大氣可降水量計(jì)算方式探討范文

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《水文雜志》2014年第三期

1資料與方法

1.1資料介紹本文的數(shù)據(jù)來(lái)源分為三部分：其一是全球綜合探PMP估算中大氣可降水量計(jì)算方法的探討空資料中心（IntegratedGlobalRadiosondeArchive，IGRA）的資料，為逐日08時(shí)和20時(shí)的探空資料。其二是MICAPS（MeteorologicalInformationComprehensiveAnalysisandProcessSystem）資料中提取的地面露點(diǎn)資料。其三是香港天文臺(tái)提供的地面露點(diǎn)資料。結(jié)合三種資料的時(shí)間長(zhǎng)度，經(jīng)過(guò)質(zhì)量控制，選取我國(guó)東南沿海五?。ㄗ灾螀^(qū)）和香港共13個(gè)站1998～2010年的資料來(lái)進(jìn)行分析和計(jì)算，圖1為13個(gè)站的分布情況（分別標(biāo)記了站號(hào)和各站的站名首字母）。

1.2研究方法

1.2.1探空法利用探空資料計(jì)算整層大氣可降水量的大氣靜力學(xué)公式：

1.2.2經(jīng)驗(yàn)公式法2006年楊景梅等人[1]根據(jù)我國(guó)的地理特點(diǎn)和氣候特征建立了整層大氣可降水量同地面露點(diǎn)普遍關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式，統(tǒng)計(jì)歸納結(jié)果如下：

1.2.3假絕熱法飽和假絕熱過(guò)程是指空氣以干絕熱狀態(tài)上升至飽和高度，并在那里變?yōu)闈窠^熱狀態(tài)，水汽發(fā)生凝結(jié)后全部降落。將露點(diǎn)按假絕熱換算到1000hPa高度，利用《可能最大降水估算手冊(cè)》附表1.1和1.2中露點(diǎn)與可降水量的函數(shù)關(guān)系，可以直接查算出整個(gè)氣柱中的可降水量[5]。

2結(jié)果分析

本文基于東南沿海地區(qū)和香港共13個(gè)站每日兩次的探空資料，利用經(jīng)驗(yàn)公式法、假絕熱法和探空法逐次推算可降水量。由于假絕熱法的使用需要基于兩個(gè)假定，且適用于空氣中水汽含量非常高的情況，因此本文以探空法求得各月可降水量的最大值為時(shí)間點(diǎn)，找出對(duì)應(yīng)時(shí)間各月三種方法推算的最大可降水量，對(duì)三種方法的月最大值進(jìn)行多年平均并比較。

2.1經(jīng)驗(yàn)公式法與探空法結(jié)果比較結(jié)果表明：經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算的大氣可降水量均低于探空法計(jì)算的大氣可降水量。圖2是13個(gè)站利用這兩種計(jì)算方法大氣可降水量的散點(diǎn)圖，從圖中可以看出，兩種方法具有良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為96.15%。如圖2所示，在X（分層積分）-Y（經(jīng)驗(yàn)公式）關(guān)系圖中，X-Y相關(guān)點(diǎn)據(jù)都落在45°線的上方，表明經(jīng)驗(yàn)公式的結(jié)果比分層積分的結(jié)果明顯偏?。话匆韵戮礁`差（RMSE）公式（6）計(jì)算，分層積分結(jié)果的均方根離差平均比經(jīng)驗(yàn)公式的結(jié)果高11.21mm。6個(gè)代表站（圖3）的結(jié)果進(jìn)一步說(shuō)明了以上結(jié)論，分析每個(gè)代表站，杭州、福州的偏離程度最大，其次是汕頭、香港，偏離程度最小的是海口和南寧，因此這種偏離程度基本隨著緯度變化，緯度較高的地區(qū)偏小越明顯，說(shuō)明利用經(jīng)驗(yàn)公式法求算大氣可降水量，緯度越低越精確。這是因?yàn)榈孛媛饵c(diǎn)經(jīng)驗(yàn)公式由楊景梅[1]等人從全國(guó)選取了28個(gè)代表站的氣象資料并考慮了站點(diǎn)所處的地理特點(diǎn)總結(jié)得出的，所以將該公式應(yīng)用于東南沿海地區(qū)，會(huì)導(dǎo)致該方法在沿海緯度相對(duì)較高的地區(qū)得到的可降水量偏小程度增大。

