引言

降水日变化是全球天气气候系统变化的最基本模态之一。降水日变化的研究，对理解降水形成机理，认识区域天气和气候特征以及改进数值模式预报能力等方面有重要作用。就全球或局地的降水日变化特征而言，国内外学者已进行了大量的研究工作^[1-12]。Yu等^[7]利用1991-2004年全国台站自记降水资料，首次系统分析了我国大陆区域的夏季降水日变化特征，指出我国夏季降水的日变化具有明显的区域性：青藏高原及其东部地区在午夜达到降水极值，华南和东北地区峰值出现在下午，长江中游地区最大值出现在清晨，江淮、黄淮地区则呈现出清晨、午后双峰并存的特征。Yu等^[8]进一步深入分析并揭示了华东地区降水持续性与降水日变化特征之间的关系，发现降水的持续性是分离我国中东部地区降水双峰值的关键因子。长持续性降水(持续6 h以上)的峰值大多位于夜间和清晨，而短持续性降水(持续1~3 h)的极大值则多出现在下午或傍晚。

由于地球表面复杂的海陆和地形分布导致了极不均匀的地表强迫，地球气候系统的日变化存在鲜明的区域差异^[13]，特别是降水的日变化差异更为显著。王夫常等^[14]分析了以横断山脉为主体的我国西南部降水日变化特征，结论表明：西南部夜雨特征明显，但存在午后次峰值，且降水日变化有显著的区域差异。杨森等^[15]分析了辽宁夏季降水日变化特征，发现沿海站降水最大值基本出现在早晨04:00-08:00(地方时，下同)，内陆站点则呈双峰值的特征。戴泽军等^[16]分析了湖南夏季降水日变化特征：湘东南降水量、降水频次峰值主要出现在午后到傍晚，而其他地区的降水峰值一般出现在清晨。李建等^[17]应用北京市1961-2004年逐时自记降水资料分析了北京市夏季降水日变化的基本气候特征和长期演变趋势：北京市降水量、降水频次的高值区出现在午后至次日清晨；近40年来，短持续性降水逐步增加，而长持续性降水呈减少趋势。

新疆是干旱半干旱区，气候不受季风系统的直接影响^[18-21]，因而在气候总体特征上与我国东部地区存在明显差异。同时新疆三山夹两盆(北为阿尔泰山、中部为天山山脉、南为昆仑山，北疆的准噶尔盆地、南疆的塔里木盆地)的地形使新疆的降水具有独特的分布特征^[21]：北疆多于南疆，年降水量北疆普遍在200 mm以上，南疆一般不足100 mm；西部多于东部，西部伊犁地区的降水量差不多是东部哈密地区的6倍；山区多于盆地，天山山区、准噶尔山区、阿尔泰山区的年降水量约500 mm，与华北平原相当，比盆地多2~5倍。尽管已有一些关于新疆降水气候特征方面的研究^[22-23]，但针对新疆降水日变化特征的研究很少，仅有的少量研究中虽有涉及新疆但重点关注的是中国东部地区^{[2, 7-8]}，有的仅是针对新疆某个地区进行分析^[24-25]。因而，进一步从全疆区域对新疆不同地域夏季降水日变化特征加以细致分析、揭示不曾被认识的新特征非常必要。本文使用新疆气象信息中心整理的新疆16个站1991年以来的逐时降水观测资料，进行夏季降水日变化特征的多角度分析，以提高对新疆夏季降水日变化特征和演变规律的认识，为该区域开展精细化降水预报提供一些基本规律方面的参考。

1.   资料和方法

1.1   资料

本文选用经过新疆气象信息中心筛选、整理、检查后的1991-2014年6-8月新疆区域16个国家基准气象站逐小时降水资料，其中天山及以北(北疆)有8个站, 包括昭苏、伊宁、塔城、阿勒泰、乌苏、乌鲁木齐、奇台和巴里坤；天山以南(南疆)有8个站，包括喀什、阿克苏、库车、和田、民丰、焉耆、若羌和哈密。因塔城、乌苏、若羌、和田和民丰站2004年之前资料年限不同，统计时涉及到平均时均除以实有年份。

