提　要　通过对河南省 30 个站 1967～1996 年近 30 年的气象资料统计，得到全省干热风发生日数，并对其进行了 EOF 分析。结果发现全省干热风日数场主要呈“南少北多”空间分布型，另外还有其它几种空间分布型；随时间推移，全省干热风发生日数呈减少趋势；对时间系数进行功率谱分析，发现具有准 6 年和准 3 年周期；通过相关分析，发现第一、第二模态时间系数与全省小麦单产存在显著相关关系。

关键词　小麦；干热风；EOF分析；功率谱分析；相关分析

中图分类号　S429

文献标识码　A

文章编号　1000－3037(2001)01－0059－06

　　干热风是指小麦生育后期出现的一种高温、低湿并伴有一定风力的农业气象灾害。干热风在我国北方麦区经常发生，一般年份可造成小麦减产 1～2 成，偏重年份可减产 3 成以上，对小麦产量和品质影响较大。

　　干热风天气的特点是干热风发生前后气象要素有明显的突变；其次是干热风发生时气象要素昼夜变化不大，白天干热难忍，夜间继续维持干热，使受害小麦没有“喘息”的机会，因此给小麦带来严重危害。

　　由于干热风是一种比较普遍发生的农业气象灾害，国外，如前苏联，于 20 年代就开始研究其指标、成因、地理分布、防御措施等；国内于 70 年代末进行了全国范围的协作研究，取得了一些成果。

　　但是，随着生产的发展和生态环境的变化，特别是防护林建设规模的不断扩大和种植方式的改变等，对干热风的发生频率、危害程度等都有重大影响，因此研究近 30 年来干热风的变化规律，对探讨干热风防御措施等具有重要意义。

1 资料与方法

　　本文选用的资料为 1967～1996 年河南省近 30 年的气象和小麦产量资料，其中气象资料来源于河南省气象局，产量资料来源于河南省统计局，选用的站点有 30 个。为了充分揭示干热风对小麦生育后期（主要是灌浆至成熟期）的影响，每年选取 5 月 21 日至 6 月 5 日之间的气象资料进行分析。采用的干热风气象指标见表 1。

表 1 河南省小麦干热风发生的气象指标
Table 1 The meteorological index of wheat dry-hot-wind in Henan Province

指标	轻干热风日	重干热风日
14 时平均气温（℃）	≥30.0	≥32.0
14 时相对湿度 (%)	≤30	≤25
14 时风速 (m/s)	≥2.0	≥3.0

2 河南省平均干热风发生日数分布规律

　　从河南省近 30 年平均干热风发生日数分布图（略）可见，河南省年平均发生干热风日数为 0.5～3.9d，年平均干热风发生次数为 0.4～0.9 次，即发生几率为 10 年 4 遇至 10 年 9 遇。

　　河南省干热风总的发生规律是南少北多、南轻北重，其中郑州、洛阳、三门峡、焦作一带、安阳以东到濮阳一带及商丘东部一带发生日数在 3.0d 以上，是我省干热风多发区，出现几率为 10 年 8～9 遇；而卢氏、方城、驻马店到项城一线以南则为少发区，平均发生天数仅 0.5～2 .0d，出现几率为 10 年 4～5 遇。从重度干热风平均发生日数分布图（略）看，全省以郑州西部到巩义一带发生天数最多，年平均达 2.0d 以上，发生几率 10 年 6～7 遇；而卢氏、伊川、方城、确山到新蔡一线以南发生日数较少，年平均不足 1.0d，发生几率为 10 年 3～5 遇。

3 1967～1996 年河南省干热风发生日数的 EOF 分析

　　自然正交函数 (EOF) 分析得到的各个模态（或称为主分量、特征向量等）可以很好地解释原始序列的大部分方差，而且自然正交函数收敛快，一般仅取前几个模态分析即可。本文用 EOF 分析法对河南省 1967～1996 年干热风发生日数的时空分布特征进行了分析，除验证了文献 1、2 的一些结论外，还发现了一些新的变化规律。经分析，前 4 个模态的方差贡献已占总方差的 85.6%, 前两个模态的方差贡献已占总方差的 80% 以上（表 2），大体上反映了河南省干热风发生日数场的主要变化特征。

