中国大陆日降水峰值时间位相的区域特征分析

利用高密度的中国国家级地面气象站逐时降水数据,系统分析和比较了中国大陆地区暖季降水量、降水频次和降水强度的日变化峰值位相的整体特征、空间分布差异及典型区域平均的日变化演变特征。研究指出,中国大陆暖季降水日变化峰值时间主要表现为下午、清晨、夜间3类典型位相,且整体而言降水频次的清晨峰值更凸出,降水强度以下午峰值为主。综合考虑降水量和降水频次的日变化峰值位相,发现中国大陆地区降水日变化峰值位相在空间分布上存在7个典型区域:下午峰值区(东北至华北山区、东南内陆地区)、夜间峰值区(四川盆地西部至云贵高原东部、华北平原西部贴近山地的区域)和清晨峰值区(华北平原东部、秦巴山区至华中西南部)各两个,以及傍晚至夜间峰值位相的青藏高原区。各典型区域内部具有较一致的降水量和频次的日峰值时间位相,而区域边缘或交界处降水量和频次的峰值位相则相反,主要是降水量的下午主峰值时段与降水频次的清晨主峰值时段的错位。从降水量、降水频次和降水强度的日变化的演变特征来看,午后峰值区、夜间峰值区和青藏高原的傍晚至夜间峰值区的多数台站,都存在降水量位相滞后于降水强度而超前于降水频次的特征,这应是降水演变过程中时间演变不对称性和对流云系发展演变的具体表现。     

近30 a江苏夏季降水日变化的气候学特征

基于1980—2013年江苏省61站小时降水资料,分析了江苏省夏季降水日变化的特点及小时极端降水、不同级别雨日的日变化特征。结果表明,江苏省夏季降水日变化具有显著的双峰分布特征,然而江苏省北部和南部降水的主峰时段并不一致。从降水频次、累积降水量来看,江苏省北部降水以清晨至早上时段为主峰、午后至傍晚时段为次峰,南部降水与之相反。长持续性降水占夏季降水的2/3左右,且江苏北部占比多于南部,均为清晨至早上的单峰分布;短持续性降水占夏季降水的1/3,在江苏北部呈现出以午后至傍晚为主峰,清晨至早上为次峰的双峰分布,而在江苏南部呈现出以午后至傍晚的单峰分布特点。小时极端降水,阈值分布南低北高,虽然频次较少,但占夏季降水的40%左右。小时极端降水日变化的双峰分布和夏季总体降水分布类似,但主峰大都出现在午后至傍晚。不同级别雨日的日变化分布各有不同,但全省各区无显著差异。累积降水量贡献主要来自于暴雨和大雨。暴雨无论是从降水频次、累积降水量还是降水强度都呈现清晨至早上的单峰分布。     

天津地区小时降水特征分析

利用2009—2013年天津地区205个自动气象站的逐时降水资料,分析了天津地区降水的基本空间分布和日变化特征。结果表明:(1)天津地区降水小时数及小时平均降水强度空间差异明显,高值区分别位于蓟县北部山区、市区西北侧、滨海新区中南部;(2)天津中北部地区累积降水量峰值主要出现在23—03时,南部地区则出现在17—19时和04—08时,降水频次峰值基本都出现在00—09时,降水强度峰值与累积降水量峰值出现时间类似,11时为降水强度低谷出现时间;(3)全市傍晚至午夜的降水频次明显较凌晨偏少,长持续时间(10 h以上)的最大降水易出现在凌晨至清晨,短时降水(1~4 h)的最大降水易出现在傍晚至午夜;13—24时多数时次,无论降水量、频次还是降水强度市区均较其周边地区和沿海地区偏多偏强,而凌晨多数时次,市区则以偏少偏弱为主;(4)始于下午至傍晚的降水多为短时降水,而始于傍晚至凌晨的降水持续时间普遍较长。     