1.2   小时降水定义

小时降水量及降水频次：指某整点到下一整点1 h内大于等于0.1 mm的降水累积总量，该小时降水量大于等于0.1 mm，则记1次小时降水频次，逐时累积降水量与对应时次累计降水频次之比为该小时多年平均降水强度。如01:00-02:00的降水量记为02:00的降水量。

小时降水强度：逐年统计了各站夏季日内24个时次的小时累积降水量、小时降水频次，计算了各区域、各站的小时降水强度。

小时降水持续时间：将一次降水事件开始至结束间的小时数定义为其持续时间，某一降水时次之后连续2 h没有降水时判定一次降水持续的结束。根据降水的持续时间进行分类，以1 h为间隔，对持续1~24 h的降水事件分别进行统计。

文中对南北疆多年平均的逐时降水进行经验正交函数分解(EOF)时，根据式(1)先对各站多年平均逐时降水序列进行了标准化处理：

式(1)中，X_i为某站第i小时的多年平均降水量，X为该站逐时降水序列的平均值(即日演变平均值)，n=24。

2.   降水日变化基本特征

2.1   降水量日变化特征

图 1分别给出了北疆(8个站)、南疆(8个站)和全疆(16个站)平均的逐年夏季降水量日变化特征及多年累积降水量日变化曲线。由图 1可知，南、北疆夏季降水量日变化特征明显不同。北疆累积降水量的准单峰型特征清楚，峰值主要发生在傍晚前后(16:00-20:00)；正午前(10:00-12:00)是一天中降水量最少的时间段，此时次的降水量仅为峰值时段的1/3；相对于午后到傍晚降水量的上升速度而言，进入夜间后降水量下降速率缓慢，总体呈下降趋势，在午夜00:00和早晨06:00左右还各有一个弱小的相对峰值(图 1a)。南疆夏季累积降水量明显少于北疆，且呈现三峰特征，峰值分别出现在傍晚(17:00-18:00)、午夜(00:00)和上午(10:00)，其中10:00这个峰值略弱于其他两个(图 1b)。从全疆平均看，夏季降水量日变化特征与北疆的单峰型特征十分相似(图 1c)，这是因为北疆夏季降水量显著多于南疆，从而主导了全疆夏季降水量日变化特征(或者说南疆的自身特点被掩盖)的缘故。换句话说，如果仅从全疆区域平均角度分析，南疆降水量日变化区别于北疆的特点，则难以被发现和捕捉。另外，从逐年看，无论全疆、还是北疆或南疆，夏季降水量日变化的单峰或三峰特征，在有的年份很明显、而在有的年份并不突出，也就是说，夏季降水量日变化总体特征存在年际变化和差异。

图  1  区域平均逐年夏季降水量日变化及累积降水量分布(顶部的曲线代表逐时多年夏季累积降水量) (a)北疆，(b)南疆，(c)全疆

Figure  1.  Distribution of the regional mean summer precipitation amount (the line on the top denotes the summer total rainfall amount in each hour) (a) Northern Xinjiang, (b) Southern Xinjiang, (c) Xinjiang

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由图 2可以看出，无论南疆还是北疆，不同地区夏季多年累积降水量日变化差异仍然较大，呈现出如下特点：①北疆北部(塔城、阿勒泰)累积降水量高值时段主要集中在白天(06:00-18:00)，表现出有明确主峰和副峰构成的降水量日变化多峰结构，主峰出现在傍晚(16:00-18:00), 副峰则在上午；夜间(20:00-次日06:00)为明显的降水量低值时段(图 2a)。②伊犁河谷到天山北坡累积降水量高值时段均出现在夜间，表现为比较明显的单峰状态, 且自西向东降水量的单峰形态有逐渐向双峰结构演变的趋势，同时峰值(或双峰的主峰值)出现时间自西向东依次推后，即由西边的昭苏降水量单峰峰值在18:00，经伊宁(峰值在20:00)向东到天山北坡西段的乌苏(峰值在22:00)、中段的乌鲁木齐(峰值在00:00)和东段的奇台(峰值在02:00)，到天山北坡最东边的巴里坤时降水量峰值已经是在06:00(图 2b~图 2d)。③南疆东北部的哈密为准单峰型，尽管累积降水量只有其北部地区(巴里坤)的四分之一，但其累积降水量峰值比北部主峰值出现更晚、在上午10:00(图 2e)，这可能与影响新疆的天气系统的移动路径--通常自西向东、最后绕过天山东部影响其南坡的哈密有关。④天山南坡累积降水量明显小于天山以北地区且自西向东呈逐步减小态势，降水量日变化基本表现为主次不很分明的多峰形态，峰值均在100 mm以下，站与站之间降水量峰值日变化虽没有明显的规律性，但在傍晚和夜间有一些峰值出现时间的重叠区(图 2f~图 2g)。⑤在塔里木盆地南缘，除最西边的喀什累积降水量较大且有明显的午夜(23:00)单峰特征外(图 2h)，喀什向东至民丰一线降水量日变化均呈多峰特征(图 2i)，沿线各站之间降水量峰值日变化亦没有明显的规律性。天山以南累积降水量少于以北地区(尤其在南疆盆地东南部表现更为明显)、南疆盆地西缘与盆地中东部降水量日变化的差异以及盆地中东部站与站之间多峰特征的非相似性，或许与影响新疆的天气系统在南疆特殊地形下通常自西向东迅速减弱和极少能够完全移入南疆盆地有很大关系。