2.2假絕熱法與探空法結(jié)果比較圖3反映出假絕熱法和探空法計(jì)算的可降水量年內(nèi)變化基本一致，其月平均值分布形態(tài)接近正態(tài)分布，表現(xiàn)為先升后降的趨勢(shì)，6個(gè)代表站均為1、2月最小，之后逐漸增多，6～8月達(dá)到最大；季節(jié)變化明顯，冬季最小，春、秋季次之，夏季最大。只有杭州和福州的冬季假絕熱法推求的結(jié)果相對(duì)較小，大多數(shù)站的結(jié)果都表明假絕熱法推算的可降水量相對(duì)較大，且這種偏大程度在夏、秋季節(jié)最為明顯，即量值越大的月份越顯著。表1為應(yīng)用假絕熱法和探空法推算的杭州、福州、汕頭、南寧、香港、?？?個(gè)站大氣可降水量年平均的相對(duì)誤差。杭州的相對(duì)誤差為-3.80%，福州平均相對(duì)誤差為3.22%，?？诘南鄬?duì)誤差最大，為18.81%，相對(duì)誤差隨著緯度變化，緯度越低，假絕熱法推求的可降水量相對(duì)誤差越大(圖4)。圖5是13個(gè)站利用這兩種計(jì)算方法大氣可降水量的散點(diǎn)圖，相關(guān)系數(shù)為96.77%，說(shuō)明兩種方法具有良好的線性關(guān)系，且在大氣可降水量在40mm以下時(shí)，分層積分結(jié)果比假絕熱法結(jié)果略為偏大，而在40mm以上時(shí)，假絕熱法結(jié)果偏大，但是總的來(lái)說(shuō)，假絕熱法結(jié)果偏大，其均方誤差平均偏大11.48mm。

2.3降水期間可降水量結(jié)果比較根據(jù)1998～2010年香港天文臺(tái)每年各月天氣摘要，統(tǒng)計(jì)出這13年每年6月的有降水日，共計(jì)177天，并分析三種方法推求可降水量的差別。如圖6所示，假絕熱法推算結(jié)果偏大，經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算的可降水量偏小。假絕熱法推算，經(jīng)驗(yàn)公式法與探空法得到的大氣可降水量相對(duì)誤差為20.00%、-14.67%，平均絕對(duì)偏大12.26mm，10.20mm。相較于年平均相對(duì)誤差，有降水日時(shí)，采用假絕熱法的計(jì)算結(jié)果偏大程度增強(qiáng)，而經(jīng)驗(yàn)公式法的偏離程度減小，這可能是由于有降水日探空氣球得到資料的層次會(huì)減少，導(dǎo)致采用探空法推算的可降水量偏小，進(jìn)而對(duì)相對(duì)誤差產(chǎn)生了一定的影響。

3結(jié)論

通過(guò)上面的分析，得到如下主要結(jié)論：（1）利用經(jīng)驗(yàn)公式法、假絕熱法與探空法求得的大氣可降水量具有較好的相關(guān)性，都可用于實(shí)際工作。（2）利用經(jīng)驗(yàn)公式法的結(jié)果偏??；而利用假絕熱法推求的大氣可降水量偏大，且偏差隨著緯度變化而變化，緯度越低，假絕熱法推求的可降水量相對(duì)誤差越大。但是由于分辨率較高的地面露點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)相對(duì)比較容易獲得，因此，方法簡(jiǎn)單的經(jīng)驗(yàn)公式法，對(duì)于探空站稀少的區(qū)域的一般估算應(yīng)用，具有普遍適用性；而物理概念比較嚴(yán)格的假絕熱法，可用于重大防洪工程中可能最大降水估算的推求。（3）有降水日的研究結(jié)果表明，采用假絕熱法推求的可降水量，比探空法的結(jié)果偏大更多，建議在PMP估算中采用假絕熱法推求可降水量時(shí)，不論是當(dāng)?shù)乇┯攴糯蠡蚴潜┯暌浦酶恼瑧?yīng)該考慮如圖4所示的緯度差別的校正。由于本文選擇的站點(diǎn)在空間上具有一點(diǎn)的局限性，具體的校正量，還需要進(jìn)一步研究和驗(yàn)證。

作者：陳宏林炳章張葉暉單位：南京信息工程大學(xué)水文氣象學(xué)院南京信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院