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        浙江GPS/MET反演大氣可降水量產(chǎn)品的誤差分析*

        2014-12-07 06:50:58姚日升許皓皓郭宇光
        浙江氣象 2014年2期
        關(guān)鍵詞:探空回歸方程水汽

        姚日升 許皓皓 郭宇光

        (1.寧波市氣象臺(tái),浙江 寧波315012;2.寧波市氣象網(wǎng)絡(luò)與裝備保障中心,浙江 寧波315012)

        0 引言

        水汽占大氣總體積的4%,對(duì)地氣系統(tǒng)徑向輻射能量平衡、大氣的垂直穩(wěn)定度、云和暴風(fēng)雨的形成及演變有顯著影響。精確的水汽觀測(cè)數(shù)據(jù)是有效預(yù)報(bào)中小尺度災(zāi)害性天氣的基礎(chǔ)。GPS/MET以其高探測(cè)精度、高時(shí)空分辨率、不需要標(biāo)定、全天候、設(shè)備可綜合利用等諸多優(yōu)點(diǎn),已成為大氣水汽探測(cè)領(lǐng)域中最有發(fā)展前途的技術(shù)之一[1-3]。

        大氣可降水量(Precipitable Water)是指垂直氣柱中含有的水汽總量??罩兴Y源是大氣降水的主要來(lái)源,某個(gè)區(qū)域的空中水汽資源可用一定時(shí)段的整層大氣可降水量之和來(lái)表征。由于空中水資源存在較大的時(shí)空差異,計(jì)算、分析和評(píng)價(jià)空中水汽資源,對(duì)于其合理開(kāi)發(fā)具有重要意義,浙江省氣象工作者在這方面也進(jìn)行過(guò)初步研究[4]。大氣可降水量無(wú)法直接測(cè)量,但可以進(jìn)行推算,目前采用的方法主要有以下3 種[5]:氣象探空資料累加計(jì)算[6-7](下簡(jiǎn)稱(chēng)“探空法”)、地面氣象資料推算[8-10](簡(jiǎn)稱(chēng)“地面法”)、地基 GPS/MET 探測(cè)資料反演[11](簡(jiǎn)稱(chēng)“GPS法”)。探空資料包括大氣中不同高度層的濕度參量,被廣泛用于計(jì)算整層水汽含量,通常以探空資料計(jì)算結(jié)果作為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)判斷其他計(jì)算方法的優(yōu)劣,不足之處是探空站分布過(guò)于稀疏,還需要結(jié)合其他分布較為密集的觀測(cè)資料,才能全面反映一個(gè)地區(qū)的空中水汽資源狀況。地面氣象資料具有時(shí)間序列長(zhǎng)、空間分辨率比較高的特點(diǎn),而GPS/MET是近些年廣泛應(yīng)用的新型探測(cè)技術(shù),可全天候監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)站點(diǎn)也在逐步增多,這兩種資料都可用于推算大氣可降水量。

        本文應(yīng)用浙江省3個(gè)高空觀測(cè)站點(diǎn)的氣象探測(cè)資料、GPS/MET資料推算反演的整層水汽含量,計(jì)算出“地面法”中適合浙江省的參數(shù),并將“GPS法”和“地面法”與“探空法”結(jié)果進(jìn)行比較,分析浙江省“GPS法”和“地面法”產(chǎn)品的誤差和可用性,以尋求本地化大氣可降水量推算的最佳方案。

        1 資料與方法

        1.1 資料

        所用資料包括2010—2013年浙江省3個(gè)站08和20時(shí)的探空資料和2013年GPS/MET產(chǎn)品資料。探空站分別為杭州(58457)、衢州(58633)和洪家(58665),其緯度、經(jīng)度和海拔高度分別為(30°14'N,120°10'E,41.7m)、(29°00'N,118°54'E,67.1m)、(28°37'N,121°25'E,2.2m)。

        1.2 方法

        首先根據(jù)2010—2012年3個(gè)探空站資料分析大氣可降水量與地面水汽壓的相關(guān)關(guān)系,并建立回歸方程,然后用2013年探空資料計(jì)算“探空法”和“地面法”的大氣可降水量,以“探空法”結(jié)果為基準(zhǔn),對(duì)“地面法”和“GPS法”計(jì)算結(jié)果的誤差進(jìn)行比較分析。