图  2  逐年降水量日变化及累积降水量分布(顶部的曲线代表逐时多年夏季累积降水量)(a)阿勒泰, (b)伊宁, (c)乌鲁木齐, (d)巴里坤, (e)哈密, (f)焉耆, (g)阿克苏, (h)喀什, (i)民丰

Figure  2.  The same as in Fig.1, but for Altay (a), Yining (b), Urumqi (c), Barkol (d), Hami (e), Yanqi (f), Aksu (g), Kashgar (h) and Minfeng (i)

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由图 2还可以看到，新疆不同地区夏季累积降水量日变化特征的年际差异较大。相对而言，伊犁河谷和天山北坡夏季累积降水量一日中各时次的年际变化较小(图 2b~图 2d)，其他地区年际变化较大，尤其是南疆盆地南缘(图 2i)，其累积降水量的多峰分布，有的峰值完全是由个别年份降水量大导致的结果。

对新疆(16个站)区域平均的逐日夏季降水日变化进行了经验正交函数EOF分析。在EOF分解前根据式(1)对新疆区域平均的逐日夏季降水量序列进行了标准化处理。EOF分解后，前3个特征向量均通过了north检验，第1特征向量均为正值，第1特征向量对应的时间系数曲线与图 1a和图 1c较为相似，均为准单峰特征，日峰值出现在16:00-20:00，夜间呈缓慢下降趋势，00:00和06:00的两个副峰也有所反映，由此可见，第1特征向量主要反映的是北疆区域降水日变化特征，即是全疆区域降水日变化特征；第2、第3特征向量均表现出正负相间的变化特征，第2、第3特征向量对应的时间系数曲线均呈多峰特征，第2特征向量主峰值出现在21:00，第3特征向量主峰值出现在18:00，两个特征向量的第2、第3峰值出现时间较为相近，分别出现在午夜后(03:00)和清晨(06:00，06:00-09:00)。第2、第3特征向量对应的时间系数曲线呈多峰特征，其峰值出现时间与南疆区域和南北疆代表站的日峰值有所对应，17:00-18:00峰值与南疆区域累积降水日变化的第1个峰值相对应，06:00的峰值与巴里坤的日峰值对应等，这也从另一个角度说明新疆降水日变化存在区域差异，且差异较大。

鉴于南北疆累积降水日变化特征的明显差异、以及南疆和北疆区域内不同地区之间累积降水日变化特征的差别，进一步采用EOF方法分别对北疆和南疆1991-2014年平均夏季逐时降水量进行空间分析。为了减少降水量区域差异的影响，在EOF分解前根据式(1)对各站多年平均逐时降水序列进行了标准化处理。

