引言

辽宁省地处欧亚大陆东岸，属于温带大陆性季风气候，全省地势由北向南逐渐降低，东西两侧较高，中部和沿海地区地势较低。由于受季风气候和较为复杂地形的影响，辽宁大部分地区的降水时空分布不均匀，比较容易形成旱涝灾害，因此也产生了一系列突出的水资源问题。东北区域降水方面的研究有很多^[1-3]，但关于降水集中程度和集中日期的研究还很少, 降水集中程度的研究更能定量化地反映降水时空分布特征，为汛期天气预报提供更准确的气候背景信息。

1 资料和方法 1.1 研究区域和资料

所用资料是辽宁省1960—2005年25个基准站和基本站的逐候降水数据，站点分布相对均匀，将近占辽宁省所有气象观测台站总数的一半。

1.2 降水集中度和集中期的定义

对一个区域的降水量年内分配表示方法，大致采用各候或各季降水量占年降水量的百分比，用等值线的方式进行标示。这种表示方法，不能用比较简明的数据来统一反映降水量在年内各时段的集中程度以及出现的时段。为此，利用向量分析的原理定义单站降水量时间分配特征的参数。一个候的降水量数值看作向量的长度，而对应的候则当作向量的方向，由此定义降水集中度(C_PD)和集中期(C_PP)^[4]。

(1)

(2)

其中，

(3)

R_i(i=1, 2, 3，…，N)为某测站第i年研究时段内总降水量；N为研究年代序列的长度；r_{i, j}(i=1, 2, 3，…，N; j=1, 2, 3，…，N)为研究时段内第i年第j候降水量；N为研究年代序列的长度，n为研究时段的总候数。θ_j表示第j个候对应的方位角(整个研究时段的方位角为360°)^[4]，做法为一年作为一个圆周，每候平均分配，一候相当于5°。

显然式(1)能够反映降水总量在研究时段内各个候的集中程度，取值在0.0~1.0之间，C_PD值越接近1.0，表明降水量越集中在某一个候内；相反C_PD值接近0，表明各候的降水量比较平均。式(2)计算了合成向量的方位角，标示了向量合成后重心指示的角度，反映了一年中的最大候降水量出现的时段。所以应用降水集中度和集中期研究降水的时空分布特征，可以用简明的数据表明研究时段内各个候的降水集中程度，标示降水量合成后重心指示的时段。

1.3 年降水集中度的EOF分析

对降水集中度进行趋势分析和EOF分析，研究了降水集中度时空分布的变化。

2 辽宁省降水的时空分布特征

辽宁省降水年内分配很不均匀，气象统计上通常把6—8月定为夏季，而辽宁省雨热同季，所以习惯上把6—8月作为汛期。经过统计，70%以上的站年6—8月降水占年总量60%以上，93%的站6—8月的降水量超过年降水量的50%。

辽宁省年降水量一般在500~1000mm，由东南向西北逐渐减少。全年降水量主要集中在汛期，6—8月降水量约占全年总降水量的60%~75%。汛期受暖湿的东南季风影响，常常出现大片雨区且雨量集中。汛期降水量一般可达400~600mm，但东西差异较大。

3 降水集中度和集中期的时空分布特征 3.1 降水集中度和集中期的年际变化分析

图 1给出了1960—2005年辽宁省降水集中度和集中期的年际变化曲线。由图 1a可见，全省平均降水集中度历年平均为0.655，但降水集中度年际变化较大，极小值为0.509(2000年)，极大值为0.749(1960年)，均方差为0.055。汛期降水集中度平均为0.332，极小值为0.167(1980年)，极大值为0.524(1963年)，年际变化较大，均方差为0.089，大于年集中度均方差。其中有36年的集中度在0.4以下, 占78%，说明汛期的降水变化相对均匀。

采用线性倾向率方法对年降水集中度和汛期降水集中度进行趋势分析，结果显示全省平均年降水集中度和汛期降水集中度均呈减小趋势，年降水集中度以0.009/10年的速度减小，汛期降水集中度以0.014/10年的速度减小，汛期降水集中度减小的趋势明显。

由图 1b可见，全省平均降水集中期历年平均值为40.953候，通常集中在7月下旬，极小值为37.697候(2005年)，极大值为45.221候(1972年)，年际变化不大，均方差为1.372候。汛期降水集中期平均为40.563候，极小值为38.125候(1997年)，极大值为42.368候(1964年)，年际变化比较小，均方差为1.031候。

3.2 降水集中度和集中期的空间分布分析

图 2给出了辽宁1960—2005年C_PD的平均值和均方差的空间分布。全省台站平均的降水集中度为0.655，历年平均降水集中度的最大值为0.725，出现在朝阳市，最小值为0.603，位于本溪市。全省集中度的空间带状分布明显，辽西为高值中心, 辽东为低值中心；以辽河流域为界线, 辽河流域以西地区大于0.70, 辽河流域以东地区小于0.66, 这与年降水量的全省分布形势正好相反。降水量多的区域降水时间分布相对均匀，而降水少的区域降水反而比较集中，更加剧了辽西少雨地区的干旱形势。

