大气可降水量计算方式探讨范文

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《水文杂志》2014年第三期

1资料与方法

1.1资料介绍本文的数据来源分为三部分：其一是全球综合探PMP估算中大气可降水量计算方法的探讨空资料中心（IntegratedGlobalRadiosondeArchive，IGRA）的资料，为逐日08时和20时的探空资料。其二是MICAPS（MeteorologicalInformationComprehensiveAnalysisandProcessSystem）资料中提取的地面露点资料。其三是香港天文台提供的地面露点资料。结合三种资料的时间长度，经过质量控制，选取我国东南沿海五省（自治区）和香港共13个站1998～2010年的资料来进行分析和计算，图1为13个站的分布情况（分别标记了站号和各站的站名首字母）。

1.2研究方法

1.2.1探空法利用探空资料计算整层大气可降水量的大气静力学公式：

1.2.2经验公式法2006年杨景梅等人[1]根据我国的地理特点和气候特征建立了整层大气可降水量同地面露点普遍关系的经验计算公式，统计归纳结果如下：

1.2.3假绝热法饱和假绝热过程是指空气以干绝热状态上升至饱和高度，并在那里变为湿绝热状态，水汽发生凝结后全部降落。将露点按假绝热换算到1000hPa高度，利用《可能最大降水估算手册》附表1.1和1.2中露点与可降水量的函数关系，可以直接查算出整个气柱中的可降水量[5]。

2结果分析

本文基于东南沿海地区和香港共13个站每日两次的探空资料，利用经验公式法、假绝热法和探空法逐次推算可降水量。由于假绝热法的使用需要基于两个假定，且适用于空气中水汽含量非常高的情况，因此本文以探空法求得各月可降水量的最大值为时间点，找出对应时间各月三种方法推算的最大可降水量，对三种方法的月最大值进行多年平均并比较。

2.1经验公式法与探空法结果比较结果表明：经验公式法计算的大气可降水量均低于探空法计算的大气可降水量。图2是13个站利用这两种计算方法大气可降水量的散点图，从图中可以看出，两种方法具有良好的线性关系，相关系数为96.15%。如图2所示，在X（分层积分）-Y（经验公式）关系图中，X-Y相关点据都落在45°线的上方，表明经验公式的结果比分层积分的结果明显偏小；按以下均方根误差（RMSE）公式（6）计算，分层积分结果的均方根离差平均比经验公式的结果高11.21mm。6个代表站（图3）的结果进一步说明了以上结论，分析每个代表站，杭州、福州的偏离程度最大，其次是汕头、香港，偏离程度最小的是海口和南宁，因此这种偏离程度基本随着纬度变化，纬度较高的地区偏小越明显，说明利用经验公式法求算大气可降水量，纬度越低越精确。这是因为地面露点经验公式由杨景梅[1]等人从全国选取了28个代表站的气象资料并考虑了站点所处的地理特点总结得出的，所以将该公式应用于东南沿海地区，会导致该方法在沿海纬度相对较高的地区得到的可降水量偏小程度增大。

2.2假绝热法与探空法结果比较图3反映出假绝热法和探空法计算的可降水量年内变化基本一致，其月平均值分布形态接近正态分布，表现为先升后降的趋势，6个代表站均为1、2月最小，之后逐渐增多，6～8月达到最大；季节变化明显，冬季最小，春、秋季次之，夏季最大。只有杭州和福州的冬季假绝热法推求的结果相对较小，大多数站的结果都表明假绝热法推算的可降水量相对较大，且这种偏大程度在夏、秋季节最为明显，即量值越大的月份越显著。表1为应用假绝热法和探空法推算的杭州、福州、汕头、南宁、香港、海口6个站大气可降水量年平均的相对误差。杭州的相对误差为-3.80%，福州平均相对误差为3.22%，海口的相对误差最大，为18.81%，相对误差随着纬度变化，纬度越低，假绝热法推求的可降水量相对误差越大(图4)。图5是13个站利用这两种计算方法大气可降水量的散点图，相关系数为96.77%，说明两种方法具有良好的线性关系，且在大气可降水量在40mm以下时，分层积分结果比假绝热法结果略为偏大，而在40mm以上时，假绝热法结果偏大，但是总的来说，假绝热法结果偏大，其均方误差平均偏大11.48mm。

2.3降水期间可降水量结果比较根据1998～2010年香港天文台每年各月天气摘要，统计出这13年每年6月的有降水日，共计177天，并分析三种方法推求可降水量的差别。如图6所示，假绝热法推算结果偏大，经验公式法计算的可降水量偏小。假绝热法推算，经验公式法与探空法得到的大气可降水量相对误差为20.00%、-14.67%，平均绝对偏大12.26mm，10.20mm。相较于年平均相对误差，有降水日时，采用假绝热法的计算结果偏大程度增强，而经验公式法的偏离程度减小，这可能是由于有降水日探空气球得到资料的层次会减少，导致采用探空法推算的可降水量偏小，进而对相对误差产生了一定的影响。

3结论

通过上面的分析，得到如下主要结论：（1）利用经验公式法、假绝热法与探空法求得的大气可降水量具有较好的相关性，都可用于实际工作。（2）利用经验公式法的结果偏小；而利用假绝热法推求的大气可降水量偏大，且偏差随着纬度变化而变化，纬度越低，假绝热法推求的可降水量相对误差越大。但是由于分辨率较高的地面露点观测数据相对比较容易获得，因此，方法简单的经验公式法，对于探空站稀少的区域的一般估算应用，具有普遍适用性；而物理概念比较严格的假绝热法，可用于重大防洪工程中可能最大降水估算的推求。（3）有降水日的研究结果表明，采用假绝热法推求的可降水量，比探空法的结果偏大更多，建议在PMP估算中采用假绝热法推求可降水量时，不论是当地暴雨放大或是暴雨移置改正，应该考虑如图4所示的纬度差别的校正。由于本文选择的站点在空间上具有一点的局限性，具体的校正量，还需要进一步研究和验证。

作者：陈宏林炳章张叶晖单位：南京信息工程大学水文气象学院南京信息工程大学大气科学学院