图 3a~图 3c分别为北疆EOF分解前3个特征向量，方差贡献率分别为41.8%，36.8%，12.2%。由图 3a可以看出，第1特征向量在北疆北部和西部山区为明显的正值、北疆沿天山中部地区为明显负值，表明该模态反映的降水日变化极值(相对于日平均)特征在北疆北部和西部山区呈现出较好的一致性，而在北疆沿天山一带(特别是中部)呈现与其相反特征；对应的时间系数(图 3d)在下午到傍晚为正、夜间为负，正负极值分别出现在傍晚和午夜，即分别对应着北疆北部、西部山区(16:00-18:00)和沿天山一带(00:00-01:00)的降水量极大值出现时间。换句话说，该特征向量反映的主要是北疆北部和西部山区降水量日峰值和日谷值分别出现在傍晚和午夜，以及北疆沿天山一带降水量日峰值和日谷值与之恰相反(分别出现在午夜和傍晚)的日变化形态。第2特征向量(图 3b)在北疆西半部为正值、东半部为负值，其中伊犁河谷到天山北坡西部为明显的正值区、而东疆北部为明显的负值，表明该特征向量反映的降水日变化极值情况在这两个区域呈现出大致反向的特征；对应的时间系数(图 3e)也均为正值，且唯一的日变化峰值出现在傍晚到前半夜，说明该特征向量反映的主要是伊犁河谷到西部天山(北坡)降水量日峰值和东疆北部降水量日谷值出现在傍晚到前半夜的日变化形态。第3特征向量(图 3c)除乌苏外，北疆各站均为正值，表明该模态反映的降水日变化特征呈现北疆区域的一致性；其对应时间系数(图 3f)均为正值，在下午到傍晚(16:00-20:00)是明显的日变化峰值、而在早晨06:00前后为另一个副峰值，表现出与北疆区域平均的降水日变化准单峰型较为相似的特征。可以看出，北疆准单峰型的傍晚峰值是多个特征向量共同作用的结果，即不同地区峰谷值累积的结果。与我国东部单峰、准单峰型的区别在于不是峰值的叠加，而是多种不同情况的累积。

图  3  1991-2014年北疆各站平均逐时降水标准化后EOF分解(a)第1特征向量，(b)第2特征向量，(c)第3特征向量，(d)第1特征向量对应的时间系数, (e)第2特征向量对应的时间系数, (f)第3特征向量对应的时间系数

Figure  3.  The first 3 leading modes of the standardized meanhourly precipitation over Northern Xinjiang during 1991-2014(a) the first mode, (b) the second mode, (c) the third mode, (d) the corresponding time coefficient of the first mode, (e) the corresponding time coefficient of the second mode, (f) the corresponding time coefficient of the third mode

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图 4a~图 4c分别是南疆EOF分解的前3个特征向量，方差贡献率分别为34.2%，23.7%，14.7%。由图 4a可见，第1特征向量在南疆东北部为明显的正值、和田地区为弱正值，其他地区均为负值，表明该特征向量反映的降水日变化极值情况在南疆的东北部和其他地区呈现出大致反向的特征；对应的时间系数(图 4d)在早晨到上午为正值，极大值出现在09:00-10:00，傍晚到前半夜是负值，极小值出现在17:00-19:00，说明该特征向量反映的主要是南疆东北部以及和田地区降水量日峰值和谷值分别出现在上午和傍晚，而南疆其他地区降水量日峰值和谷值恰相反，分别出现在傍晚和上午的日变化形态。第2特征向量(图 4b)在南疆东南部以外的其他各地均为正值、特别是南疆西部为正值中心，表明该特征向量主要反映南疆降水日变化极值在南疆东南部以外的较大范围里具有的一致性特征；对应的时间系数(图 4e)在整个日变化时段内均为正值，且在17:00，01:00，10:00存在清楚的三峰特征，恰与南疆夏季降水日变化三峰极为对应(参见图 1b)。第3特征向量(图 4c)在南疆盆地南半部为正值、以南疆东南部正值最大，盆地北部为负值，表明该特征向量主要反映南疆盆地南部(特别是东南部)与北部在降水日变化峰值上的反相特征；对应的时间系数(图 4f)主要在前半夜和早晨为正值、相对极大值出现在20:00-21:00和06:00-07:00，反映了南疆盆地南缘(主要是东南缘)降水日变化多峰值出现的时间(刚入夜和早晨)恰对应着南疆其他地区降水日变化的谷值时间。由此可以看出，南疆降水日变化三峰特征，不是简单的峰值叠加而是多种不同情况的累积，其中三峰中的上午峰值是第1、第2特征向量的共同贡献，南疆东南部的降水日变化与其他地区明显不同。