表 2 前 4 个模态的方差贡献
Table 2 The variance contribution on fore-four models

模态	1	2	3	4
方差贡献 (%)	72.2	8.5	2.6	2.3
累积方差 (%)	72.2	80.7	83.3	85.6

3.1 第一模态及时间系数规律分布

　　从河南省干热风发生日数第一模态分布图看（图 1），全省均为正值，整体上呈“南低北高”分布型，反映了全省干热风日数变化具有较好的一致性。其中，黄河以北大部、开封西南部和豫西为高值区，高值中心在安阳市内黄县一带，突出表现上述地方是干热风多发区、重发区，同时也是干热风发生日数变率较大的区域；低值区在豫南和商丘东部等地，这些地区是河南省干热风少发区和轻发区。由于第一模态方差贡献占总方差的 72.2%，故河南省大多数年份干热风发生情况呈第一模态的分布形式，典型年如 1967、1974、1982 年等，这些年份，河南省干热风发生日数表现为“南少北多”，发生程度为“南轻北重”，这是河南省干热风的基本分布型。

图 1 第一模态分布特征
Fig.1 The distribution characteristic map of the first model

　　从第一模态对应的时间系数变化曲线看（图 2），各年均为正值，大小在 10～19 之间波动。时间系数峰值年有 1970、1972、1974、1976、1979、1984、1989 年等，对应为干热风多发年；时间系数谷值年有 1971、1975、1980、1987、1993 年等，对应为干热风少发年。此外，该时间系数有一个明显的变化特征，就是随时间的推移呈下降趋势，其直线拟合方程为：

Y=309.808-0.148743*t

(r=-0.6303^***，N=30)

其中 ,Y 为时间系数拟合值，t 为年代，如 1967、1968...。

图 2 第一模态时间系数变化曲线
Fig.2 The time coefficients of the first model

　　由于该时间系数和第一模态的乘积基本上拟合了干热风发生日数，因此，上述规律反映了随时间的推移，河南省干热风发生日数呈减少趋势，实况也的确如此，这可能与长期气候变化和 80 年代以来大规模营造农田防护林有关。

3.2 第二模态及其时间系数规律分析

　　从第二模态分布图看（图 3），全省有正有负，其中，负值区在豫西北、豫北北部及许昌、开封到商丘一带，负值中心在豫西北的济源市一带；其余大部均为正值区，正值中心在新乡、郑州一带及漯河一带。表明全省各地干热风发生日数在总趋势一致的情况下，上述正负区之间的干热风发生日数呈反相关趋向。由于第二模态方差贡献占总方差的 8.5%，故全省干热风在前述主要分布型的基础上，部分年份还呈第二模态这种分布型，如 1988、1994 年等。

图 3 第二模态分布特征
Fig.3 The distribution characteristic map of the second model

　　从第二模态对应的时间系数变化曲线看（图 4），其变化有如下明显的特点：1982 年以前（除 1978 年外）均为负值，1983 年以后均为正值，变化幅度在－7～12 之间。当对应的时间系数为负时，负值区干热风发生日数比第一模态要增加，正值区则要减少；时间系数为正时情况正好与此相反。这样，负值区在 1982 年以前的实际干热风发生天数，比第一模态主要分布型场所拟合出的天数要多，即豫东平原、豫北北部和豫西北一带的干热风发生日数要多，这些地区 1983 年以后干热风日数则要少一些；正值区的情况与此恰好相反。另外，第二模态对应的时间系数呈波动上升趋势，表明 80 年代以后，豫中南、豫西等正值区部分年份干热风日数有所增加，而豫东、豫西北、豫北北部等负值区部分年份干热风日数则有所减少。