        1.2.1 探空法

        應(yīng)用探空資料計(jì)算整層大氣水汽含量(簡(jiǎn)稱(chēng)水汽含量)的公式[6-7]為:

        式中W表示假定這些水汽全部凝結(jié),并積聚在氣柱的底面上時(shí)所具有的液態(tài)水深度,單位為cm,本文分析時(shí)轉(zhuǎn)換為mm;ρ為液態(tài)水密度,單位為g·cm-3;g為重力加速度,單位為m·s-2;q(p)為隨氣壓變化的各氣壓層比濕,單位為g·kg-1;p0為地面氣壓值,單位為hPa。

        式中,e為飽和水汽壓,單位為hPa,可根據(jù)飽和水汽壓與溫度的關(guān)系,通過(guò)探空資料中不同等壓面上的露點(diǎn)來(lái)確定,在精確的濕度查算表中,用的是Goff-Gratch公式,但在實(shí)際應(yīng)用中,常常采用經(jīng)驗(yàn)公式,本文使用Tetens計(jì)算公式[6]。

        具體的計(jì)算過(guò)程分3步:1)由探空資料中各層露點(diǎn)溫度計(jì)算飽和水汽壓;2)根據(jù)(2)式計(jì)算各層比濕;3)將(1)式離散化,通過(guò)各層累加來(lái)計(jì)算整層水汽含量。

        1.2.2 地面法

        回歸試驗(yàn)表明,可降水量與對(duì)應(yīng)的地面水汽壓之間有良好的數(shù)值對(duì)應(yīng)關(guān)系[8],實(shí)際應(yīng)用中通常用有效水汽含量代替實(shí)際水汽含量來(lái)計(jì)算,滿足如下形式的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式:W=a+be,其中a和b為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。楊景梅[9]等通過(guò)引進(jìn)地理緯度φ和測(cè)站海拔高度H,建立了能反映我國(guó)整層大氣可降水量同地面濕度參量(水汽壓、露點(diǎn))普遍關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算模式;張學(xué)文[10]也統(tǒng)計(jì)出基于月平均資料的整層大氣可降水量與地面水汽壓經(jīng)驗(yàn)關(guān)系:W=1.74e。

        1.2.3 GPS 法

        由于地基GPS/MET天頂濕延遲近似正比于大氣水汽量含量[11],因此可利用地基 GPS/MET資料來(lái)反演整層大氣可降水量。利用GAMIT軟件可解算出GPS/MET對(duì)流層天頂總延遲ΔL,總延遲為對(duì)流層天頂靜力延遲與濕延遲之和,而對(duì)流層天頂靜力延遲可利用GPS/MET接收機(jī)所在點(diǎn)的氣壓(p/hPa)、海拔高度(H/km)和緯度(λ),采用如下公式算出:

        于是可得到濕延遲:

        最后大氣可降水量可由下式求得:

        PWV為大氣柱的總水汽含量轉(zhuǎn)換成等效液態(tài)水柱的高度,即整層可降水量,單位為mm;∏為轉(zhuǎn)換系數(shù),是無(wú)量綱數(shù),其值與加權(quán)平均溫度Tm的大小有關(guān),一般常取轉(zhuǎn)換系數(shù)∏=0.15或建立Tm本地化模型來(lái)計(jì)算。

        2 結(jié)果分析

        2.1 “地面法”回歸方程

        本文用2010—2012年(其中2011年5月1日—2012年3月15日及其它個(gè)別時(shí)次資料缺)浙江3站每天08和20時(shí)的探空資料,利用1.2.2中介紹的大氣可降水量(W/mm)與地面水汽壓(e/hPa)的相關(guān)關(guān)系,計(jì)算出每個(gè)站點(diǎn)的a和b值,建立回歸方程,方程中的大氣可降水量由“探空法”計(jì)算得出,地面水汽壓由對(duì)應(yīng)時(shí)次的地面氣壓、露點(diǎn)求出。

