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user: 3. 西南地区季节降水时空特征分析 3.1. 西南地区四季的降水分布特征 3.1.1. 西南地区春季的降水分布特征 图1给出西南地区春季气候态降水量的空间分布图。西南地区春季降水量的大值区主要位于青藏高原东南部以及西南地区东部地区，即重庆东部、贵州东部、广西。大值区的降水量在300 mm以上，除此之外的大部分地区降水量较少，位于50~250 mm之间。从全国的气候态降水量的空间分布来看，春季降水量大致为东南到西北递减，降水主要集中于我国的东南部，降水可达400 mm以上。 图1. 西南地区春季气候态降水量的空间分布图(单位：mm) 3.1.2. 西南地区夏季的降水分布特征 图2给出西南地区夏季气候态降水量的空间分布图。从西南地区夏季降水的整体特征来看：一、西南地区整体降水量是从西南地区的西北部到东南部递减，而且西南地区高海拔地区的降水明显比低海拔地区的降水少。二、西南地区的雨区是交错分布的，在四川盆地的中部、云南的西南部以及广西的南部存在高值中心，低值区主要位于青藏高原一带和四川盆地的西北部。西南地区夏季普遍降水在250 mm以上，夏季降水量较多的地区主要是云南、四川盆地南部、贵州、以及广西，几乎为西南地区三分之二的地区，这些地区的降水量在500 mm以上。西南地区的降水分布特征与西南地区的地形结构、多变的气候、山脉走向以及影响西南的季风系统密切相关。西南地区地形结构复杂，有高原地形，也有地势平缓的盆地，不同的地形结构对当地的降水有着很大的影响。四川盆地相对于西南地区其它区域地势较平缓，该地区主要受两南季风和西南涡的影响，四川盆地相对于周边地区地势较低，有利于水汽的进入，而四川盆地的西北是青藏高原，地势较高，特殊的地形使得水汽一旦进入四川盆地就不容易散失，从而有利于四川盆地上空的水汽聚集，水汽聚集使得四川盆地上空的空气湿度较高，一经触发，则会产生丰富的降水，这种特殊的地形结构使得四川盆地地区的夏季平均降水在500 mm以上。贵州北部、重庆、四川东部等地区主要受东南季风影响较多，夏季降水随着副热带高压脊线的北抬而增加，随着副热带高压脊线的南退而减少。而对于沿海地区的广西地区，夏季，盛行的东南季风将洋面上的暖湿气流带到广西地区，暖湿气流与西北冷空气相遇产生丰富的降水，使得广西的夏季平均降水在500 mm以上。云贵高原是低纬度高原地形，主要包括云南、贵州的西南部以及广西的西部，云贵高原一带主要受西南季风的影响较多，夏季，盛行的西南季风将充沛的水汽带入高原地区，丰富的水汽条件使得云贵高原一带夏季降水在500 mm以上。对于西南地区最特殊的青藏高原地区，由于青藏高原长期有冰雪覆盖，温度较低，所以在夏季，青藏高原上空的大气是热源(相对于相同高度的自由大气)，因此在近地层形成了热低压，青藏高原南侧的西南季风和高原东南侧的副热带高压脊线向西伸并向北抬的作用下，暖湿气流进入高原，最终与青藏高原北侧西风槽以及西侧中东高压带来的干冷空气相汇，从而产生降水，青藏高原夏季平均降水在300 mm左右，因为温度过低，主要以降雪和冰川融化等方式产生水。从全国的气候态降水量的空间分布来看，夏季降水量大致为西北向东南递增，我国西北部降水极少，而我国南部降水量较多，降水量可达500 mm以上，沿海地区甚至达到800 mm以上。 图2. 西南地区夏季气候态降水量的空间分布图(单位：mm) 3.1.3. 西南地区秋季的降水分布特征 图3给出西南地区秋季气候态降水量的空间分布图。西南地区秋季降水量的大值区主要位于四川盆地的东部、重庆、贵州东北部、云南西南部以及广西南部，大值区的降水量在300 mm以上，其余地区的降水量大致为50~250 mm。