成都地区秋、冬季GPS可降水量的时空分析

利用成都地区5个测站地基GPS2007年9月-2008年2月的观测数据,解算出1 min间隔的天顶总延迟,结合自动气象站资料计算出30 min间隔的大气可降水量(GPS-PWV).对月平均的GPS-PWV分析表明:秋、冬季变化趋势从9月开始下降,1月达到最小值,2月又逐渐上升.在大气环流相同的情况下,地理位置相近的站,海拔高的地区大气中的水汽量比海拔低的地区要少,且变化较大;海拔高度相近的站,大气中的水汽含量由南向北减少.日合成分析显示:在静稳天气下,日变化特征显著,具有双峰型特征:白天峰值与气温的最大值相对应;夜间峰值与降水量的峰值相对应;GPS-PWV与地面空气相对湿度白天呈负相关,夜间呈正相关.     

Diurnal variation of surface wind over central eastern China

Hourly wind observations from 452 meteorological stations are used to document the diurnal cycle of the surface wind over the central eastern China (100°–122°E, 20°–42.5°N). Both the surface wind speed and the wind direction show large diurnal variation with pronounced topographic effects. At most stations, the surface wind speed reaches the maximum in the afternoon and the minimum in early-morning. This diurnal phase shows small seasonal variation, whereas the diurnal amplitude varies significantly in different seasons. The diurnal amplitude of the surface wind speed reaches maximum in spring over the northern and southwestern China and in summer over the southern China. The diurnal cycle of the wind direction is more complicated. Over the coastal (mountain) regions, the diurnal wind direction is greatly influenced by the land–sea (mountain–valley) breezes with large (small) seasonal variation. Over the northern plain region, the wind direction exhibits small diurnal variation but with remarkable seasonal rotation. The surface wind over the stations located on the top of mountains shows distinct diurnal variation, which represents the diurnal cycle of the tropospheric low-level wind. The wind speed over these stations is highest in pre-dawn and lowest in the afternoon. The wind anomaly rotates clockwise from late night to late afternoon, and shows significant seasonal variation as influenced by the annual cycle of the monsoon system. The contribution of the diurnal surface wind to the diurnal feature of precipitation is briefly discussed.     

江苏南部汛期降水日变化特征分析

利用江苏南部20个气象观测站2008—2012年汛期(5—10月)逐小时降水资料,应用降水频率来分析了江苏南部地区降水日变化基本特征和区域差异。研究表明:降水日变化特征地域性差异较强,西部站、东部站和东北沿海站都存在一定的特征差异。东部站降水量的最大值主要出现在下午和傍晚;西部站降水量主峰值出现在下午,并且在清晨和夜间还有两个次峰值;东北沿海站呈现出午前、午后的双峰值形式。2008—2011年降水量下午高值区有先减弱后增强并提前的趋势,而上午的高值区有总体减弱并推迟的特征。2011年后有明显减弱的趋势。江苏南部总体来说,短时强降水(大于20和25 mm/h)在16—19时出现主峰值,07—09时也有相对较小的次峰值。     

地基GPS遥感西藏改则站大气可降水量变化特征及其与夏季降水的关系

利用中日JICA项目2010-2011年期间的地基GPS探测逐时大气可降水量（PWV）资料,分析了西藏西部改则站PWV的季节变化和日变化特征及其与夏季降水的关系。结果表明：（1）该站PWV存在明显的季节变化特征,其高（低）值出现在6-9（12-3）月,呈现出明显的单峰型变化特征,同时表现出春季持续上升和秋季快速下降的特点。（2）谐波分析表明,改则站各季PWV日变化均以日循环为主,只是夏季也表现出一定的半日循环特征。（3）改则站PWV存在明显的日变化特征,低值一般出现在当地时间的凌晨至次日上午,各季谷值普遍出现在当地时间10：00前后;高值通常出现在当地的午后至午夜,但各季最大值出现时间不固定;（4）改则站降水通常都发生在PWV高值期,降水发生前后PWV有明显的逐渐积累与迅速下降的变化特征,PWV达到峰值的时间提前于降水。PWV对累积降水频次的影响要比累积降水量更显著。     

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。     

Diurnal Variations of Summer Precipitation in the Beijing Area and the Possible Effect of Topography and Urbanization