        表1 2010—2012年浙江3個(gè)探空站大氣可降水量(W)與地面水汽壓(e)回歸方程

        表1可看出,3站W(wǎng)和e的相關(guān)系數(shù)為0.9左右,均通過(guò)0.001 的信度檢驗(yàn)[12],說(shuō)明大氣可降水量與地面水汽壓之間確實(shí)存在非常好的相關(guān)性。表1中回歸方程與楊景梅[9]得出的適合浙江地區(qū)的方程以及張學(xué)文[10]得出的全國(guó)月平均關(guān)系式W=1.74e比較接近。

        2.2 “地面法”與“GPS法”結(jié)果的比較

        本文用2013年1—11月探空資料,用“探空法”計(jì)算大氣可降水量;根據(jù)上述的回歸方程,計(jì)算“地面法”的大氣可降水量;以“探空法”結(jié)果為基準(zhǔn),與對(duì)應(yīng)時(shí)次的“GPS法”結(jié)果進(jìn)行比較。為了3種方法間的可比性,僅選取各站探空和GPS/MET資料相匹配的時(shí)次進(jìn)行計(jì)算和分析。

        表2 2013年浙江3站“地面法”與“GPS法”結(jié)果比較

        表2可以看出:3站結(jié)果基本一致,“地面法”和“GPS法”的結(jié)果與“探空法”(基準(zhǔn)值)都有很高的相關(guān)性,均通過(guò)0.001的信度檢驗(yàn)[12],相關(guān)系數(shù)分析“GPS法”高于“地面法”,3站均超過(guò)0.90,且標(biāo)準(zhǔn)差比“地面法”偏小近2 mm,表明“GPS法”相對(duì)“地面法”反演的可降水量不僅與實(shí)際值相關(guān)性更高,而且更加穩(wěn)定,更能反映實(shí)際情況。但“GPS法”相對(duì)“地面法”的誤差平均值更大,“GPS法”3站普遍為 2.38~2.92 mm,“地面法”3 站有正有負(fù),為 -1.11 ~1.31 mm,說(shuō)明“GPS法”反演產(chǎn)品存在一定的系統(tǒng)誤差,而“地面法”是由回歸方程計(jì)算得到,從而有效地減小了系統(tǒng)誤差。如果經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的資料累積,針對(duì)“GPS法”的結(jié)果用統(tǒng)計(jì)方法加以訂正,將會(huì)有效減小“GPS法”結(jié)果的總體偏差。

        圖1是2013年3站“地面法”與“GPS法”大氣可降水量散點(diǎn)圖,可以看出:3站總體情況比較相似,2種方法相比,“地面法”散點(diǎn)圖呈“橄欖型”,“GPS法”呈“棒型”,這也說(shuō)明“GPS法”與“探空法”(基準(zhǔn)值)相關(guān)性高,離散度更小。分析圖1a、1c、1f還可以看出:“橄欖型”的外沿輪廓,上方弓形更明顯,而下方更接近直線,說(shuō)明“地面法”的計(jì)算結(jié)果在50 mm以下容易偏大,而50 mm以上容易偏小。

        圖1 2013年浙江3站“地面法”與“GPS法”大氣可降水量散點(diǎn)圖

        分析表2,3站“GPS”的誤差平均 2.38~2.92 mm,標(biāo)準(zhǔn)差 6.50~7.69 mm,相對(duì)“探空法”結(jié)果均值的百分比分別為7.60% ~8.69%、20.13% ~24.52%,誤差接近正常水平略偏大[13],其中偏大的原因是本文使用的是日常業(yè)務(wù)運(yùn)行結(jié)果,而浙江GPS/MET資料業(yè)務(wù)化時(shí)間僅1 a左右時(shí)間,還需要對(duì)歷史資料進(jìn)行回算,對(duì)照探空結(jié)果求出最佳的反演參數(shù)以提高產(chǎn)品的準(zhǔn)確性。

        3 結(jié)語(yǔ)

        通過(guò)浙江3站2010—2013年的探空資料和2013年GPS/MET資料對(duì)大氣可降水量的產(chǎn)品分析得出:

