不同雨雪判别方法在中国区域的适用性分析与改进研究

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本文基于中国836个台站观测的降雪数据和中国地面气候资料日值数据集(V3.0)降水、气温等资料,分析和讨论了1961-2012年中国观测降雪的气候特征,在降雪观测事实基础上,重点对客观判据方法判别中国降雪特征的能力进行评估,为客观判据方法在中国区域的适用性提供参考。根据客观判据方法与观测降雪的差异,对客观判据方法进行改进。结果表明:(1)我国降雪具有明显的区域性特征,降雪大值区位于东北北部、新疆北部和青藏高原东部地区。各降雪分区的降雪存在明显的年内变化特征,降雪主要集中在10月至次年4月。从长期变化来看,我国降雪日数总体呈减少的趋势,东北东部、新疆北部和青藏高原东部降雪量明显增加。四个降雪分区的区域平均总降雪日数减少,总降雪量增加,这是由小雪事件的减少、中-暴雪事件的增多导致的。东北地区降雪日数表现为“多-少-多”的年代际变化特征,降雪量存在3-4年周期的年际振荡。西北地区的降雪日数呈现“多-少”年交替的变化特征,降雪量由少到多地波动增加。青藏高原东部地区的降雪日数呈现由多到少的年代际变化特征,降雪量呈现先增加后减少的变化特征。我国东南地区的降雪日数在1970年左右偏多,1990s偏少,降雪量表现为“多-少”年交替变化。(2)五种客观判据方法分别使用日平均气温低于0℃、湿球温度低于0℃、湿球温度动态阈值法、0cm地温低于0℃和700-850h Pa厚度小于1550m来识别降雪。方法Ⅰ-Ⅲ得到的降雪大值区与观测比较一致,但东南地区降雪量存在高估的情况。方法Ⅳ低估青藏高原东部的降雪。方法Ⅴ较大程度高估长江中下游地区降雪,与观测不符。利用方法Ⅰ-Ⅲ可以较好地呈现降雪日数总体下降的趋势。几种客观判据方法得到的东北、西北、青藏高原部分地区的降雪量呈现与观测一致的增加趋势,但是东南地区的降雪量变化趋势与观测资料差别较大。用方法Ⅰ-Ⅳ代替观测降雪资料研究东北降雪年际、年代际变化以及西北地区的年际变化特征较为合理。在分析青藏高原地区降雪变化特征时,发现方法Ⅰ、Ⅱ的结果与观测最为接近。(3)当使用日平均气温判别降雪时,0℃作为东北地区和西北地区的阈值比较合适,在青藏高原东部和东南地区以0℃作为阈值偏低。方法Ⅱ、Ⅲ判别四个降雪分区的降雪时,阈值偏高,使得更多的降雨识别为降雪。使用0cm地温判别东北、西北、青藏高原东部和东南地区的降雪时,合理阈值应该大于0℃。方法Ⅴ在各个降雪分区分离雨雪效果较差的原因是来源于判别变量的选择,700-850h Pa高度场厚度不是判别降雪的合理变量。对于不同分区的降雪判别变量来说,用湿球温度代替气温、0cm地温和700-850h Pa厚度来区分降雪更为合理,各降雪区的湿球温度参考阈值分别为-1.5℃,-1.5℃,-0.4℃,-0.3℃。
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