图 4 第二模态时间系数变化曲线
Fig.4 The time coefficients of the second model

3.3 第三模态及其时间系数分布规律

　　从第三模态分布图看（图 5），全省正、负值区连片分布，其中，负值区主要在沙河到南阳一线以南、豫西西部及郑州到许昌一带，而广大豫中、豫东、豫北平原大都均为正值区，正值中心在豫东北一带。第三模态方差贡献占总方差的 2.6%，故个别年份河南省小麦干热风发生情况呈第三模态这种分布形式，如 1970 年。这种分布型大体上类似于第一模态分布型，时间系数为正的年份，全省干热风呈“中、北部重，南部轻”的分布形势，时间系数为负的年份，则情况正好相反。

图 5 第三模态分布特征
Fig.5 The distribution characteristic map of the third model

　　从第三模态对应的时间系数变化曲线看（图 6），其变幅在－7～7 之间，其中 1980 年以前正负交互波动出现，80 年代几乎都是负值，1992 年以后又全部为正值。这样结合第三模态分布图看，80 年代全省干热风发生较重；从 1992 年以后，全省干热风发生呈减轻趋势。

图 6 第三模态时间系数变化曲线
Fig.6 The time coefficients of the third model

3.4 第四模态及其时间系数变化规律

　　第四模态方差贡献占总方差的 2.3%，全省呈“南、北部高，中部低”的分布形式（图 7），负值中心在豫西北黄河沿岸一带，正值中心在安阳至内黄一带。其时间系数波动较大（图 8），变化幅度在－8～4 之间，其中 70 年代几乎都是负值，80 年代正负变化较大，整体上是前负后正，90 年代以负为主。这种分布型全省出现较少，但也可以证明京广线以东全省主要产麦区干热风在 90 年代也是减轻趋势。

图 7 第四模态分布特征
Fig.7 The distribution characteristic map of the fourth model

图 8 第四模态时间系数变化曲线
Fig.8 The time coefficients of the fourth model

4 时间系数的功率谱分析

　　用功率谱分析法对各时间系数进行周期分析并经过红噪音检验，可以得到各模态时间系数的主要变化周期（表 3、图 9）。

表 3 各模态时间系数的主要变化周期
Table 3 The main variation penriods on time coefficient of every model

模态	1	2	3	4
主要周期（年）	22.0	5.5	13.8	27.5
	5.5		2.8	2.3
	2.6

图 9 第一、二、三、四模态 (A～D) 时间系数功率谱分析
Fig.9 The power spectrum analysis map of the first, second, third and fourth models (A-D)

　　可见，河南省干热风发生日数具有较明显的准 6 年和准 3 年周期；对第一模态对应的时间系数进行低通滤波后再进行功率谱分析，发现准 6 年周期也比较显著。

5 干热风发生日数与全省小麦产量的关系

　　为了揭示小麦干热风发生日数对小麦产量的影响，用各模态的时间系数与全省小麦单产进行了相关分析，结果见表 4。由于第一模态及时间系数均为正值，二者乘积越大，表明干热风日数越多，故其与产量呈显著负相关；而第二模态及时间系数变化趋势与河南省小麦单产演变趋势非常相近，二者之间存在极显著相关。

表 4 各模态时间系数与全省小麦单产的相关系数
Table 4 The correlation coefficients between hte time coefficients of every model and the wheat yield in Henan Province

模态	1	2	3	4
相关系数	-0.3995*	0.805***	0.2400	0.1335

6 小结

　　从上述分析可得出如下几点结论：

　　(1) 全省干热风发生日数主要呈“南少北多”的基本分布形式，少发区发生几率为 10 年 4 遇，多发区为 10 年 9 遇。

　　(2) 全省干热风发生日数在空间场上除上述基本分布型外，部分年份还出现其它几种主要的分布形式。由于前 4 个模态的累积方差贡献已达 85.6%，基本上反映了河南省干热风日数变化的主要时空特征。

　　(3) 通过功率谱分析，发现各模态对应的时间系数有较明显的准 6 年和准 3 年周期。

　　(4) 随着时间的推移，全省干热风发生日数基本上呈减少趋势。

　　(5) 干热风发生日数的第一、二模态时间系数与全省小麦单产有较明显的相关关系。

参考文献

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