引言

旱涝是广西的主要气象灾害之一, 每年都有不同程度的发生。气象工作者对春季和夏季这两个季节的旱涝作了大量的研究工作，已得到许多研究成果^[1-4]。但对秋冬季节的旱涝研究却不多。近年来，极端气候事件呈频发的态势，广西秋冬连旱出现频繁且日趋严重，秋冬季暴雨过程近几年在桂北也时有发生。因此开展广西秋冬季节旱涝变化的研究，对提高防灾减灾能力，促进广西经济建设有着十分重要的意义。

确定旱涝指标是研究旱涝灾害的关键问题之一。目前全国采用的旱涝指数方法很多^[5-7], 市级台站大多用降水距平百分率来衡量旱涝程度，干旱指数和湿度指数等在一些文章中也出现过，还有用Z指数定义旱涝等级也出现在大量文献中。但无论是哪一种旱涝指标都有一定的局限性。在文中我们采用Z指数旱涝等级划分法，对广西秋季(9—11月)、冬季(12—2月)的降水量分别划分旱涝等级，采用EOF分析方法对全区80多个站点进行经验正交分解，分析了全区旱涝等级的时空变化特征。根据其第一特征向量对应的时间系数划分了典型旱涝年，对旱涝同期的环流形势进行了分析，并进行了统计显著性t检验。

1 资料和方法

所采用的资料为广西88个站1961—2006年9—11月和12—2月的降水量资料。

在确定旱涝指标时，对国内所采用的多种旱涝指标与广西秋冬季实际出现的旱涝灾害做了对比分析，得出降水距平百分率反映出的旱涝程度偏弱，湿度指标容易夸大旱涝程度，干旱指数在雨日明显偏多或偏少时反映不出旱涝实况，Z指数算出的结果比其它三种方法能更客观地反映单站旱涝程度，因此文中采用Z指数方法来定义广西秋冬季的旱涝。利用广西88个站点的l961—2006年逐月降水资料，计算秋季和冬季的旱涝等级。计算公式为：

$ {Z_i} = \frac{6}{{{C_s}}}{\left( {\frac{{{C_s}}}{2}{\varphi _i} + 1} \right)^{1/3}} - \frac{6}{{{C_s}}} + \frac{{{C_s}}}{6} $

其中，${C_s} = \frac{{{{\sum\limits_{i = 1}^n {\left( {{x_i} - \overline x } \right)} }^3}}}{{n{\sigma ^3}}}$为偏态系数，${\varphi _i} = \frac{{\left. {{x_i} - \overline x } \right)}}{\sigma }$为标准变量，$\sigma = \sqrt {\frac{1}{n}\sum\limits_{i = 1}^n {{{\left( {{x_i} - \overline x } \right)}^2}} }, \overline x = \frac{1}{n}\sum\limits_{i = 1}^n {{x_i}} $均可由降水量资料计算求得。根据Z变量的正态分布曲线，划分为7个等级，并根据广西实际旱涝发生的情况，规定了7个旱涝等级指标(表 1)。然后对旱涝等级进行了经验正交展开分解，分析广西秋冬季旱涝时空分布特征。

2 秋冬季旱涝空间分布特征及年际和年代际变化分析 2.1 秋季旱涝空间分布特征及年际和年代际变化分析

表 2是广西秋季降水Z指数等级EOF分析特征值表。从表可知，第一和第二特征向量的方差贡献分别为46.759%和12.023%，这是最为主要的特征向量。从特征值的误差范围λ_i和相邻的特征值之差λ_i-λ_i+1的分析来看，前4个特征向量通过了显著性检验。

前4个特征向量的累计方差贡献达到了70.106%，说明前4个特征向量基本上可以描述秋季降水等级的主要分布特征。

由秋季降水Z指数等级场第一至第四特征向量分布图(图 1)可得知：第一特征向量场(图 1a)是以桂北为中心的一大片面积正值区，它体现了全区性偏旱(涝)的分布型态。第二特征向量(图 1b)以贺州市为中心的负值区和以田阳、德保为中心的正值区为特征，分界线北起桂林的龙胜县，穿过柳州、柳江、上林、南宁到沿海的东兴市，这是一种西旱(涝)东涝(旱)的分布型态。第三特征向量(图 1c)是桂北为负、桂南为正的分布，负值中心在桂东北，正值中心在南宁、陆川等地，体现出北涝(旱)南旱(涝)的分布型态。第四特征向量(图 1d)分布除百色地区及钦州、玉林、梧州地区为正值区外，其余地区是以崇左、大新为中心的东北—西南向负值区。

秋季第一特征向量的时间系数(图 2)反映出1980年代末前以负值为主，表现为偏涝，而1980年代末后基本上为正值，表现为偏旱，从第一特征向量时间系数的趋势线可以看出1990年代以后呈明显的上升趋势，且振幅也较大，说明广西秋季近几年旱情明显。第二特征向量对应的时间系数反映了1980至1990年代以负位相为主，尤其是1980年代前期，基本上是负值，其它年代多为正、负位相相间。第三特征向量时间系数则以正值为主, 负值的分布在各年代比较均匀。第四特征向量时间系数表现为1960年代后期、1980年代中期及近几年以正值为主，其余年代主要为负值，年代际变化特征明显。