从全国的气候态降水量的空间分布来看，我国大部分地区降水量偏少，从西北向东南递增，降水主要集中于我国西南地区以及浙江沿海地区。 图3. 西南地区秋季气候态降水量的空间分布图(单位：mm) 3.1.4. 西南地区冬季的降水分布特征 图4给出西南地区冬季气候态降水量的空间分布图。从全国的气候态降水量的空间分布来看，我国大部分地区降水量均比较少，降水大值区主要集中于湖南东部、湖北、浙江、福建北部，降水在175 mm以上。西南地区降水在0~150 mm之间，降水比较少。 综上，西南地区夏季降水量在四个季节中最多，春季和秋季次之，冬季降水量在四个季节中最少。西南地区的降水量主要集中于夏季，因此单独对西南地区夏季降水进行主要分析。 3.2. 西南地区夏季降水的年际/年代际特征及空间特征分析 图5给出了该地区区域平均的夏季降水时间序列。其中细实线给出了1961~2014年区域平均的西南地区降水距平变化，由此可见，西南地区夏季降水存在明显的年代际变化。如图5所示，西南地区降水距平在0 mm以上的为正异常，降水距平在0 mm以下的为负异常，因此，在1961年~1962年、1964年~1971年、1973年~1974年、1979年~1985年、1990年~1991年、1993年~1996年、1998年~2000年、2001年~2002年、2007年~2009年期间，西南地区主要以正异常为主；而在1962年~1963年、1971年1973年、1974年~1979年、1987年~1990年、1992年~1993年、1996年~1998年、2003年~2007年、2009年~2013年期间，西南地区主要以负异常为主。 从图5中可以看出，不光是降水均值存在年代际的变化，西南地区的降水趋势同样存在明显的年代际变化。根据李永华 [ 9 ] 等的研究，西南地区东部的夏季降水的年际变化存在2-3年的显著周期，年际变化存在15年左右的显著周期，图5中粗虚线为带通滤波时间序列(图中序列及趋势估算基于站点数据所得)， 图4. 西南地区冬季气候态降水量的空间分布图(单位：mm) 可以看出，西南地区夏季降水存在一个15年的周期振荡，大致的时间周期区间为1966年~1981年(波谷)、1981年~1996年(波峰)、1996年~2011年(波谷)。由图中可见，该区域夏季降水在1998年开始出现明显的年代际转折。其中粗虚线显示了周期为15年的低通滤波时间序列，西南地区夏季降水的年代际低频信号在1998年处于一个降水异常的波峰。参考已有研究(Hua et al.， 2017)在有限的资料长度条件下研究低频变率时，我们可将图中所示的低频变化简化为两段年代际线性趋势的转折，而转折点位于波峰(1998年)。根据这个思路，西南地区夏季降水的低频变化可分为两个时段，即1972~1998期间(P1时段)，降水存在显著的增加趋势，上升趋势为20.5 mm/10年；1998~2011时段(P2时段)，降水呈现出明显的下降趋势，下降趋势为90.5 mm/10。 如图6给出的是西南地区夏季降水的EOF前三个模态及前三个模态对应的时间序列图，空间特征图主要反映某一地区降水分布的特征，时间系数代表了对应的特征向量空间分布模态的时间变化特征，系数符号决定模态的方向，正号表示与模态是同方向的，负号则表示与模态方向相同，且系数绝对值越大，表明这一时刻这一模态越典型。从图中可以看出，EOF第一模态特征向量的方差贡献率是30.2%，EOF第二模态特征向量的方差贡献率是21.7%，EOF第三模态特征向量的方差贡献率是9.9%，第一、第二和第三模态的累计方差贡献率达到61.8%，前三个特征向量具有相对较大的方差贡献率，所以主要对前三个特征向量对应的空间模态及其对应的时间系数进行分析。 