Page 170 - 《高原气象》2023年第1期
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高     原      气     象                                 42 卷
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                                                                变化特征）， 可以发现榆林站 K 干旱指数年代际变
                                                                化特征明显， 同样 1985 年前后呈现两个区别较明
                                                                显的平均态； 图 4（c）与（d）为基于 MTT 的 K 干旱
                                                                指数序列的干湿转换检测， 从图 4（c）和（d）中可以
                                                                看出榆林站存在多次干湿转换事件（均通过了信度
                                                                为 0. 05 的统计检验）， 本文选取 1985 年这次特征
                                                                最明显的干湿转换事件进行研究， 以 1985 年记为
                                                                干旱分区一区榆林站的干湿转换时间。类比分析
                                                                干旱分区 2~13（图略）， 得到不同干旱分区代表站
                                                                干湿转换时间（表1）。
                     图2 滑动计算方差、 自相关系数示意图
             （a）滑动计算方差， 其中L1， L2， L3， …Ln…代表长度相同的各个窗口           3. 2. 2 我国不同干旱分区干湿转换早期预警信号-
             （ML）， S1， S2， S3， …Sn…代表对应窗口长度数据的均方差， L为序列                方差信号
               总长度， MT为滑动步长； （b） 滑动计算自相关系数， L1（L12）， L2             根据检测到各区域干湿转换的时间， 本节将利
             （L22）， L3（L32）， …Ln（Ln2）…代表长度相同的各个窗口（ML）， α1代
                                                                用表征临界慢化现象的方差系数研究干湿转换的
              表L1和L12的自相关系数， α2代表L2和L22的自相关系数， …αn代
                                                                早期预警信号。
                表Ln和Ln2的自相关系数， LT表示滞后时间， L、 MT意义同（a）
                                                                    图 5所示为不同干旱分区代表站 K 干旱指数干
              Fig. 2 We calculated the variance and autocorrelation coeffi‐
              cient by sliding the window.（a） We calculated variance by slid‐  湿转换的方差信号的检测结果， 其中 ML 为 120 个
               ing the window， L1， L2， L3， …， Ln … denote windows of   月（10 年）、 MT 为 3 个月， 选定 ML 和 MT 后滑动计
              the same length， S1， S2， S3， …Sn … represent the variances   算 序 列 方 差 具 体 操 作 参 阅 参 考 文 献（Wu  et  al，
               of the corresponding windows， L is the total length of the se‐  2015）。从干旱分区 1 区河套华北地区代表站榆林
              quence， and MT is the sliding step； （b） we calculated the auto‐  站 K 干旱指数 1985 年干湿转换的方差信号检测结
               correlation coefficient by sliding the window， L1（L12）， L2  果［图 5（a）］可以发现， 在 1978 年左右（箭头标识
              （L22）， L3（L32）， …， Ln（Ln2） … represent windows of the   处）方差逐渐增大。根据临界慢化理论， 系统趋近
              same length， a1 denotes the autocorrelation coefficients of L1
                                                                临界点时的方差增大、 自相关增大的现象可以作为
              and the L12， a2 denotes the autocorrelation coefficient of the
                                                                系统将发生干湿转换的早期预警信号， 即 1978 年
               L2， while L22， … the an refer to the autocorrelation coeffi‐
                                                                逐渐增大的方差指示了未来（1985 年）出现的干湿
                cients of the Ln and Ln2， LT represents the lag time， and
                                                                转换。由此可知， K 干旱指数此次干湿转换早期预
                 L and MT have the same meaning as those in Fig. 2（a）
                                                                警信号出现的时间与其干湿转换发生的时间相差
             修改为 12 区、 16 区修改为 13 区， 从而得到了本文                    约 7 年。同样分析其他 12 个分区［图 5（a）~（m）］，
             的 13 个干旱异常区（图 3， 本文仅开展对中国大陆                        将各分区干湿转换时间及方差信号时间进行汇总
             地区的干旱分析， 未对海南省、 台湾省及诸多岛屿                          ［图 5（n）］。分析图 5（n）可以发现， 我国干旱分区 2
             进行分析）。为探究 13 个干旱异常区干湿转换特                           区、 3区、 6区及 7区（主要包含我国江南、 西南及新
             征， 本文从各个分区中挑选出一个代表站（选取荷                            疆北部地区）干湿转换发生前 1 年出现了转换的早
             载大于 0. 6， 且 1961 -2020 年没有数据缺测的站                   期预警信号； 而我国的东北、 华北、 华东及西藏地
             点， 图 1中红色圆点表示）， 通过代表站的 K 干旱指                       区的干湿转换早期预警信号时间较早， 提前 7 年左
             数研究干旱异常区的干湿转换特征。                                   右出现了干湿转换的早期预警信号。值得注意的
             3. 2 我国不同干旱分区干湿转换早期预警信号                            是有的干旱分区［例如干旱二区图 5（b）］干湿转换
                   研究                                           之前出现了数次方差阶段性增加（分别在 1997年和
             3. 2. 1 我国不同干旱分区干湿转换检测                             2003 年前后）， 这实际上是因为不同窗口、 滑动步
                  图 4 是干旱分区 1 区代表站榆林站的 K 干旱指                    长对检测结果稳定性存在一定的影响。吴浩等
             数变化特征及其干湿转换检测。图4（a）为原始的K                          （2012， 2013）研究表明， 在数据量一定的情况下，
             干旱指数变化曲线， 可以发现榆林站 K 干旱指数具                          窗口越大、 滑动步长越长结果越稳定， 即更大的窗
             有明显的年际和年代际变化， 在 1985 年前后呈现                         口、 更长的滑动步长检测到的信号越可靠， 通过改
             两个区别较明显的平均态； 图 4（b）是低通滤波后的                         变不同的窗口和滑动步长发现， 2003年的方差信号
             K 干旱指数变化曲线（保留了 K 干旱指数的年代际                          始终存在， 因此认为干旱分区二区 K干旱指数 2004
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