ISSN 1004-4965

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湖北强降水频次时空特征及基于GWR模型的地形关系分析

谌伟 刘佩廷 徐枝芳 徐迎春 杨海鹏

谌伟, 刘佩廷, 徐枝芳, 徐迎春, 杨海鹏. 湖北强降水频次时空特征及基于GWR模型的地形关系分析[J]. 热带气象学报, 2022, 38(2): 216-226. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.020
引用本文: 谌伟, 刘佩廷, 徐枝芳, 徐迎春, 杨海鹏. 湖北强降水频次时空特征及基于GWR模型的地形关系分析[J]. 热带气象学报, 2022, 38(2): 216-226. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.020
CHEN Wei, LIU Peiting, XU Zhifang, XU Yingchun, YANG Haipeng. SPATIO-TEMPORAL CHARACTERISTICS OF FREQUENCY OF HEAVY RAINFALL EVENTS IN HUBEI PROVINCE AND ANALYSIS OF TOPOGRAPHIC RELATIONSHIP BASED ON GWR[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2022, 38(2): 216-226. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.020
Citation: CHEN Wei, LIU Peiting, XU Zhifang, XU Yingchun, YANG Haipeng. SPATIO-TEMPORAL CHARACTERISTICS OF FREQUENCY OF HEAVY RAINFALL EVENTS IN HUBEI PROVINCE AND ANALYSIS OF TOPOGRAPHIC RELATIONSHIP BASED ON GWR[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2022, 38(2): 216-226. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.020

湖北强降水频次时空特征及基于GWR模型的地形关系分析

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.020
基金项目: 

国家自然科学基金项目 41275105

湖北省气象局科技发展基金项目 2022Y16

详细信息
    通讯作者:

    刘佩廷,男,重庆市人,工程师,主要从事天气预报技术与数值模式研究。E-mail:liupeiting_wy@163.com

  • 中图分类号: P426.62

SPATIO-TEMPORAL CHARACTERISTICS OF FREQUENCY OF HEAVY RAINFALL EVENTS IN HUBEI PROVINCE AND ANALYSIS OF TOPOGRAPHIC RELATIONSHIP BASED ON GWR

  • 摘要: 利用1983—2017年湖北省汛期74个国家气象站逐小时降水数据,按长、短历时强降水事件分类研究强降水频次的时空特征,并运用普通最小二乘法(OLS)、地理加权回归(GWR)方法定量探讨强降水频次与地形因子之间的关系。(1) 湖北汛期长、短历时强降水年频次周期变化明显,年代际变化(≥10 a)存在1个主振荡模态,年代际以下尺度(<10 a)存在2个主振荡模态。(2) 长历时强降水旬频次在梅雨期达到顶峰,盛夏期减少,而短历时则在梅雨结束后的7月中旬出现跃升;长、短历时强降水频次日变化曲线都为单峰结构。(3) 湖北长、短历时强降水高频次站点多出现在地面存在准常定中尺度辐合线或涡旋的特定地形条件下。(4) 地理加权回归较传统普通最小二乘法显著提高了强降水频次与海拔高度、坡度的拟合效果。结合拟合系数显著性检验分析,地理加权回归不适用于样本偏少、站点稀疏的鄂西山地,更适用于多中小尺度地形的湖北中东部。(5) 地理加权回归模型中,海拔高度与长历时强降水频次在大别山东麓西侧正相关最大,在大别山西麓南侧负相关最大,坡度则正相反;海拔高度、坡度对短历时强降水频次的最大影响在大别山东麓西侧以及沿长江干流的低洼城市带武汉-黄石地区,武汉站分别为-0.20次/米、6.43次/度,这里地形坡度影响远超海拔高度。

     

  • 图  1  湖北省气象观测站及其地形空间分布

    单位:m。

    图  2  湖北汛期长、短历时强降水年频次逐年变化图

    图  3  湖北汛期长(a)、短(b)历时强降水年频次小波变换实部图

    实线和虚线分别为正、负值。

    图  4  湖北汛期长、短历时强降水35年总的旬频次(a)和日变化(b)

    图  5  湖北站点长(a)、短(b)历时强降水频次的空间分布

    圆点表示强降水累计频次,圆圈蓝色表示高频区域。

    图  6  长(a)、短(b)历时强降水频次与海拔高度(1)、坡度(2)的散点图

    横轴为对数坐标,实线为线性拟合线。

    图  7  长历时强降水频次与海拔高度(a)(蓝色箭头为冷空气侵入路线,红色箭头为西南暖湿气流进入路线,红色、蓝色圆圈分别代表正、负值中心区)、坡度(b)(红色、蓝色圆圈分别代表正、负值中心区)和短历时强降水频次与海拔高度(c)(红色箭头为山地发生的局地对流通常向平原地区发展的路线,蓝色椭圆圈代表通过显著检验区)、坡度(d)(红色椭圆圈代表通过显著检验区)的回归系数空间分布以及武汉-黄石地区海拔高度(e)与坡度(f)的地形空间分布

    *和**分别表示回归系数通过0.05、0.01的显著性检验,其中红色虚线框为武汉-黄石地区。

    表  1  短历时强降水频次OLS结果汇总

    变量 系数 标准差 T统计量 概率 Robust-SE Robust_T Robust_Pr VIF
    截距 61.403 2.443 25.134 0.000* 2.129 28.842 0.000* -
    海拔高度 -0.038 0.011 -3.301 0.002 0.013 -2.941 0.004* 4.711
    坡度 0.986 0.497 1.986 0.051 0.555 1.777 0.080 4.711
    注:号表示通过0.01的显著性检验。下同。
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    表  2  长历时强降水频次OLS结果汇总

    变量 系数 标准差 T统计量 概率 Robust-SE Robust_T Robust_Pr VIF
    截距 87.341 4.710 18.545 0.000* 4.416 19.779 0.000* -
    海拔高度 -0.011 0.022 -0.493 0.624 0.015 -0.763 0.448 4.711
    坡度 -1.152 0.957 -1.203 0.233 0.737 -1.152 0.123 4.711
    下载: 导出CSV

    表  3  OLS、GWR模型估算结果评价指标

    拟合系数 短历时频次(OLS) 长历时频次(OLS) 短历时频次(GWR) 长历时频次(GWR)
    R2 0.18 0.15 0.64 0.77
    R2 Adjusted 0.15 0.13 0.54 0.71
    修正的AICc 614.51 711.66 575.03 637.21
    残差平方和 15 590.48 57 943.21 6 834.25 15 833.85
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-12-26
  • 修回日期:  2021-11-18
  • 网络出版日期:  2022-06-11
  • 刊出日期:  2022-04-20

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