青藏高原夏季降水日变化特征分析

利用2008—2014年逐小时空间分辨率为0.1°的全国自动站观测降水资料和CMORPH卫星反演降水融合资料,研究了青藏高原(下称高原)夏季降水日变化特征,并探讨了不同持续时间和等级降水对降水量日变化的影响。结果表明,整个高原地区夏季降水量和降水频率的日变化表现出明显的凌晨和傍晚的双峰结构,而降水强度的双峰结构却不太明显。进一步对各分区降水日变化特征的分析发现,高原中西部降水日变化特征与整个高原地区的一致,而高原北部(东部)地区降水量和频率的日峰值出现在傍晚(午夜-凌晨)。降水持续时间对降水量日变化有显著的影响,高原夏季降水量日变化的双峰特征是由短时(1~3 h)和长持续性(6 h以上)降水共同作用造成的,午夜-凌晨(傍晚)的降水日峰值主要是由于长持续性(短时)降水所引起。分析不同等级降水量日变化特征发现,高原北部地区小-大雨(暴雨)的降水量日峰值基本出现在下午(午夜),而高原中西部不同等级降水量的日变化基本都呈现出傍晚和午夜-凌晨的双峰结构,高原东部地区不同等级降水量的日变化形式较一致,日峰值出现在午夜-凌晨。     

秦岭南北降水小时尺度特征对比分析

利用秦岭地区1961—2015年暖季(4—10月)国家级地面气象站观测的逐时降水资料,从降水逐候变化与降水日变化的角度,比较了秦岭南北两侧暖季降水的演变特征,研究表明:在逐候演变上,秦岭南北两侧均为夏秋双峰型降水,但北侧降水主峰值出现在秋季,秦岭南侧降水主峰值出现在夏季.在降水日变化上,夏秋两季中南侧降水量、降水频次和降水强度均以清晨峰值为主,仅在降水频次上夏季出现了午后的次峰值;而北侧降水量日变化夏秋变化较大,且主要由降水强度贡献,夏季降水强度在午后较强,而秋季清晨降水强度更大.对于不同持续时间的降水事件,南北两个区域在夏秋均表现为持续9h以上(3h以下)的降水为清晨(午后)降水峰值,其差别主要存在于持续时间为4～8h的降水事件中.     

湖南夏季降水日变化特征

利用湖南96个测站13年的逐时自记降水资料, 分析了夏季（6~8月）降水日变化特征。结果表明, 湖南夏季降水日变化呈现显著的区域差异。湘东南降水量、 降水频次峰值主要出现在午后到傍晚, 而其它地区的降水峰值一般出现在清晨。进一步分析显示, 降水频次峰值出现时次分布更集中, 区域特征更鲜明。湘西北、 湘东南区域平均的累积降水量、 降水频次及降水强度的日变化在清晨和午后均呈双峰型特征。湘西北主（次）峰值出现的时间大致与湘东南次（主）峰值出现的时间对应。同时, 降水日变化与降水持续时间密切相关。持续5~10 h降水事件是持续1~4 h事件与持续10 h以上事件降水量峰值出现时间发生显著变化的过渡降水事件。持续1~4 h（10 h以上）的降水事件的极值降水始发时间为午后至傍晚（夜间）。在不同持续时间的降水事件中, 持续2 h降水的累积量最大。     

天津市夏季降水日变化特征

利用1954－2007年天津市夏季逐时自记降水资料,分析了天津市夏季降水（包括逐小时降水量、降水频次、降水强度以及不同持续时间降水）日变化规律。结果表明：天津市一日内不同时次的多年累积降水量具有显著的日变化特征,呈明显的双峰型,高值分别出现在午后17时和午夜02时。逐小时降水强度与降水量的变化特征非常一致,而多年累积降水频次在凌晨02时至08时较高,之后至11时逐步降低,11时至24时变化不大。降水量与降水频次及降水强度的关系均达到显著性水平（P < 0.001）,但逐小时降水强度与降水量相关性明显高于降水频次,表明降水量变化与降水强度有直接的关系,而降水频次对累积降水量的贡献占较小的权重。持续不同时间降水事件的发生次数在一日内的变化特征明显不同,长时性降水峰值集中在清晨,而短时性降水尤其是1-3 h降水主要以午后为主。     