图  4  同图 3，但为南疆

Figure  4.  The same as in Fig.3, but for Southern Xinjiang

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图 5a给出了新疆16个站夏季累积逐时降水量多年平均最大值出现时间(用箭矢方向表示)及量级(圆点填色表示)分布。可以看出，新疆夏季累积逐时降水量多年平均最大(为22.2 mm)，出现在天山西部山区的昭苏；其次是天山北坡，为6~10 mm; 天山以南各地最大不超过4.5 mm, 其中和田最小, 不足2 mm。夏季累积逐时降水量平均最大值出现时间在新疆大部分地区呈现出一定的规律性特征，即在新疆北部、西部(包括天山南坡西段)出现于傍晚前后(大约17:00-20:00)；在天山北坡自西向东顺时针变化跨过整个夜间，由伊宁的20:00到巴里坤的次日早晨06:00；然后继续顺时针变化，在东天山南坡和南疆盆地东部出现于上午时段(06:00-10:00)。这种时间变化规律似乎与影响新疆的天气系统^[26]多数自西(或西北)向东移动、后期在天山东部绕过天山影响南疆东部的变化过程是一致的。同时也注意到，在南疆盆地西南缘和南缘，夏季累积逐时降水量平均最大值分别出现在前半夜(22:00-00:00)和白天时段(10:00-16:00)，没有特别的规律性。

图  5  平均累积降水量日波动中最大峰值(填色)及出现时间(箭矢)(a)、平均累计降水频次日波动中最大峰值(填色)及出现时间(箭矢)(b)、平均降水强度日波动中最大峰值(填色)及出现时间(箭矢)(c)

Figure  5.  The maximum value (the shaded) with its corresponding time (arrow) of a day in the diuarnal cycle of the accumulated summer precipitation amount (a), frequency (b) and intensity (c)

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图 5a所示的夏季累积逐时降水量多年平均最大值出现时间与宇如聪等^[1]图 1相同站点的结果大多比较吻合，但位于天山两侧的乌鲁木齐、库车、焉耆3个站存在一定差异。经验证，这是分析所用资料的年代长度差异所致，即年代际变化的反映。

2.2   累计降水频次日变化特征

图 6给出了北疆、南疆和全疆平均的逐年夏季降水频次日变化特征及多年累计的降水频次日变化曲线。由图 6可知，北疆降水频发于夜间(16:00-次日07:00)，16个时次的累计降水频次均在100次以上，其中傍晚之后18:00-20:00和早晨06:00左右为两个相对的频次峰值，而以20:00降水次数为最多(122次)；白天(07:00-16:00)降水发生次数相对夜间偏少，12:00最少为78次(图 6a)。与北疆相比，南疆各时次降水发生次数明显要少，平均不足北疆的1/2；降水频次日变化波动有大约6 h的位相推后。深夜至次日正午(22:00-次日12:00)是南疆降水相对频发时段(降水发生次数均在40次以上)，01:00降水发生次数最多，共56次；降水较少发生时段是午后至前半夜(12:00-22:00)，降水最少发生在15:00，仅27次(图 6b)。从全疆平均(图 6c)看，降水发生频次的日变化特征与北疆比较相似，不过各时次降水频次更低一些，且降水频发时段中的最大峰值推迟了2 h左右(在22:00前后)。因南疆降水发生频次明显少于北疆，在累计降水频次的日变化特征上，新疆地区的总体特征也主要以北疆特征表现出来。

图  6  区域平均逐年累计降水频次分布(顶部的曲线代表逐时多年夏季累计降水频次) (a)北疆，(b)南疆，(c)全疆

Figure  6.  Distribution of the regional accumulated summer precipitation frequency (the line on the top denotes the summer total rainfall frequency in each hour)(a) Northern Xinjiang, (b) Southern Xinjiang, (c) Xinjiang

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逐年看，南、北疆不同年份之间降水频次的日峰值、谷值及其分布有差异，南疆较北疆差异更明显，说明降水频次日变化特征也存在年际变化，且南疆更突出(图 6)。从各站降水频次演变(图略)可知，无论是北疆各站之间、还是南疆各站之间，降水频次日变化特征虽有一定的区域相似性，但依然存在可辨别的差异；各站夏季降水频次日变化特征的年际差异也比较大，但较累积降水量日变化特征的年际差异小。相对而言，天山山区及其南、北坡夏季降水频次一日中各时次的年际变化较小，其他地区年际变化较大。

