特征（圖略）。在此基礎(chǔ)上，對(duì)比閾值修訂前后降水距平和距平百分率前四個(gè)模態(tài)SI的滑動(dòng)交叉檢驗(yàn)結(jié)果。

其中，Rm為修訂后的降水資料，RMin和RMax則被定義為1951～2012年各站點(diǎn)降水序列（由低到高）5%和95%分位數(shù)的值。

通過對(duì)比修訂前后降水距平各模態(tài)的 SI（圖5）可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)t≤5時(shí)，前四個(gè)模態(tài)的 SI在大多數(shù)年份中減小，在少數(shù)年份中增加，差異值小于 0.3，改變幅度不大。但比較特殊的是，當(dāng)t=2時(shí)，第三、四模態(tài)的SI在一些年份中下降程度大于0.5。

與降水距平不同，降水距平百分率第一、二、四模態(tài)的SI在閾值修訂前后總體提高（圖6），尤其當(dāng)剔除資料中含2012年時(shí)第一模態(tài)（t≤5）和第二模態(tài)（t≤2）SI的增加值超過0.5。而其第三模態(tài)SI的下降年份數(shù)偏多，但改變幅度不大。閾值修訂后，距平百分率各模態(tài) SI隨時(shí)間和剔除時(shí)間長(zhǎng)度（t）的變化如圖7所示，當(dāng)t≤5時(shí)，其第一模態(tài)的SI恒大于0.8，高度穩(wěn)定。而第二、三模態(tài)的SI在t=1時(shí)大于0.6，基本穩(wěn)定；在t＞1時(shí)，低于0.5的年份數(shù)增多，穩(wěn)定性較差。而第四模態(tài)SI在t≤5時(shí)波動(dòng)明顯，低于0.5的年份較多，穩(wěn)定性較差。

從以上分析可以看出，閾值修訂方法對(duì)降水距平百分率各模態(tài) SI有明顯改善作用，消除了其在2012年的特殊性，而對(duì)降水距平各模態(tài)SI的改善作用則不明顯。這說明，與降水距平相比，降水距平百分率各模態(tài)的時(shí)間穩(wěn)定性更易受到極端降水的影響。然而極端降水的產(chǎn)生不僅受到氣候變化的影響，天氣尺度和中小尺度氣象條件變化的影響也十分重要，但在短期氣候預(yù)測(cè)中，天氣尺度和中小尺度的氣象要素變化無法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。因此在利用EOF方法預(yù)測(cè)中國(guó)夏季降水距平百分率時(shí)，可首先對(duì)降水資料進(jìn)行閾值修訂。修訂后，當(dāng)預(yù)測(cè)時(shí)效為1年時(shí)，前三個(gè)模態(tài)可參加預(yù)測(cè)；當(dāng)預(yù)測(cè)時(shí)效為 1年以上時(shí)，僅第一模態(tài)可參加預(yù)測(cè)。

綜合第4、5節(jié)研究結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)利用EOF方法預(yù)測(cè)未來一年中國(guó)夏季降水時(shí)，可參與預(yù)測(cè)的模態(tài)最多，即降水距平前四個(gè)模態(tài)或修訂后降水距平百分率前三個(gè)模態(tài)。假設(shè)各模態(tài)PC系數(shù)預(yù)測(cè)完全準(zhǔn)確，則可以通過它們的EOF重建場(chǎng)與原始場(chǎng)的TCC和ACC來討論EOF方法的潛在預(yù)測(cè)能力。研究結(jié)果表明（圖略），降水距平前四個(gè)模態(tài)能解釋原始降水 45%的變化方差，其重建場(chǎng)與原始場(chǎng)的TCC顯著相關(guān)（α=0.05）站點(diǎn)集中分布在黃河以南大部分地區(qū)，平均ACC約為0.6。而修訂后降水距平百分率前三個(gè)模態(tài)能解釋原始降水 30.74%的變化方差，其重建場(chǎng)與原始場(chǎng)的 TCC顯著相關(guān)（α=0.05）站點(diǎn)分布在中國(guó)大部分地區(qū)，平均 ACC為0.48。由此可見，EOF方法在中國(guó)夏季降水年際變化預(yù)測(cè)中有一定潛力，當(dāng)以降水距平百分率為預(yù)測(cè)對(duì)象時(shí)，可預(yù)測(cè)范圍相對(duì)較大，當(dāng)以降水距平為預(yù)測(cè)對(duì)象時(shí)，預(yù)測(cè)結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確。