大理地区所代表的青藏高原东南缘降水日变化类型的分析

用谐波分析法对大理地区各气象站2005—2014年的小时降水量做日变化分析,结果表明,各站点降水量日变化可用前3个谐波做拟合,方差贡献率≥30%的谐波是显著谐波,降水量日变化呈现4种形态:洱海盆地内呈夜间单峰型,后半夜降水高峰由持续≥3 h的降水事件引起;哀牢山起始西侧和点苍山西侧峡谷低地呈夜间峰值是午后峰值1.5倍的双峰型,后半夜降水高峰多由持续≥6 h的长时降水事件引起,傍晚降水次高峰一般由持续≤5 h的短时降水事件造成;区域北部高山峡谷区属午后峰值是夜间峰值1.5倍的双峰型,午后至傍晚的降水峰值由持续≤10 h的降水事件引起,夜间降水次峰值由持续4~10 h的降水事件造成;南部和西部区域呈午后峰值与夜间峰值持平的双峰型,持续≤4 h的短历时降水事件易引发午后峰值,而持续≥5 h的降水事件则造成夜间降水高峰。这些降水特性的区域差异主要是由于太阳辐射日变化和复杂地形因素引起的湖陆风和山谷风效应造成。     

大理苍山不同海拔高度湿季降水日变化特征分析

基于大理国家气候观象台苍山-洱海梯度观测系统2011—2020年湿季小时降水资料,分析山顶、山腰和坝区3个站的降水日变化特征。结果显示:降水量日变化,坝区站呈现单峰型,山腰站和山顶站则是双峰型;降水频次日变化,坝区站和山顶站为单峰型,山腰站日变化比较平缓;各时次的降水量、降水频次基本随海拔高度的增加而增多;降水强度日变化,山顶站为双峰型,坝区站和山腰站波动较大,午后为小值区,夜间为大值区,3个站在14:00—17:00的降水强度相差不大,而其他时段山腰站和坝区站的降水强度比山顶站大。夜间降水量在持续时间2～16 h是大值区,随海拔的增加降水量大值区持续时间较长;白天降水量在持续时间小于6 h是大值区,随海拔的增加,大值出现的时间向后移。降水频次在持续时间小于6 h,3个站在白天、夜间分别有一个大值区,而持续时间7～18 h的只有山顶站夜间有大值区;坝区站和山顶站夜间降水频次大于白天降水频次,山腰站白天、夜间降水频次相差不大。长历时(中历时、短历时)的累计降水量、降水频次随海拔高度的增加而增大(减小);3个站长历时降水量(长历时降水频次)对总降水量(总降水频次)的贡献最大,贡献最小的是短...     

唐山夏季短历时强降水的夜间多发性及成因分析

利用唐山2006—2013年区域自动站降水资料,分析了夏季降水和短历时强降水的日变化特征。结果指出,与一般性降水相比,短历时强降水更具夜间多发性,夜间降水量占总降水量的66.4%,降水量和降水频次日变化呈单峰结构,峰值出现在凌晨,谷值出现在午后,降水强度呈双峰结构,峰值出现在午后和凌晨,且8 a间夜间短历时强降水呈上升趋势。短历时强降水日变化特征地区差异较大,东北部出现频次最多,西南部频次最少、降水强度最大。唐山东北部呈簸箕状,西北东三面环山,强降水过程多东南风,迎风坡抬升加强上升运动,使其出现频次明显偏多;西南部临海,水汽条件比东北部好,故降水强度最大。东北部午后16时(北京时)的降水次峰值与西南部凌晨04时的峰值成因与海陆风昼夜变化关系密切。     

