Page 57 - 《高原气象》2025年第5期

5 期 张 雪等：基于EOF-EEMD结合的青藏高原未来气温非平稳时空变化特征分析 1175
1 引 言 正， 并在偏差订正结果的基础上对福建省未来极端
气温进行预估， 进一步提高预估结果的合理性。郭
气候变化已经成为人类生存和发展面临的重
悦等 （2024）使用 DT 方法（Daily Translation）对青藏
大挑战之一， IPCC 第六次评估报告指出 2011 -
高原CMIP6模式输出气温数据进行偏差校正， 结果
2020年全球地表温度较 1850-1900年升高了 1. 1 ℃
表明 DT 方法校正结果与实测值更为接近。此外对
（高启慧等， 2023）。青藏高原作为全球气候变化的
气温数据进行订正的方法还有一元线性回归、 递减
驱动机和放大器（潘保田和李吉均， 1996）， 近 50年 平 均 误 差 订 正 和 回 归 递 减 订 正 等（Wang et al，
来气温上升速率可达 0. 3~0. 4×（10a） ℃， 是全球
-1
2018； 宋超辉和孙安健， 1995； 王丹等， 2016）。虽
地表平均增温速率的两倍（陈德亮等， 2015； 段安 然目前对气温数据偏差订正方法较多， 但基于
民等， 2016）。高原升温导致冰川面积减小、 极端 CMIP6 模式气温数据选用两种偏差订正方法在青
天气事件频发， 以及部分高原生物物种减少等现 藏高原进行适用性评估的研究仍较少。
象， 都可能对人类未来的生存和发展产生重要影 总结前人工作， 发现许多学者利用CMIP6模式
响。因此， 合理预估青藏高原未来气温变化可为自 对青藏高原未来气温研究时主要采用统计分析法
然灾害的预测与应对提供重要科学信息。 （孟雅丽等， 2022； 魏莹， 2022； 杨小玲， 2022）， 但
在气象水文领域中， 经验正交函数（Empirical 在气候模式数据偏差订正基础上， 利用 EOF 和
Orthogonal Function， EOF）被广泛应用， 夏志明等 EEMD 结合对整体或区域气象变量场的时空分布
（2023）应用 EOF 对赣江流域 1959 -2020 年的 34 个 格局和演变规律的研究还比较少见。本文以青藏
气象站点年降水量进行时空分解， 明确揭示了流域 高原为研究区域， 首先选择 CMIP6 中 6 个不同国家
上、 中、 下游地区不同等级降雨的年际、 年内和空 开发的气候模式， 多角度评估气候模式对青藏高原
间变化规律； 周凯和王义民 （2020）运用 EOF 探究 历史气温的模拟能力， 然后使用不同的偏差订正方
渭河流域气象干旱的时空分布特征及演变规律， 发 法对与观测数据吻合较好的模式进行偏差订正， 并
现渭河流域有两种空间分布模态、 四种干旱表现形 利用优选的订正方法去订正未来三种情景气温数
式。以上研究多借助线性回归、 滑动 t 检验、 Sen’s 据， 最后将 EOF 和 EEMD 两者结合对三种情景下
斜率等方法分析气象因子时空特征及演变规律， 然 未来气温的时空变化进行精准分析， 可为青藏高原
而 EOF 分解的时间系数多为非线性、 非平稳序列 未来气温预测提供合理的理论依据。
（王怀军等， 2021）， 应用以上分析方法会存在伪回
归现象（田立法， 2014）。为避免出现这种现象， 可 2 研究区域概况和数据来源
采 用 集 合 经 验 模 态 分 解 法（Ensemble Empirical 2. 1 研究区域概况
Mode Decomposition， EEMD）， 罗那那等 （2017）借 青藏高原被誉为“世界屋脊”“亚洲水塔”， 整体
助EEMD对北疆1961 -2012年的逐日降水资料进行 大致位于 23°N -44°N、 66°E -106°E， 南起喜马拉
多尺度分析时， 发现EEMD 方法能有效地识别气候 雅山脉南缘， 北至昆仑山、 阿尔金山脉和祁连山北
要素时间序列非线性变化趋势， 并且有助于气候异 缘， 同时西部与帕米尔高原和喀喇昆仑山脉相接。
常诊断的研究； 杨金虎等 （2023）利用黄河上游五省 青藏高原包括中国西藏全部区域和青海、 新疆、 甘
51个气象台站逐日气温和降水资料， 运用EEMD分 肃、 四川、 云南的部分以及不丹、 尼泊尔、 印度、 巴
析发现黄河上游年平均温度主要以长期趋势变化为 基斯坦、 阿富汗伊斯兰共和国、 塔吉克斯坦、 吉尔
主 ， 年 降 水 主 要 以 年 际 变 化 为 主 ， 而 本 研 究 将 吉斯斯坦的部分或全部（龚成麒等， 2022）， 地形上
EEMD和 EOF结合使用， 以达到精准分析青藏高原 可以分为 6 个主要区域： 藏北高原、 藏南谷地、 柴
未来气温的时空演变规律的目的（刘晓琼等， 2020）。 达木盆地、 祁连山地、 青海高原和川藏高山峡谷
另外， 国际耦合模式比较计划（Coupled Model 区。青藏高原气候为典型的高原气候， 全年温度偏
Intercomparison Project phase， CMIP）目前已发展到 低， 气温随海拔的升高和纬度的增加而逐渐下降，
第六阶段（CMIP6）， 但由于 CMIP6不同模式的预估 并且呈现出自东南向西北递减趋势。文中涉及的
结果存在不确定性（周天军和陈晓龙， 2015）， 一般 地图是基于中华人民共和国自然资源部地图技术
不能直接用以气候预估， 需要对其进行偏差订正。 审查中心标准地图服务系统下载的审图号为 GS
陈笑晨等 （2022）使用分位数映射（Quantile-Map‐ （2019）1822的中国地图制作， 底图无修改。青藏高
ping， QM）方法对 CMIP6 中 6 个气候模式进行订 原地理信息与研究区概况见图1。