2.2 冬季旱涝空间分布特征及年际和年代际变化分析

对冬季旱涝等级进行经验正交展开得知，冬季的收敛速度比秋季快，第一特征向量的方差贡献达59.377%，前两个特征向量的累计方差贡献就达70.145%，超过了春季、夏季和秋季前四个特征向量的累计方差贡献。

从冬季旱涝特征向量分布图可得到(图略)，第一特征向量是以鹿寨县为中心的大面积正值区，它体现了全区性偏旱或偏涝的分布型态。第二特征向量0线起于天等，经平果—马山—柳江，止于桂林南部的恭城，将全区分为西北、东南向的两部分，正值中心位于百色地区的北部，负值中心位于沿海地区，这是一个西北旱(涝)、东南涝(旱)的分布型态。第三特征向量是东西向的分布型态。负值中心在百色地区，正值中心在桂林北部，这是一个东旱(涝)西涝(旱)的分布。第四特征向量的分布将全区划为三块，桂北和桂南为正值区，桂中为负值区，正值中心分别在桂林北部和崇左市，负值中心分别在百色的北部山区、贵港和贺州地区。

冬季第一特征向量的时间系数图(图 3)体现出在1961—1981年20年左右振幅较小，约在-5到+6之间，降水量波动不十分明显，表现出的旱涝程度也较轻，而在近26年的时间内振幅增大，约在-15到15之间波动，年际信号较强。第二特征向量时间系数的波动没有第一时间系数振幅大，变化特征也不明显，振幅在-6到+6之间。第三特征向量时间系数1970年代前期和后期位相正好相反，其余年代正负值相间。第四特征向量时间系数在1985年以前多为负值，特别是1970年代此特征最为明显，1985年以后多为正值。

3 秋冬季旱涝同期500hPa环流特征分析 3.1 广西秋冬季旱涝年的划分

施能、袁晓玉等^[8]在分析浙江省夏季旱涝年及前期异常特征时认为，降水场的第一经验正交函数表示了大尺度降水异常特征，它的第一时间权重系数是区别全省范围旱涝的主要依据，可以作为划分全省旱涝的一种方法。根据此方法, 文中将秋季和冬季的第一时间系数进行排序，分别选取时间系数序列排在最前面的6年和最后面的6年，最前面6年的正系数对应广西的旱年，最后面6年的负系数对应广西的涝年，选出的旱涝年如表 3。

3.2 秋季旱涝与同期500hPa高度场分析

为探讨500hPa高度场在旱涝年的气候差异，利用合成分析法对旱涝年份的同期环流特征进行合成比较分析。图 4是广西秋季全区涝旱年差值图(涝年平均高度场-旱年平均高度场)。差值图上，在欧洲、中高纬的欧亚、北美大陆、南海及大西洋的低纬地区为正值区，显著的负值区则位于东海、地中海以南、乌拉尔山东部地区、大西洋和东太平洋的中纬地区，这几个负值区都通过了0.05的显著性水平检验。分析表明，广西秋季涝年500hPa高度合成场上，乌拉尔山上空为深厚的低槽，贝加尔湖及东部上空为较强的高压脊，使欧亚中高纬度地区经向度加大，槽脊发展，有利于冷空气的南侵，而且南海高压偏强，副高较弱，对西风槽的南压和维持也是有利的，这些是广西秋季降水偏多的主要原因。

3.3 冬季旱涝与同期500hPa高度场分析

分析冬季涝旱年的高度距平差值图(图 5)可知，环流特征差异比较显著的差值正值区在欧洲大陆、贝加尔湖到西太平洋广大洋面上(中心在日本岛附近)，差值中心通过了0.01显著性水平的检验，另有通过0.05显著性水平检验的正值区位于印度和赤道太平洋上。显著负值中心在格陵兰岛周围、里海到红海一条南北向的区域(通过了0.05显著性水平的显著性检验)及中国的广大地区(青藏高原区域经过了显著性检验)。在冬季涝年的500hPa平均高度场上，乌拉尔山上空的低槽经向度大，从贝加尔湖到日本岛以东为宽广的脊区，亚州为北高南低的形势，高纬位势高度高，冷空气路径偏南，青藏高原上位势高度低，不断有小槽东移影响广西，造成广西多雨天气。

4 结论

(1) 用EOF分析广西秋冬季旱涝等级的空间分布特征，结果表明前4个特征向量通过了显著性检验，可见前4个特征向量基本能反映旱涝场的主要特征。

(2) 秋季时间系数在近几年基本上为正值，振幅较大，说明近几年广西秋季旱情明显；冬季在1961—1981年振幅较小，表现出的年际信号较弱，而近26年内振幅扩大，约在-15~15之间波动，年际信号较强。

(3) 广西秋季涝年的500hPa高度场上，乌拉尔山东面的槽明显比旱年深，南海高压偏强，副高较弱。

(4) 广西冬季涝年500hPa平均高度场为北高南低的形势，冷空气路径偏南，青藏高原上位势高度低，不断有小槽东移影响广西，造成广西多雨天气。