结合图 5a和5b可以看出，除北疆阿勒泰地区和南疆中部以外，新疆大部分地区(约占总站点的69%)多年平均的夏季累计降水频次最大值出现时间与逐时累积降水量最大值出现时间有相当的一致性，表明这些地区累积降水最大值的出现与该时次降水频次最高密不可分。而两者不吻合的情形，均对应该地区夏季累积降水量呈多峰特征。新疆多年平均的夏季累积降水最大频次呈现出山区(超过12次，达到15.8次)远多于平原、北疆(3~6次)多于南疆(低于3次)的特征。

2.3   平均降水强度日变化特征

从平均降水强度日峰值分布图 5c可以看出，尽管南疆在夏季累积降水量、逐时最大降水量和降水频次均低于北疆，但降水强度却相对较大，新疆东南部地区降水强度最大(1.5 mm·h^-1)，天山北坡总体相对最小。也就是说，在南疆夏季虽不经常出现降水，一旦发生，其单个时次降水量并不一定偏小。而在降水发生频次相对高的北疆沿天山一带，从单个时次上看每次降水量不一定偏大。

比较图 5a~图 5c发现，平均降水强度最大值出现时间(图 5c)与逐时累积降水量最大值出现时间(图 5a)比与逐时累计降水频次最大值出现时间(图 5b)更为吻合，说明新疆大部分地区(75%的站)逐时降水强度比降水频次对逐时累积降水量的贡献更大一些，尤其是在降水量日变化呈多峰特征的地区。

3.   不同持续性降水的日变化特征

主要参考宇如聪等^[1]和原韦华等^[27]关于降水持续性的分类(即以6 h为界，区分持续性降水和非持续性降水事件，以6 h以内和3 h以内划分不同历时长度的短历时降水事件)，同时结合前人在新疆降水天气气候特点系统性概述中关于新疆连续降水很少发生的统计结论^[21]，以降水事件持续时间为标准，根据16个站所有降水事件的持续性将降水分为3类：1~6 h, 短历时或非持续性降水; 7~12 h, 持续性降水; 12 h以上, 较长历时或长持续性降水。由图 7a可见，无论南疆、北疆，夏季持续6 h以内的降水事件出现比例最高(其中持续3 h以内降水事件占65%，明显大于我国东部的比例55%^[7]，除天山北麓中-东段以外的全疆其他地区，这类降水事件约占80%~91%；持续时间超过12 h的降水事件最少，伊犁河谷、天山北麓中-东段相对较多, 占5%~7%，其余大部地区不足5%；持续7~12 h的降水事件居中，一般占7%~18%。也就是说，就新疆地区而言，夏季降水事件以6 h以内的短历时或非持续性降水为主(平均为85%)，而持续12 h以上的较长历时降水事件偶有发生，仅在天山北麓中-东段等地发生相对较多。这一特点与我国中东部地区有较明显不同^[7]。

图  7  逐站不同持续性降水事件(填色)累计降水频次(a)和累积降水量(b)贡献(填色)

Figure  7.  Contribution rates of accumulated summer precipitation frequency (a) and amount (b) from different duration rainfall events (the shaded)

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仍按上述分类，进一步考察不同持续时间降水事件对多年累积降水量的贡献，对照图 7a和7b不难看出，新疆地区夏季持续1~6 h的短历时降水事件频次虽很高，但对总降水量的贡献率在新疆东部和西部存在差异，西部一般为55%~65%，东部为32%~50%, 其中, 天山北麓中-东段贡献最低，为32%~36%；而很少发生的12 h以上较长历时降水事件，对总降水量的贡献在天山北麓却不是很低(天山北麓中-东段可达25%~31%)、全疆其他地区一般为11%~22%(其中降水稀少的新疆东南部差异更加明显，民丰最多, 占36.6%；若羌最少，仅占2.7%)。即新疆大部分地区(除天山中-东部)的降水量有一半是6 h以内短历时降水事件的贡献，另一半来自于持续6 h以上的降水事件的贡献；天山中-东部(尤其是北麓)3类不同持续性降水事件发生频次虽差异较大，但对总降水量的贡献大致相当，各占1/3。进一步对降水持续性进行细分发现，全疆平均而言，持续2 h降水事件对夏季降水贡献最大，其次是持续3 h降水事件，第三是持续4 h降水事件，仅这3类降水就占夏季总降水量的30%，持续6 h以内的降水事件对总降水量的贡献可达52% (图略)。这表明，短历时降水对夏季总降水的贡献率相对较高是新疆区别于中国中东部地区的重要特点之一。另外，在天山北坡、南坡以及昆仑山北坡，自西向东1~6 h短历时降水减少、6 h以上的持续性降水事件增加，造成这种变化趋势的原因或许与天气系统本身的发展和其影响路径有关，有待进一步研究。