图6中，(a)，(b)分别代表的是西南地区夏季降水EOF的第一模态的空间特征图和时间序列图，从图6(a)可知，模态1特征向量的方差贡献率是30.2%，高于其他模态的贡献率，是西南地区夏季降水场的主要空间分布形式。西南地区夏季降水第一模态主要表现为东北西南变化型，具体表现为从四川中部偏北到重庆是分界区，分界区以北为负值区，向南为正值区，正值中心出现在云南的东部与贵州、四川交界的区域，负值中心出现在四川的东北侧，即要么四川地区北部(32˚N~35˚N)降水量增多，云南、贵州等地(22˚N~29˚N)降水量减少，要么四川地区北部(32˚N~35˚N)降水量减少，云南、贵州等地(22˚N~29˚N)降水量增多。特征向量值从东北向西南依次增多，反映西南地区夏季降水量变化也是由东北向西南递增。结合EOF第一模态的时间序列图6(b)可知，西南地区夏季降水年际振荡主要以2~4年为主，1994年~2000年出现6年的年际振荡周期。 图6中，(c)，(d)分别代表的是西南地区夏季降水EOF的第二模态的空间特征图和时间序列图，从图6(c)可知，模态2特征向量的方差贡献率是21.7%，也是西南地区夏季降水场的主要空间分布形式。西南地区夏季降水第二模态主要表现为南北对称型，分界区大致为四川省南部与云南交界的地区到贵州北部一带，分界区以北为负值区，向南为正值区，正值中心出现在西南地区的东南角地区，负值中心出现在四川省的北部以及东部地区，即要么西南地区的东南角地区降水量增多，四川省的北部以及东部地区降水量减少，要么西南地区的东南角地区降水量减少，四川省的北部以及东部地区降水量增多。特征向量值从北向南依次增多，反映西南地区夏季降水量变化也是由北向南递增。结合EOF第二模态的时间序列图6(d)可知，西南地区夏季降水主要以2~4年的年际振荡周期为主，与第一模态的时间序列相比，年际振荡仍有以6年为周期的振荡，只不过出现的时间是在1968年~1974年。第二模态的年际波动发生了一定的变化，相对于第一模态的时间序列，1990年之后，时间序列的偏大偏小值的转化频率有一定的增强。 图6中，(e)，(f)分别代表的是西南地区夏季降水EOF的第三模态的空间特征图和时间序列图，从图6(e)可知，模态3特征向量的方差贡献率是9.9%，低于前两个模态的贡献率，但是在一定程度上也可以代表西南地区夏季降水场的空间分布形式。西南地区夏季降水第三模态主要表现为非对称三极型，具体表现为在云南省的西北部以及四川盆地地区各出现一个负值中心，在重庆、贵州以及湖北三地交界的地区出现正值中心，云南省西北部的降水变化与四川盆地一带相同，同时两地又与重庆、贵州以及湖北三地交界的地区降水变化相反。即要么云南省西北部与四川盆地一带降水量减少，重庆、贵州以及湖北三地交界的地区降水量增加，要么重庆、贵州以及湖北三地交界的地区降水量减少，云南省西北部与四川盆地一带降水量增多。特征向量值以负值中心向四周增加，以正值中心向四周减少。结合EOF第三模态的时间序列图6(f)可知，西南地区夏季降水年际振荡主要以2~4年为主，2000年之后出现年际振荡以8年为周期，相较于前两个模态的时间序列图，第三模态在1997年之前的年际波动发生了一定的变化，时间序列的偏小值的转化频率增强。 图5. 西南地区夏季降水的距平变化(细实线)、带通滤波时间序列(粗虚线)以及子时间段(粗直线：1972~1998，P1和1998~2011，P2)的线性趋势线(单位：mm/夏雨季) 图6. 西南地区夏季降水EOF前3个模态((a)， (c)， (e)分别为第1，2，3模态)及前三个模态对应的时间序列图((b)， (d)， (f))