三水区空调通风特征及其对气温、降雨的影响

三水区空调通风特征及其对气温、降雨的影响

华南位于低纬热带和亚热带季风气候区。夏季和冬季短或基本无冬。本研究对三水区冷空气气候特征及与天气要素之间的关系进行研究,旨在为冷空气及其影响下风雨的预报预测提供气候背景和参考。1环流形势场的分析方法本研究所用的气温、气压、风速、雨量等观测资料来源于三水国家气象观测站1968年10月至2018年4月地面气象记录月报表文件,环流形势场来源于NCEP提供的再分析资料,采用线性回归、Mann-Kendall检验、EEMD分解、R/S分析等多种方法进行研究。《广东省天气预报技术手册》将冷空气划分为4个等级,分别为寒潮、强冷空气、中等强度冷空气和弱冷空气22.1气候倾向率:20世纪90年代,无热辐射驱动了明确的冷空气运1968—2017年影响三水区的冷空气次数平均每年为25次,最多为31次,最少为19次。计算得到冷空气出现次数的历年变化和11年滑动平均曲线(图1),并利用Mann-Kendall方法进行趋势检验。可以看出,冷空气年际变化特征较为明显,多寡年份交替出现,总体上呈现减少趋势,但趋势不显著(未通过信度90%的显著性检验),气候倾向率为-0.03次/年。20世纪90年代之前处于冷空气活动最为频繁的阶段,出现了几个明显峰值;20世纪90年代冷空气活动相对较少;21世纪开始进入较为稳定的阶段。近50年影响三水区的寒潮仅占总冷空气活动的1.8%,有21年出现寒潮(共23次),平均每年0.5次,1年最多出现2次;强冷空气占总冷空气活动的10.9%,中等强度冷空气和弱冷空气分别占25.7%和61.6%,这说明冷空气强度越弱出现几率越大。寒潮、中等强度冷空气和弱冷空气都呈现减少趋势,强冷空气呈现增加趋势,其中只有中等强度冷空气的变化趋势通过信度90%的显著性检验。统计各月不同等级冷空气出现次数(图2),其中11月冷空气次数最多,2月最少。每年10月至次年4月均以弱冷空气影响为主,其中10月最多;强冷空气和中等强度冷空气都以3月最多;寒潮只出现在每年11月至次年3月,其中1月最多。2.2序列分析方法的特点EEMD方法作为一种非平稳、非线性时间序列分析方法,不仅具备小波分析的优势,同时还具有自适应性、高效性和后验性等特点,能够提取更加真实可靠的气候变化信号2.3长期相关指数基于R/S分析方法的Hurst指数又被称作“依赖指数”或“长期相关指数”,通过该指数可以定量分析时间序列的持续性或长程相关性,在水文气象领域得到了广泛应用33.1寒潮和强冷空气过程次数对比从不同等级冷空气造成的降温幅度和极端最低气温分布(表略)可以看出,冷空气造成的最大24h降温幅度为12.7℃,最大48h降温幅度为16.1℃,极端最低气温为0.3℃。冷空气越强造成的平均降温幅度越大,但与强冷空气相比,寒潮造成的最大24h降温幅度略小。弱冷空气造成的最低气温为0.8℃,与寒潮造成的极端最低气温相近。进一步分析不同等级冷空气造成的日最低气温≤5℃的低温过程次数,发现每次寒潮都带来低温过程,占低温过程总数的19.8%;强冷空气和中等强度冷空气仅占14.7%和13.8%;超过1/2的低温出现在弱冷空气影响期间。例如2016年初的低温雨雪过程,1月24日三水国家站气温低至2.7℃,虽然从19日起开始逐日降温,但之前的最大日平均气温降幅仅为3.5℃。这说明低温过程不一定是由寒潮或强冷空气爆发南下所致,有相当多的低温过程是由于持续补充的强度较弱的冷空气所造成的,这与前人的研究结果3.2影响风力的因素分别对冷空气影响下的最大平均风和最大阵风进行统计分析(表略),风力等级以一次过程中风速最大值进行划分,分析时剔除了受台风或强对流影响的过程。可以看出,冷空气过程平均风力达到6级强风或阵风达到8级大风都比较少见,出现的最大平均风(10.9m/s)是受寒潮影响,出现的最大阵风(17.5m/s)是受强冷空气影响。表1给出了不同等级冷空气影响下各级最大平均风和最大阵风所占的比例,可以看出,影响三水区的冷空气越强时风力也越强:受寒潮影响时,以4～5级平均风、6级阵风为主;受强冷空气影响时,以4级平均风、6级阵风为主;受中等强度冷空气影响时,以4级平均风、5～6级阵风为主;受弱冷空气影响时,以4级平均风、5级阵风为主。3.3环流背景分析统计了不同等级冷空气带来的不同量级降水的概率,降水量级以一次过程中最大日雨量进行划分。当三水区受寒潮、强冷空气、中等强度冷空气和弱冷空气影响时,降水的概率分别为82.6%、90.4%、85.4%和64.5%;量级上都以小雨为主,其次是中雨。受不同等级冷空气影响时,都有可能出现暴雨及以上量级的降水;只有受中等强度冷空气或弱冷空气影响时,才出现过大暴雨量级的降水;最大日雨量(146.4mm)出现在弱冷空气影响期间。造成冷空气暴雨的环流背景,根据形势场配置可分为北脊南槽型、低槽东移型、东亚槽后型和横槽型(图5)。北脊南槽型表现为西西伯利亚到贝加尔湖的高压脊和孟加拉湾附近的南支槽,脊前西北气流将北方冷空气向南输送,与南支槽前西南暖湿气流在本地区上空交汇,造成明显降水。低槽东移型表现为中高纬地区低槽发展东移,冷空气随之自西北向东南扩散,同时低纬地区多波动东传;若南北槽同位相叠加,移入或掠过本地区,则降温降水都较明显。东亚槽后型表现为东亚大槽在我国东海岸稳定少动,环流经向度较大,我国大部受槽后偏西北气流控制,低纬地区多短波槽活动,在活跃的冷空气和短波槽共同作用下易产生强降水,这种环流背景下冷空气往往以弱冷空气的形式影响本地区。横槽型表现为巴尔喀什湖东侧有一横槽,不断分裂出小槽引导小股冷空气东移南下,故而对本地区降温影响也较小,降水主要是由于副高边缘和南支槽前暖湿气流与北方下渗的冷空气汇合所造成的。4冷却系统冷源1)1968—2017年影响三水区的冷空气次数平均每年为25次,冷空气活动略呈减少趋势,但趋势不显著。冷空气强度以弱冷空气为主,寒潮仅占总冷空气活动的1.8%,平均每年0.5次。冷空气出现次数以11月最多,2月最少。通过EEMD算法分解得到三水区冷空气的显著变化周期为7年左右。R/S分析结果表明,未来一段时间三水区冷空气活动将继续维持减少的趋势。2)冷空气造成的最大24h降温幅度为12.7℃,最大48h降温幅度为16.1℃,极端最低气温为0.3℃。日最低气温≤5℃的低温过程并非一定由寒潮或强冷空气造成,有相当多