宇如聪等^[1]研究表明，我国中东部降水的日循环与降水的持续性之间存在紧密联系。为探讨新疆不同区域降水日循环与降水持续性的关系，对全疆16个站不同持续时间的降水在不同时刻降水量分布进行了逐站分析，发现可根据各不同持续性降水对总降水量的贡献特征和与总降水量日变化峰值关系特征，将全疆大致归纳为3种情况：Ⅰ是短历时降水贡献显著型，Ⅱ是短和较长历时降水贡献结合型，Ⅲ是降水贡献非典型类型(各类型降水地域分布见图 7b)。

由图 7b可以看出，Ⅰ型短历时降水贡献显著型的覆盖范围最大，包括塔城、阿勒泰、昭苏、伊宁、乌苏、阿克苏、库车、喀什等新疆偏西、偏北地区。该类型中(以阿勒泰和喀什为例，见图 8a和图 8b)，持续1~4 h的降水事件是夏季总降水量的主要贡献者，其中，2~3 h降水事件贡献最大，贡献随降水持续时间的延长基本是单调下降，并迅速地减弱为零，大于6 h降水事件的贡献很低。贡献最大的2~3 h降水事件降水极值新疆西部和北疆北部均出现在下午到前半夜(14:00-00:00)，且对应着累积降水量日变化中的主要峰值区间，即单峰情况下的峰值或多峰情形下的主峰值区间(参见图 2相应站)。

图  8  不同持续时间降水事件夏季的降水量(右侧曲线为多年夏季积累降水量)(a)阿勒泰，(b)喀什，(c)乌鲁木齐，(d)巴里坤

Figure  8.  Summer precipitation amount of different durations rainfall events (the line on the right denotes the total precipitation amount of each kind of rainfall events) (a) Altay, (b) Kashgar, (c) Urumqi, (d) Barkol

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Ⅱ型短历时和较长历时降水贡献结合类型主要分布在天山中-东部，包括乌鲁木齐、奇台、焉耆、巴里坤、哈密。该类型(以乌鲁木齐和巴里坤为例，见图 8c和图 8d)，不同持续性降水对夏季总降水量的贡献，12 h以内和12 h以上的降水事件，前者贡献大于后者；12 h以内不同持续时间降水事件对总降水量的贡献差异很小，12 h以上各不同持续时间降水事件的贡献则有差异。12 h以内不同持续时间降水事件的降水极值出现时间由集中于一个时间点附近逐渐变为集中于两个时间点附近，12 h以内降水极值在乌鲁木齐仅出现在午夜前后，而在巴里坤则变成两个显著分离的时间点，一个出现在18:00前后，对应着持续1~3 h降水极值; 另一个出现在早晨06:00前后，对应着持续4~12 h的降水极值。对比图 2可知，这些降水极值恰与相应站点累积降水量日变化中的峰值区间对应。也就是说，天山中-东部单峰累积降水量日变化的峰值(如乌鲁木齐午夜前后峰值)是来自于12 h以内各不同持续时间降水大致均等的贡献，并非少数几个持续时间降水事件的突出贡献；天山东端累积降水量日变化的双峰结构分别是持续1~3 h降水事件和持续5~11 h降水事件的贡献。