历年汛期平均降水集中度(图略)最大值位于丹东的宽甸，最小值在抚顺的清原，分别为0.376和0.261；强度显然比年降水集中度要小得多。低值中心分别位于东北部的抚顺地区和大连地区；而高值中心位于东部的丹东地区和辽河中下游地区。

全省降水集中期在空间分布上同样具有良好的地带性规律，等值线基本为东北—西南走向。降水集中期平均为40.953候，均方差平均为2.0候，辽东、辽北及朝阳、锦州地区在1.8候以下，其余地区多在1.9候以上, 台站间差异不大。

汛期历年平均的降水集中期为39.544~41.345候，平均为40.563候。汛期降水集中期的均方差最小值为庄河的2.123候，最大值为熊岳的2.713候，变化范围比年值小。

3.3 降水集中度空间分型

将辽宁省降水集中度的资料标准化后进行EOF展开分析，表 1给出了前8个特征向量的方差贡献率和累积贡献率。前3个特征向量的方差贡献率达70%，基本上代表了辽宁省降水集中度的整体空间分布类型，其余特征向量方差贡献均较小，不再进行分析。

图 3为第一、二特征向量空间及其对应的时间序列分布图。第一特征向量所代表的空间分布类型显示全省变化一致，即降水量在年内分配上要么是全省普遍集中，要么是普遍相对均匀；可见全省虽然地形差异很大，但受大尺度天气、气候系统影响是一致的。本空间型解释方差将近50%。第一典型场等值线基本呈东北—西南走向，中部平原高，东部和西部山区低，具有明显的高值中心，高值中心位于沈阳市。第一特征向量对应的时间系数存在明显的年代际变化特征，1994年为最大值，达到1.714；最小值出现在2000年，为-2.7291。1960年代到1970年代中期为正值区；1980年代到1990年代正负值基本相间出现；1999年以后时间系数处于明显的负值区。第二特征向量所代表的空间布类型的等值线也基本呈东北—西南走向，东南与西北呈反相，说明南北集中程度相反，东南集中西北均匀或者东南均匀西北集中, 0值线大致位于新宾县—本溪县—海城市—大石桥市一线，这与辽宁省降水量分布相一致。第二特征向量反映了季风环流对降水集中程度的影响。第二特征向量所对应的时间系数年际变化也较为明显：1960年代正负值基本相间出现；1970年代和1980年代基本表现为正值；1999年以后多为负值。第三特征向量(图略)所代表的空间分布类型的等值线分布为东部山区为低值中心，西部和沿海地区为高值区，说明东部山区与西部和沿海地区集中程度相反，0值线大致位于辽河流域一线。第三特征向量反映了地形和地理位置对降水集中程度的影响。第三特征向量所对应的时间系数年际变化仍然较为明显：1960年代基本表现为正值，1970年代以后正负值基本相间出现。

4 降水集中度和集中期的合成分析

采用合成分析法，分别对辽宁省1960—2005年年降水量最多和最少的前5年进行合成。多水年依次为：1964、1985、1994、1995、1986；少水年依次为：1999、2000、1989、1965、2002。图 4为多水年和少水年平均C_PD的空间分布图：①多水年的降水集中度比少水年的要大。多水年的集中度平均为0.718，84%以上的台站降水集中度在0.7以上；而少水年的集中度平均为0.596，96%以上的台站降水集中度在0.7以下。多水年的降水集中期和少水年的降水集中期差别不大(图略)。多水年的集中期平均为41.01候，少水年的集中期平均为40.95候。②多水年的降水集中度空间分布类型较少水年复杂：除了辽河流域一带呈东北—西南走向带状分布外，基本为环状分布，辽西地区为高值中心；少水年的降水集中度在辽河流域及以西地区等值线密集，呈带状分布, 等值线为东北—西南走向，而辽河流域以东地区形成多个低值中心。多水年降水集中期呈鞍型分布，东北和西部地区为低值区，西北部和南部地区为高值区；而少水年则要相对简单，东部山区呈环状分布，辽河流域及以西地区呈带状分布。

5 结论

采用降水集中度和集中期能够定量描述降水量在时空分布上的非均一性，可以较理想地分析辽宁省降水的基本特征。

降水集中度历年平均值为0.655，但降水集中度年际变化较大，具有比较明显的波峰、波谷周期性变化。汛期降水集中度平均为0.332，降水变化相对均匀。降水集中期历年平均值为40.953候，且台站间差异不大。

年降水集中度和汛期降水集中度均呈减小趋势，汛期降水集中度减小的趋势明显。

降水集中度的第一特征向量表现为全省集中程度的同步性，即全省降水要么都比较集中，要么都比较均匀, 等值线呈现东北—西南走向, 该向量的方差贡献高达49.19%。第二特征向量表现为东南和西北反相，该向量的方差贡献为13.75%。第三特征向量表现为东部山区与西部和沿海地区集中程度相反，该向量的方差贡献为7.56%。

辽宁省多水年和少水年降水集中度和集中期的空间分布进行比较，多水年的集中度大于少水年，降水集中期差别不大。