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《南京气象学院》 2003年
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大气降水非均匀性及其分布模式对陆面过程参数化的影响研究

李云  
【摘要】: 本文从陆面过程的物理机制出发,利用统计——动力学方法,阐述了中国区域的月降水量和日降水量的空间分布非均匀性,并寻求适宜的空间分布概率密度函数进行描述。文章引进了一种新的描述非均匀性的方法:洛仑兹(Lorenz)曲线和基尼系数,利用它们可以更加准确的表示出降水量场空间分布的非均匀程度,并能据此判定有无洪涝灾害形成可能。另外在对降水量的空间分布型的拟合上引进维伯尔分布来描述降水量场的空间分布非均匀性,并将之应用到推求陆面水文过程中的地表产流率中,探讨一种新的区域产流计算方法。 文章首先根据全国范围内的272站的频率分布直方图发现月降水量的空间分布的左偏型态,用洛仑兹曲线和基尼系数对中国月降水量水平空间分布非均匀性进行了准确描述。并以Г分布拟合中国区域月降水量的空间概率分布,拟合效果优良,表明描述中国区域月降水量水平空间分布非均匀性的普适分布律以Г分布的PDF最为适宜;以1、4、7、10月具有代表性的资料为例分析了各季月降水量空间分布型的主要特征及其形成原因,并从一个侧面表明我国月降水量空间分布的偏态性正是我国降水气候的最显著统计特征之一,这也与我国大陆性季风气候特点密切相关;并且月降水量的基尼系数和Г分布模式形状参数值都是夏季大于冬季,说明月降水量的空间分布非均匀性夏季比冬季弱。 其次利用全国700个测站逐日降水资料的空间分布频数直方图及洛伦兹曲线和基尼系数阐述了我国逐日(24小时)降水非均匀性的事实,直方图显示全国范围内逐日降水的水平空间分布型在四季都是一种明显左偏态型,与月降水量的水平空间分布型略有不同;基尼系数值的月际变化也与月降水量的变化相反。利用负指数分布和WEIBULL分布拟合全国范围内的逐日降水水平空间概率分布模式,发现负指数分布模式并不能很好的拟合大范围区域逐日降水量场空间分布型,而WEIBULL分布的拟合效果很好,表明用WEIBULL分布描述中国区域逐日降水量空间分布非均匀性的分布律是非常适宜的。文章还对其形状参数的月、年际之间的变化结合实际气候状况进行了分析和论述,发现参数值是夏季小,冬季大,说明逐日降水量场的空间分布非均匀性冬季比夏季弱,不同于月降水量水平空间分布型的参数值的变化。 另外经过对较小空间范围的西南、西北地区、长江中下游地区、长江三角洲地区、淮河地区的逐日降水资料的水平空间分布型的拟合,发现负指数分布只能部分的拟合逐日降水量的水平空间分布型:在比全国范围小一级的范围内(如西南区、西北区等)用负指数分布拟和状况较好,尤其是干旱地区;但在更小的区域范围内(如淮河地区),通过率较低;而用维伯尔分布能很好的拟合各种空间尺度的逐日降水量空间分布概率模式,验证了维伯尔分布很强的可适应性。另结合各区的形状参数和频数直方图发现,在小范围内降水量的空间分布有很多时候并 非左偏态分布,这正好说明了降水的非均匀性存在一个空间尺度的问题。另需要 说明的是:逐日降水的空间分布非均匀型总体上仍以非均匀左偏态为主要分布形 态,虽然在很小的范围内气候条件很单一时逐日降水的空间分布非均匀性有了明 显的减弱。 文章还利用这种分布模式(WEIBULL)拟合区域的降水在地表的空间分布型, 并将此(中尺度区域)地表径流区域内所代表的瞬间径流率考虑为降水在地表的 分配与地表(土壤)层水分吸收过程的余项。结合土壤入渗过程的数学描述及其 经验公式,通过利用区域蒸发通量值,从而精确估计出地表土壤吸收率,建立了 地表径流率的估计公式。区域的地表径流率可视为区域平均降水量与区域平均土 壤下渗的差值,区域土壤下渗可分为非饱和区和饱和区两部分的下渗分别计算. 文章用实际资料验证了其可行性。
【学位授予单位】:南京气象学院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:P426.6

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