CMA-SH9在川渝地区的降水日变化预报效果评估

利用CMA-SH9模式逐小时降水预报数据和地面自动站-CMORPH卫星融合降水数据,开展该模式对2020年暖季（5~9月）川渝地区降水日变化的预报效果评估。结果表明:CMA-SH9模式可以再现小时平均降水量在四川盆地偏小、盆地周边陡峭地形处偏大的空间分布特征;显著的预报正偏差分布于青藏高原东坡至四川盆地西南部一带和四川盆地以东地区,偏差来自降水频率和降水强度的共同贡献;预报负偏差分布于四川盆地,主要来自模式对降水强度的低估;降水日变化峰值时间自西向东呈午夜到上午的滞后,模式预报的降水日变化峰值时间超前于观测;模式能够较好地把握青藏高原东坡至四川盆地西南部一带和四川盆地的单峰型日变化位相,以及盆地以东地区的双峰型日变化位相,但预报的降水量值和观测存在一定偏差。      

云南小时降水的时空分布变化研究

利用2005—2018年125个国家级台站小时降水观测数据研究云南小时降水时空分布特征。结果表明:云南年总降水量、不同持续时间降水量、极端强降水量及降水日变化空间分布差异很大。年降水量自西北向南增加,雨强自北向南增强,降水时长西部大于东部、南部略大于北部,年降水量受降水时长和雨强共同影响,降水时长影响最强,雨强影响较弱,这种特征在滇西北最突出,但滇东北的降水量与雨强相关更好。云南大部夜雨量多于昼雨量,滇东北和北部边缘夜雨特征最显著;降水日变化特征在云南北部为夜间单峰,西部边缘为清晨单峰,中部为夜间与午后峰值相当的双峰,南部也为夜间和午后双峰,但南部不同区域间主峰和次峰出现时间不同。云南南部降水贡献以短、中历时降水为主,北部则以长、超长历时降水为主。云南短时强降水发生次数的空间分布表现为自西北向东南增加;年发生站次数具有增加趋势,日变化特征为显著单峰,多在傍晚至入夜出现,且极端短时强降水更易在凌晨出现。这些小时降水时空分布特征很大程度上代表了低纬高原地区的降水特征。由于低值天气系统多影响低纬高原中北部,热带天气系统多影响南部,且低纬高原地形复杂,局地热力条件差异明显,这些因素造成该区域小时降水时空分布特征差异显著。     

西藏拉萨汛期降水日变化特征

利用拉萨2005—2017年逐小时降水观测资料和1969—2017年逐3 h降水观测资料,在分析该站汛期(5—9月)降水日变化特征的基础上,揭示该站昼夜降水的长期演变特征。结果表明:(1)拉萨小时降水量和降水频次日变化呈单峰型分布,两者峰值均出现在05:00(北京时,下同),谷值出现在15:00—17:00;小时降水强度日变化呈双峰型分布,峰值出现在17:00和00:00,谷值出现在13:00—15:00。(2)拉萨汛期不同等级降水的小时降水量和降水频次日变化位相不同,其中微雨和小雨的小时降水量和降水频次日变化为单峰型,且峰值均出现在05:00,而中雨及以上小时降水量和降水频次日变化峰值出现时间较微雨和小雨略有提前。(3)近49 a拉萨汛期昼夜降水量显著增多,降水强度显著增强,而降水日数无明显趋势,降水强度增强是拉萨汛期降水量增多的主要原因。     

基于小时降水资料研究广东省降水分布特征

基于2001-2018年广东省86个国家自动气象站逐小时降水资料,分析了广东省不同历时降水的时空分布特征.结果表明：1）除粤北山区外,基本符合年均降水时数越多,累积降水量越大的规律.年均小时降水强度从南部沿海向北部内陆呈减弱趋势.2）汛期降水事件以短历时为主,占全年降水事件65.3%;累积降水量上,长历时降水量占汛期56.7%.前汛期短历时降水多发生在粤西;中历时降水多发生在珠三角两侧和粤西北地区;长历时降水多发生在粤东和粤北地区.后汛期短历时降水多发生在内陆,出现频次自西北向东南递减;中历时降水分布不均;长历时降水多发生在沿海.3）汛期降水时数日变化呈双峰型变化特征,小时降水强度日变化呈单峰型变化特征.小时降水强度峰值易出现在下午的站点多分布在内陆,小时降水强度峰值易出现在下半夜至上午时段的站点则多分布在沿海、部分山区和珠三角地区.     