圖5 1980～2012年閾值修訂前后中國(guó)夏季降水距平場(chǎng)EOF模態(tài)的穩(wěn)定度（SI）差異（后者減前者）：（a）EOF-1；（b）EOF-2；（c）EOF-3；（d）EOF-4Fig. 5 Differences of stability indices between the original and modified Chinasummer precipitation anomalies for the first four EOF modes during 1980–2012: (a) EOF-1; (b) EOF-2; (c) EOF-3; (d) EOF-4

圖6 同圖5，表示的是距平百分率場(chǎng)Fig. 6 Same as Fig. 5, but for the precipitation anomaly percentage

圖7 閾值修訂后1980～2012年中國(guó)夏季降水距平百分率場(chǎng)前四個(gè)EOF模態(tài)穩(wěn)定度（SI）隨時(shí)間和剔除時(shí)間長(zhǎng)度的變化：（a）EOF-1；（b）EOF-2；（c）EOF-3；（d）EOF-4Fig. 7 Stability indices of the first four EOF modes of the modified China summer precipitation anomaly percentage during 1980–2012, and their change with time and length of excluded time: (a) EOF-1; (b) EOF-2; (c) EOF-3; (d) EOF-4

6 結(jié)論和討論

本文基于1980～2012年中國(guó)160個(gè)臺(tái)站夏季降水資料，分析和研究了降水距平與距平百分率前四個(gè)EOF模態(tài)的特征和時(shí)間穩(wěn)定性，討論了極端降水事件對(duì)各模態(tài)時(shí)間穩(wěn)定性的影響，并提出了一種通過削弱極端降水強(qiáng)度來提高降水距平百分率各模態(tài)時(shí)間穩(wěn)定性的方法。在此基礎(chǔ)上，探討了EOF方法在中國(guó)夏季降水短期氣候預(yù)測(cè)中的潛在能力。

研究發(fā)現(xiàn)，中國(guó)夏季降水距平第一模態(tài)在預(yù)測(cè)時(shí)效為5年內(nèi)時(shí)間穩(wěn)定，第二模態(tài)在2年內(nèi)時(shí)間穩(wěn)定，第三、四模態(tài)在1年內(nèi)時(shí)間穩(wěn)定。而受極端降水事件影響，中國(guó)夏季降水距平百分率各模態(tài)時(shí)間穩(wěn)定性較低，無法參與預(yù)測(cè)。當(dāng)對(duì)資料進(jìn)行閾值修訂，人為削弱極端降水影響后，距平百分率前三個(gè)模態(tài)的時(shí)間穩(wěn)定性顯著提高，其中第一模態(tài)在預(yù)測(cè)時(shí)效為5年內(nèi)時(shí)間穩(wěn)定，第二、三模態(tài)在1年內(nèi)時(shí)間穩(wěn)定。因此，可以利用降水距平前四個(gè)EOF模態(tài)或修訂后降水距平百分率前三個(gè) EOF模態(tài)的信息預(yù)測(cè)未來一年中國(guó)夏季降水的變化。假設(shè)PC系數(shù)預(yù)測(cè)完全準(zhǔn)確，降水距平前四個(gè)模態(tài)可以解釋原始降水 45%的變化方差，其重建場(chǎng)與原始場(chǎng)的 TCC顯著相關(guān)站點(diǎn)集中分布在黃河以南地區(qū)，平均ACC約為 0.6。而修訂后降水距平百分率前三個(gè)模態(tài)能解釋原始降水 30.74%的變化方差，其重建場(chǎng)與原始場(chǎng)的 TCC顯著相關(guān)站點(diǎn)在全國(guó)均勻分布，平均ACC為0.48。相較而言，在利用EOF方法預(yù)測(cè)中國(guó)夏季降水時(shí)，距平比距平百分率更適合作預(yù)測(cè)對(duì)象。

本文主要討論了 EOF方法在中國(guó)夏季降水短期氣候預(yù)測(cè)中的潛在應(yīng)用價(jià)值。但在實(shí)際預(yù)測(cè)之前，我們還需要進(jìn)一步探索各模態(tài)PC系數(shù)的影響因子以及多因子配置與各模態(tài)PC之間的關(guān)系，以建立中國(guó)夏季降水預(yù)測(cè)模型。此外，新研究表明在降水預(yù)測(cè)中以年際增量作為預(yù)測(cè)對(duì)象能取得不錯(cuò)的預(yù)測(cè)結(jié)果（范可等，2007），因而通過年際增量討論 EOF方法的潛在預(yù)測(cè)能力亦十分重要。這兩個(gè)問題將是作者今后研究的重要內(nèi)容。

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