“雨时”-雨区笼罩面积-统计雨时的程序

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张学文 2007-3-31 zhangxw@xj.cninfo.net

 

引白:我们每天从CCTV的天气预报中可以看到明天“下雨”地区所笼罩的国土面积,我总是怀疑雨区是否真的有这么大的范围,而有人问我:每天这么多地方在下雨,为什么还说干旱?

 

l        读张家诚、林之光的《中国气候》一书[1],我不仅为其论证的深入而赞许,也为其中的“降水时数”研究而称绝。林之光在那里讨论了大家都不谈论,而又重要的“雨时”问题。

l        什么是雨时:它是指降水具体维持了多长的时间(以小时为单位,可以有小数点)。过去有“降水日数”一词。它指出某地一年(T=365天)内(或者一个月)内有几天会遇到雨(雪)。请注意某天为“降水日”并不表示那一天内的每一分钟、每一小时都在下雨。而仅是说当天下过总量≥0.1mm的降水,它可能全天下雨,也可能只下了3分钟,降水日数是个比较粗的概念。 反之当我们说某地多年平均的年“雨时为1000小时”时,其含义是平均而言,365天内确实有1000小时在下雨。林之光就举云南的德钦和思茅为例说,两地的年降水日数都是165天,而两地的年降水小时数(雨时)却分别为2237909小时,相差2.5倍。所以我们不能用降水日数的讨论掩盖了“雨时”问题。

l        我国的雨时特征:我国的年雨时大约在100-2000小时之间。其平均值约为1000小时。北纬33度以南一般高于1000小时,其北一般少于1000小时。而西北部多小于500小时(一年不到20天有降水)。

l        雨时与降水概率2008奥运会开幕的4小时,北京正在下雨的概率是多少?在没有短期天气预告时,这个问题只能用夏季北京出现降水的(气候的无条件)概率来回答。而这个概率如何从历史气候资料中得到?我们能用气象观测月报表里的降水日数来换算吗?不能,因为它只能提供某日出现降水的概率,但它与某4小时是否有降水不是一个概念。所以,气象报表设计者和观测者提供的降水日数在这个短时段的降水评估中用途不大。反之,林先生强调的“雨时”的统计资料就正好对口。细一想,T(年、季、月)时段内的“雨时”被T除,就是该时间段的降水出现概率。例如,一年是8760小时(T =8760h),我国的年平均雨时大约是1000h,那么(1000/8760=11.4% 这里的百分之11.4就是全年四季平均而言的,我国各地在任何时刻(瞬间)出现降水的概率。所以雨时是与雨的出现概率联系着的一个量,它比降水日数更有能力直接进入概率统计研究领域,而过去的“降水日数”是个不便于逻辑推算的变量。

l        雨时与雨区笼罩面积的关系:一个地点的雨时是通过当地的气象资料而计算出来的,一个区域(如全国)在某时刻的雨区是通过当时多个站点的天气资料而得到的。一个是时间领域的问题,一个是面积(空间)领域的问题。可是,用随机过程的语言看,天气演变的任何时刻是一个随机过程的截口。而那里有个定理说时间平均等于相平均(各态历经的过程)。联系到这里的问题,例如全国雨时问题,其含义是雨时的面积平均值(如中国的11.4%)等于雨区的时间平均值。或者说,我国的雨时平均值(换算为概率)是11.4%等价与我国瞬时雨区的平均面积是11.4%,即平均而言任何时刻中国正在下雨的地区占的面积平均是中国总面积的11.4%。这里雨区面积知识与降水维持时间的知识互相引证。在这里我们再次看到“雨时”知识的价值。

l        CCTV雨图的含义与问题:上面的分析得到一个重要认识:一般而言,任何瞬时,中国正在下雨的地方大约占国土的11.4%。但是CCTV(本质是气象台)提供的雨区面积经常占国土的20-40%。这两个数据竟然是不一致的!为什么?我们不能说CCTV提供的图都错了,但是我们认为这个图的含义是未来24小时会有雨落地的面积,而不管那雨是下了24小时或者2分钟。如果做未来一个月的降水预告,CCTV给出的降水面积图会覆盖全国(除个别终年少雨的沙漠区),这时你不要以为下个月全国各地都雨水,而仅是说下个月,那里会有雨点落地(哪怕是数分钟)。所以我觉得CCTV应当把它提供的图的意义交代清楚,不要让大家看着大片的雨区还听着干旱的预告。

l        遗憾:我们已经阐述了雨时概念的含义、价值。但是林先生在介绍这个问题时也遗憾的提到统计这个资料是十分吃力的:要从每个气象站的每月的报表中提取数据再统计之,而更为遗憾的是1960年以后的气象报表中连这个数据也没有了。换言之,1960年以后的气象资料几乎使我们根本不能开展对雨时或者降水概率的研究。中国气象报表设计与统计管理走到这个境界,我们大家都感到遗憾。

l        建议:但是再细一想,在气象数据已经电子化的今天,上述遗憾并不难克服。确实过去让观测员记录降水起讫时间,再人工统计降水的维持时间(雨时的基础数据)是费力的,1960年取消这个统计是减轻观测员的工作量。现在我的建议是为早已经制作成电子文件的各个气象站的原始降水起讫时间数据编一个小程序,让它在电脑上自动形成各个气象站的各个月的雨时数据。这样费不了多大的力气我们就有了一套早该好好分析研究的关于各地的“雨时”数据了。而这是一个本该好好分析的领域。

l        结论:“雨时”(实际发生降水的时间段)研究十分重要,林之光研究员开始的工作我们应当继承,而不是忘却。雨时问题联系着降水发生的概率,也联系着同一时刻雨区面积大小的研究。为了开展这些工作,目前应当组织一个课题:编个程序,把全国各个气象站的各个月的雨时统计出来,供进一步分析研究。建议组织这个研究课题。

 

参考文献

[1] 张家诚、林之光,中国气候,上海,上海科学技术出版社,206-2221983

[2] 张学文,气象现象笼罩面积与出现概率的关系,http://qxg.com.cn 科技论文栏目,2006720