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全球变化对降水的影响——以山东地区为例 翟天勇* （华东师范大学资源与环境科学学院地理系，上海 200062） 摘 要：由于人类活动的影响，全球变化已成为当今研究的热点。本文在全球变化的形势下着重分析山东省在1961—1991年降水的时空分布情况。采用EOF正交经验分解把降水数据分解成空间特征向量和时间系数。由主要几个模态可以将山东降水分为4个区：东北地区，西北地区，东南地区，西南地区。全省降水最多的地区一般位于泰安市附近在。采用最大熵谱分析了第一主成分，得出山东省降水存在10年和2-3年左右潜在的降水周期，并且1975年前后降水量差别很大，可能不仅与气候、地形等因素有关还与大气变暖有潜在的关系。 关键词：全球变化；EOF；最大熵谱分析 0引言 近30年全球变化来成为国内外关注和研究的热点问题。由于人类活动对地理环境的影响，产生了诸多环境问题，例如全球气候异常、火山频繁、土地沙漠化，全球变暖，冰川融化，洪涝干旱，生物多样性破坏等。这些问题极大的影响了人类的生存和发展，如何应对这些以及人类应怎样实现可持续发展等成为目前亟待解决的问题。全球变化是以地球系统各组成部分大气圈-陆地圈-水圈-生物圈之间的相互作用和物理过程、生物过程和化学过程相互作用，以及人类与地球环境的相互作用的主要研究对象[1]。 目前研究全球变化的手段是多样性的。由于全球变化研究涵盖了大气、海洋、地理、地质、地球物理、生物多样性、生态多样性、能源、人口、经济、社会等众多学科，因而对于不同的学科或者研究方向有不同的研究方法和侧重点。随着科学技术的发展遥感技术的应用成了研究全球变化的重要手段。建立和发展空间遥感和地面观测站组成的完整的全球检测系统是开展全球变化研究的基础[2]。其中MODIS是EOS对地观测系统发射的中分辨率成像多谱仪，它的任务集中在以下主要科学目标的实现，包括大气化学、大气物理和大气循环、全球水循环及水文、海洋地理及极地研究、土地覆盖、土地利用、陆地生态系统、动态地球过程、地质及自然灾害等。 水分匮乏是干旱区的最大自然特征,也是荒漠化形成与扩展的基本条件。因此,降水状况对于维持和稳定干旱区生态系统发挥着决定性的作用[3]。所以区域的干旱化成为全球变化区域研究的重要内容之一，它的形成既有大尺度的气候背景也受区域尺度地气相互作用的影响，是自然变化和区域人类活动影响共同作用的结果[1]。除此之外还涉及生态、水文等各种物理、化学和生物相互作用过程。由于温室效应使得气候异常，地区旱涝不均。全球变化对干旱区资源环境的分布格局与时空变化造成了一定程度的影响[4]。本文在全球变化的环境下对山东地区90年代的年降水进行分析，研究山东地区降水的空间分布特征和时间周期变化。 1研究数据和算法 本文采用山东省24个气象台站从1961年—1991年31年的年降水量(单位0.1mm)的数据。数据来源于气象网站[5]，对于原始数据进行整理后变成24*31的降水量数据矩阵，为了减少数据突变带来的误差，一般把原始降水量数据处理成标准矩阵或者距平矩阵。我们简单的把数据处理成距平矩阵即把某个站点的降水量数据减去历年来该站点降水量的平均值。然后对距平矩阵进行经验正交分解，得到空间特征函数和时间系数矩阵。 _____________________________________ *作者简介：翟天勇，男，1986—，在读硕士（学号51110801066）。地图学与地理信息系统专业，从事大气遥感研究。E-mail：zhaitianyong@126.com 经验正交函数分析方法（Empricial Orthogonal Function）通常缩写为EOF，有时也叫做主成分分析（Principal Component Analysis 即PCA）是一种分析矩阵数据中的结果特征，提取主要数据特征的分析方法。气象学中常使用它在气象要素场的分解，以时间序列为研究分析对象，研究气象要素的时空变化特征。通常会把气场要素分解成空间函数和时间特征函数。空间函数反应了气场要素在空间位置上的分布特征，时间特征函数反应了气场要素在时间上变化特征或者规律。实际上在气象上，为了消除气候上的多年变化，常常用距平场进行分析，即算出距平形式的主成分。有很多相关的研究高留喜等对山东地区春季的降水量进行经验正交分解，得出山东春季降水分布类型：总体一致型、东南-西北差异型和西南-东北差异性[6] 。孙崇智等对广西省10个酸雨监测点的近7年的酸雨资料，采用EOF分析该省酸雨的空间分布特征和时间变化趋势[7] 。在经济地理方面，蒋国富等对河南省近10年的各县逐年人均GDP数据进行了自然正交分解，结果表明EOF方法不仅可以研究整个区域经济的整体特征，还可以反映出某个区域经济所占的比重和随时间变化的特征[8]。具体算法步骤如下： 选择要