Ⅲ型非典型类型降水覆盖范围仅为南疆盆地的东南缘地区，包括和田、民丰、若羌。对总降水量的贡献基本来自于12 h以内的不同持续性降水，且各不同持续时间降水的贡献差异不是很大，该类中有的是8~10 h降水贡献略大于其他持续时间降水事件贡献(如若羌)，有的3 h和6 h贡献稍明显于其他持续时间降水贡献(如和田)，无明显规律性；不同持续性降水的极值出现时间与总降水量日变化峰值(多峰)时间的对应关系亦不清晰(图略)。

因此，除南疆盆地东南部外，新疆大部地区降水的日循环与降水的持续性之间存在紧密联系。新疆西部和北疆北部以短持续性降水为主，2~3 h短持续性降水峰值不同地区略有差别，但均出现在午后到前半夜，是这些地方累积降水量日变化主峰(单峰情形的峰值或主、副峰并存时的主峰值)的贡献者；天山中-东部不同地点，单峰累积降水量日变化峰值出现时间虽自西向东由午夜到凌晨变化，但峰值均来自于12 h以内各不同持续时间降水较为均等的贡献。这种联系有别于我国中东部地区^[7]。

另外，由1991-2014年16个站不同持续性降水时间降水量演变(图略)可知，21世纪初以来，仅乌苏站夏季短持续性降水呈增加趋势，而长持续性降水逐步减少，其余各站就夏季降水持续性而言，没有明显的变化趋势。这与Li等^[28]对华北地区的研究结论也不同，进一步说明新疆地区夏季降水日变化规律和演变特征有明显区别于我国中东部地区的特点。

4.   结论及讨论

利用1991-2014年新疆16个站逐时降水资料，分析了新疆夏季不同区域降水日变化基本特征，主要结论如下：

1)北疆降水量日变化的准单峰型特征清楚，峰值主要发生在傍晚前后(16:00-20:00)，进入夜间后降水量呈下降趋势，并在清晨出现一个小的相对高峰，中午(10:00-12:00)是一天中降水量最少时段，降水量为峰值时段的1/3左右。

2)南疆累积降水量明显小于北疆，且日降水量峰值均在100 mm以下，降水量日变化呈现三峰特征，峰值分别出现在傍晚(17:00-18:00)、午夜后(00:00-01:00)和上午(10:00)。

3)北疆降水频发于夜间，其降水频次与降水量表现出较为一致的日变化特征；而深夜至次日正午(22:00-次日12:00)是南疆降水相对频发的时段，其降水频次与降水量在日变化特征上有较明显的不一致性。

4)新疆夏季降水事件以6 h以内的短历时性质为主，平均为85%，比例明显高于我国中东部，而持续12 h以上的较长历时降水事件偶有发生，这与我国中东部地区也明显不同；就全疆而言，持续6 h以内的短历时降水事件对夏季总降水量的贡献率相对较高(52%)，是新疆有别于我国中东部地区的重要特点之一。

5)根据新疆16个站各不同持续性降水对总降水量贡献和与总降水量日变化峰值的关系特征，全疆可归纳为3种类型：Ⅰ型是短历时贡献型，主要分布在新疆偏西偏北地区，降水量日变化主峰的贡献者是2~3 h短持续性降水为主的事件；Ⅱ型是短长历时贡献结合型，主要分布在天山中东部，降水量日变化峰值则是来自于12 h内各不同持续时间降水事件的大致均等贡献；Ⅲ型是非典型类型，覆盖范围仅是南疆盆地东南缘地区。

研究发现，新疆夏季降水日变化呈现显著的南、北疆区域差异，其中一些特征明显不同于我国中东部。有研究显示，大尺度环流演变、局地地形以及大尺度的山谷风等多种因子都有可能导致区域间降水日位相的超前和落后^{[1-2, 7]}。新疆地处大陆腹地、远离海洋、地形地貌复杂(北疆三面环山，南疆为两山加一盆地，期间沙漠、绿洲、戈壁交错)，较弱的西来系统，通常遇山地减弱北缩，主要影响西部北部，而难以深入影响北疆东部、特别是南疆盆地中东部；西北路径的系统，影响北疆后受天山自然屏障的阻挡，极少能够翻山影响南疆，而是从天山东侧绕流(称为东灌)影响南疆东部或仅仅东北部。地形、天气系统路径以及新疆特殊的大气环流与水汽条件等都可能是新疆降水日变化区域间差异以及与我国东部差异的影响因素。