年华东小雨减少及其主要影响因子分析(2)
图1 华东区域447站站点分布图Fig.1 Spatial pattern of 447 sites in eastern China
中国东部地区探空站和降水量的观测站点相比,站点太少。Wu et al.(2015)研究表明低云云量与小雨日变化有明显正相关关系,且从地面到低云云顶(680 hPa)的水汽含量占从地面到500 hPa的79%左右,因此分析此层次的温度和水汽具有比较好的代表性。与再分析资料对比,探空资料在地表和680 hPa之间仅由1~2两层随时间变化的要素值。因为探空资料的层次变化每天并不固定,因此很难利用探空资料的温度和比湿根据公式计算固定层次的相对湿度。已有研究表明在中国地区,欧洲中心(ERA)再分析资料的温度和相对湿度和探空资料很接近,特别是中低对流层(朱彦良等,2012;支星和徐海明,2013)。因此,16 层(从1000 hPa 到500 hPa)的相对湿度、比湿、温度以及地面气压均来自1980~2013年水平分辨率为0.75°×0.75°的 6 h 的 ERA-Interim 资 料 。 ERAInterim 资料是来自欧洲中心中期天气预报(ECWMF)的一种新的再分析资料,在ERA-40的基础上有所提高,虽然ERA 陆地上的增暖要比时空资料都不完整的站点温度月序列资料(CRUTEM3;由东英吉利大学气候研究中心和哈德莱中心建立)略高,但是在相同的地方,ERAInterim的温度、湿度资料的周期与CRUTEM3、地面湿度资料(HadCRUH)吻合较好(Simmons et al.,2010),而且ERA-Interim 无论是预报资料还是温度都比雷达资料更稳定(Poli et al.,2010),可以准确模拟长期气候变化趋势(Dessler and Davis,2010)。由于ERA是格点资料,与站点具有不同的空间分辨率,为便于比较,根据需要采用双线性内插的方法将格点资料插值到对应的站点上(Crochet,2007),插值方案参考ECWMF 格点差值方案。
(2)Wu et al.(2012)研究表明能见度的下降与气溶胶的增加有关,能见度与气溶胶含量呈现反相关关系,因此可以利用能见度资料的变化趋势体现一个地区气溶胶浓度的变化情况。由于能见度资料在1980年前主要是按照等级进行观测,1980~2007年以人工观测为主,2007年后各个观测站先后进行了自动站观测转换。由于资料的不连续以及自动站观测与实况的误差,本文在讨论能见度减小区域小雨的变化特征时,仅选取长三角区域(包括江苏省、安徽省、上海市以及浙江省)共185 站1980年到2007年间的能见度资料。为剔除早晚雾的影响,仅选取下午14:00的能见度资料代表当日能见度状况。
3 研究方法及主要物理公式
为分析和揭示华东区域1980~2013年降水的演变特征,本研究主要用到的研究方法包括线性趋势计算、相关系数计算,经验正交函数分解(EOF分解)、合成分析等。各要素的线性趋势计算均采用最小二乘法。EOF 分解主要用于对年小雨日的时空分布形态进行分析,并与低空相对湿度进行对比。同时,为了进一步说明低空相对湿度、温度、水汽与小雨日的关系,本文采用合成分析,对低空相对湿度、温度、可降水量高低年的小雨日差值进行分析,以进一步说明低空相对湿度、温度、可降水量对小雨日变化的影响。
为从物理角度解释并了解低空温度以及水汽的变化对小雨的影响,主要用到以下公式:
(1)克劳修斯-克拉珀龙(Clausius-Clapeyron)方程
在对温度、比湿对小雨的影响从物理角度进行解释时,采用的是Clausius-Clapeyron 方程:
其中,esat(T)代表饱和水汽压;T为相应的温度,单位为K;T3=273.16 K。
当t≥0°C 时,a1=6.1121 hPa,a3=17.502,a4=32.19 K;
当t≤-23°C时,a1=6.1121 hPa,a3=22.587,a4=-0.7 K;
当-23°C<t<0 °C时,
其中,Ti=23 K。
(2)相对湿度计算公式
相对湿度的计算公式为
其中,U代表相对湿度;q是比湿;p是气压;Rvap是水汽的比气体常数,Rvap=461.5250 J kg-1K-1;Rdry是干空气的比气体常数,Rdry=287.0597 J kg-1K-1。
(3)低空可降水量计算公式
低空可降水量(PW)是按照下面的公式计算的:
(4)质量权重计算公式
质量权重采用如下公式:
其中,m表示要进行质量权重的气象要素,ps表示地面气压。
低空的平均温度,平均相对湿度则是将从地面到680 hPa 各层温度,相对湿度求质量权重平均后的结果。
4 1980~2013年华东区域年雨日的时空分布特征
4.1 不同等级降水的空间分布特征
文章来源:《华东电力》 网址: http://www.hddlzzs.cn/qikandaodu/2021/0224/522.html