2005—2019年河北省小时降水时空分布特征

利用2005—2019年河北省40个国家气象观测站逐小时降水资料，分析小时降水和小时强降水的时空分布特征，结果表明：①小时降水频率近年来是降低的，而小时强降水频次没有明显的变化趋势，小时降水量、降水频率、降水强度以及小时强降水频次的月变化均呈单峰型分布，小时强降水频次呈年差异化变大趋势，使得小时强降水事件发生的极端性更突出；②年降水量总体呈东高西低、南高北低的趋势，大值区主要位于东北和西南地区，降水频次和降水强度受地形影响较为明显，降水频次大值中心位于海拔较高的北部和中西部，平原频次较低，而降水强度大值区位于东北部，这是受副热带高压和地形作用共同影响造成的；③河北省降水主要集中在傍晚到夜间，降水峰值出现的时间有自西向东延后的特征，受午后局地对流天气的影响，最大峰值多出现在17:00前后，小时强降水发生频次较高；④小时强降水的高发时期是7—8月，主要集中在河北东部和南部，其最大值出现在东北部和石家庄一带；⑤南部降水量主要源于降水强度的贡献，北部、西部山区和西北部坝上地区降水量更主要的是受降水频率的影响；东北部降水量则是降水频率和降水强度的共同影响造成的。     

江苏暖季短时强降水的时空不均匀特征分析

利用江苏近10 a(2005—2014年)暖季(5—9月)69站逐时降水资料,详细分析了短时强降水的空间分布、年际变化、季节内演变以及日变化特征。分析结果表明:短时强降水空间分布不均,整体上北部比南部活跃,最活跃区均位于沿淮西部,高强度短时强降水多发生在淮北东部,且空间分布集中。近10 a来江苏短时强降水整体呈减少趋势,主要表现为北部地区减少最为显著。短时强降水季节内分布不均匀,以7月最为活跃,高强度短时强降水在8月最为频繁;其逐候分布显示,梅期短时强降水骤增,于7月第2候达到峰值,盛夏期间高强度短时强降水增多,8月第3候达到峰值。江苏短时强降水的日变化整体呈双峰结构,主峰和次峰分别出现在傍晚17时(北京时间,下同)和清晨07时,高强度短时强降水多发于午后;短时强降水日变化存在季节内演变的阶段性特征和地域性差异,其中梅期和盛夏两个高发阶段均呈单峰结构,但梅期峰值出现在清晨,盛夏阶段峰值则出现在傍晚;由南向北,日变化特征由单峰向双峰、多峰演变,在淮河以南地区日峰值大多出现在午后至傍晚,而淮河以北地区多出现在夜间至清晨。     

1979-2013年东亚中纬度春、夏温带气旋活动特征及其与东北地区同期降水的联系

利用江苏近10 a（2005-2014年）暖季（5-9月）69站逐时降水资料,详细分析了短时强降水的空间分布、年际变化、季节内演变以及日变化特征。分析结果表明：短时强降水空间分布不均,整体上北部比南部活跃,最活跃区均位于沿淮西部,高强度短时强降水多发生在淮北东部,且空间分布集中。近10 a来江苏短时强降水整体呈减少趋势,主要表现为北部地区减少最为显著。短时强降水季节内分布不均匀,以7月最为活跃,高强度短时强降水在8月最为频繁;其逐候分布显示,梅期短时强降水骤增,于7月第2候达到峰值,盛夏期间高强度短时强降水增多,8月第3候达到峰值。江苏短时强降水的日变化整体呈双峰结构,主峰和次峰分别出现在傍晚17时（北京时间,下同）和清晨07时,高强度短时强降水多发于午后;短时强降水日变化存在季节内演变的阶段性特征和地域性差异,其中梅期和盛夏两个高发阶段均呈单峰结构,但梅期峰值出现在清晨,盛夏阶段峰值则出现在傍晚;由南向北,日变化特征由单峰向双峰、多峰演变,在淮河以南地区日峰值大多出现在午后至傍晚,而淮河以北地区多出现在夜间至清晨。     