        1)大氣可降水量與地面水汽壓之間確實(shí)存在很好的相關(guān)性,建立回歸方程后可以通過(guò)地面水汽資料來(lái)推算大氣可降水量,但存在一定的誤差,計(jì)算結(jié)果在50 mm以下容易偏大,而50 mm以上容易偏小。

        2)“GPS法”相對(duì)“地面法”與“探空法”結(jié)果的相關(guān)性更高,標(biāo)準(zhǔn)差更小,也更能反映實(shí)際情況。

        3)浙江省 GPS/MET資料的反演的 GPSPWV業(yè)務(wù)化產(chǎn)品誤差接近正常水平,可以應(yīng)用于降水的監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)以及數(shù)值模式中,但產(chǎn)品準(zhǔn)確性還可以改進(jìn)和提高。

        GPS/MET資料以其高時(shí)空的分辨率相對(duì)傳統(tǒng)的探空資料具有巨大的優(yōu)越性,提高其反演產(chǎn)品的準(zhǔn)確和可用性是今后一項(xiàng)長(zhǎng)期的工作。一般來(lái)說(shuō),通過(guò)歷史資料回算,改進(jìn)反演過(guò)程中某些參數(shù)是提高產(chǎn)品質(zhì)量的一項(xiàng)重要舉措,本文使用的“GPS法”計(jì)算結(jié)果是基于日常業(yè)務(wù)運(yùn)行產(chǎn)品,所以還有很大的提升空間;另外文中通過(guò)3種方法計(jì)算結(jié)果的比較還得出如果對(duì)歷史資料產(chǎn)品進(jìn)行回歸統(tǒng)計(jì)分析,建立方程,也能有效減小產(chǎn)品的系統(tǒng)誤差,進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量。

        [1] 陳世范.GPS氣象觀測(cè)應(yīng)用的研究進(jìn)展與展望[J].氣象學(xué)報(bào),1999,57(2):242 -252.

        [2] 李國(guó)平,黃丁發(fā).GPS氣象學(xué)研究及應(yīng)用的進(jìn)展與前景[J].氣象科學(xué),2005,25(6):651 -660.

        [3] 萬(wàn)蓉,鄭國(guó)光.地基GPS在暴雨預(yù)報(bào)中的應(yīng)用進(jìn)展[J].氣象科學(xué),2008,28(6):697 -702.

        [4] 張玉娟.杭州地區(qū)大氣水分特征及相關(guān)問(wèn)題的初步探討[J].氣象科技,2007,35(1):61 -65.

        [5] 向玉春,陳正洪,徐桂榮,等.三種大氣可降水量推算方法結(jié)果的比較分析[J].氣象,2009,35(11):48 -54.

        [6] 劉健文,郭虎,李耀東,等.天氣分析預(yù)報(bào)物理量計(jì)算基礎(chǔ)[M].北京:氣象出版社,2005:1-28.

        [7] 楊紅梅,葛潤(rùn)生,徐寶祥.用單站探空資料分析對(duì)流層汽柱水汽總量[J].氣象,1998,24(9):8 -11.

        [8] 楊景梅,邱金恒.我國(guó)可降水量同地面水汽壓的經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式[J].大氣科學(xué),1996,20(5):620 -626.

        [9] 楊景梅,邱金桓.用地面濕度參量計(jì)算我國(guó)整層大氣可降水量及有效水汽含量方法的研究[J].大氣科學(xué),2002,26(1):9-22.

        [10] 張學(xué)文.可降水量與地面水汽壓力的關(guān)系[J].氣象,2004,30(2):9 -11.

        [11] 盛裴軒,毛節(jié)泰,李建國(guó),等.大氣物理學(xué)[M].北京:北京大學(xué)出版社,2003.

        [12] 黃嘉佑.氣象統(tǒng)計(jì)分析與預(yù)報(bào)方法[M].北京:氣象出版社,2004:21-25.

        [13] 陳小雷,景華,仝美然,等.地基GPS遙測(cè)大氣可降水量應(yīng)用精度和范圍[J].氣象科技,2009,37(1):85 -88.

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