基于梯度观测小时数据的南岳山降水日变化特征

利用南岳山南坡不同海拔高度上的3个气象观测站2015年9月1日-2018年8月31日逐时降水资料,分析了南岳山降水日演变特征。结果表明:从山底到山顶总降水量逐渐增加,存在3个降水峰值时段,分别在清晨、午后和傍晚,清晨雨量峰值主要由该时段降水频次较高所致,午后与傍晚雨量峰值主要与该时段降水强度较大有关,山顶高山站与山底站降水量差异主要体现在午后与傍晚时段;小时最大降水量主要出现在午后至傍晚,山底站短时强降水出现时段较分散,山腰和山顶高山站短时强降水主要集中在午后至傍晚时段;持续时间小于等于6 h的短持续降水频次多于持续时间大于6 h长持续降水频次,其主要出现在午后至傍晚,长持续降水过程多出现在凌晨至中午,其对总降水量的贡献大于短持续降水。     

云南雨季和干季小时降水的时空特性分析

利用云南省2325个国家级台站和区域自动观测站逐小时降水数据,分析了2014~2018年云南雨季和干季的降水量、降水频次和降水强度的空间分布特征以及关键区域的降水日变化演变特征。结果表明:受复杂地形影响,云南不同区域降水特征差异显著,且与我国东部地区显著不同。年均降水量大体呈西南高、西北低的分布特征。对于云南西北部的怒江河谷地区,干、雨季降水均为夜间峰值,降水频次高,但强度较弱。对于云南最西部（99°E以西）的保山德宏地区,该地区累计降水量为云南最大,这一区域各台站日变化峰值均较为一致地出现在上午,在陆地地区较为少见。相邻的普洱和元江河谷位于云南南部（23°N以南）,雨季两区域降水相当,但元江河谷在干季与雨季均为突出的夜间至清晨降水峰值,普洱地区雨季则是明显的午后降水峰值。云南中部地区降水量较周边地区明显偏小,该地区降水频次在雨季主要表现为清晨峰值,而在干季却是午后峰值更为突出,这也与我国东部地区降水日变化特征差异明显。      

适用于海绵城市规划建设的北京城市副中心降水特征研究

利用气象观测站降水数据,分析了北京城市副中心所在区域日降水的时空变化特征,编制了适用于副中心的短历时暴雨强度公式,最后计算了海绵城市建设的控制目标指标——年径流总量控制率。结果表明：研究区降水量年际变化较大,降水量最多与最少年差值可达684.0 mm,年内降水量分布不均,汛期6—9月降水量(415.3 mm)占全年总降水量的75%。汛期降水量、强度和频次的日变化均为单峰位相,降水量和降水强度位相分布特征一致,主峰值出现在22时,主谷值出现在12时,降水频次主峰值出现在04时,主谷值出现在14时。降水量和强度的多年变化趋势在大部分时刻是一致的,均在凌晨和下午时间段呈增加和变强的特点,在上午、中午和夜间有减少和减弱的特点。空间分布上,北京市副中心北部地区降水量峰值大都出现在夜间,南部地区降水量峰值大都出现在清晨。对比新编暴雨强度公式和现行公式结果,当重现期越大时,新编公式对应的降水强度就越大。新编公式更加适应未来极端降水频发背景下的海绵城市设计和建设,海绵城市建设控制指标——年径流总量控制率为80%和85%时,对应的设计降水量为27.6 mm和33.9 mm。