The present study examined the diurnal variations of summer precipitation in the Beijing area by using subdaily precipitation and wind observations. A combined effect of topography and urbanization on the characteristics of diurnal variations was suggested. It was shown that stations located in the plain areaexhibited typical night rain peaks, whereas those in the mountainous area exhibited clear afternoon peaks ofprecipitation diurnal variations. The precipitation peaks were associated with wind fields around the Beijing area, which were found to be highly modulated by mountain-valley circulation and urban-country circulation.The lower-tropospheric wind exhibited a clear diurnal shift in its direction from north at 0800 LST to southat 2000 LST, which reflected mountain-valley circulation. The transitions from valley to mountain windand the opposite generally happened after sunset and sunrise, respectively, and both occurred earlier for thestations located closer to mountains. By comparing the diurnal variations of precipitation at stations in anortheast suburb, an urban area, and a southwest suburb, it was revealed that the northeast suburb grouphad the highest normalized rainfall frequency, but the southwest group had the lowest from late afternoon tolate evening. On the contrary, in the early morning from about 0200 to 1000 LST, the southwest group andurban group had the highest normalized rainfall frequency. This pattern might originate from the combined effects of mountain-valley topography and urbanization.     

近40年北京地区夏季降水日变化及不同持续时间降水事件的特征

利用北京地区20个国家站1980～2020年的长期逐时降水资料,分析了北京夏季降水的基本气候特征和日变化时空分布特征。结果表明:（1）北京地区夏季40年平均降水量分布具有西北山区小,平原大,山区向平原过渡区的迎风坡最大的特点;降水频率则相反,平原降水频率整体小于山区;降水强度整体表现为西北弱,东部强,城区与南部居中的特点。北京夏季降水的强度和极端性较强,致灾风险高。（2）北京夏季平均降水量日变化主体呈单峰型,降水频次为双峰型,降水强度为多峰型,三者同时在22时（北京时,下同）达到最大,在12时最小。（3）降水的峰值时间随月份依次后推,6月最早,7月次之,8月最晚;峰值雨量7月最大,8月次之,6月最小。（4）降水量、降水频率和降水强度的日峰值空间分布具有较强的一致性,西北山区四站出现在20时以前,其余16站出现在20时及以后。使用K均值聚类算法将20站划分为两个区域,结果显示两个区域的降水量、降水频率和强度的日变化具有完全不同的分布特点。（5）近40年北京地区的降水结构在不断调整,短持续时间降水主导期和长持续时间降水主导期交替出现。2000年以前以小于6小时的短持续性降水为主,近15年大于6小时的长持续性降水明显增多。     

华北地区夏季降水日变化的时空分布特征

利用2008~2014年间全国自动站观测降水和CMORPH[CPC（Climate Prediction Center）morphing technique]卫星反演降水资料融合而成的0.1°×0.1°小时降水产品揭示了华北夏季降水的日变化特征,发现华北多数地区夏季降水量和降水频率日变化呈现出明显的双峰特征且存在明显的区域性差异。在太行山以西地区,降水量和降水频率的日峰值出现在傍晚18:00左右（北京时）,规律性最强;而在太行山以东的平原和沿海地区,日峰值一般出现在上午。研究不同持续时间降水对总降水的贡献发现短时降水对傍晚的降水日峰值贡献较大,而长时降水则对凌晨的峰值影响更大。分析不同强度降水对总降水量的贡献结果表明,0.1~10 mm h-1强度降水较其它强度降水对夏季华北地区总降水量贡献更大,随着降水强度的增加降水量日变化的峰值个数增加。     

区域数值预报系统在北京地区的降水日变化预报偏差特征及成因分析

为了研究北京快速更新循环同化预报系统(BJ-RUCv2.0)在北京地区降水日变化的预报偏差特征及其成因,利用2012—2015年夏季BJ-RUCv2.0系统第2重区域(3 km分辨率)预报结果和北京地区122个自动气象站逐时观测数据以及观象台探空观测资料,分析模式对北京地区降水日变化预报偏差的区域性特征和传播特征,研究模式局地环流预报偏差特征及其对降水预报偏差的可能反馈机制。研究结果表明,BJ-RUCv2.0系统多个更新循环的预报在北京平原地区均存在夜间降水漏报问题,降水预报偏差表现为模式预报降水在西部山区降水偏多,预报降水雨带难以在平原地区增强发展,造成了模式降水在傍晚山区偏多而夜间平原地区降水明显偏少。通过分析模式局地环流预报偏差及其响应机制发现,由于白天平原地区近地层偏暖偏干,山区底层偏冷中层偏湿,造成了山区-平原地区间的温度梯度强度偏强且强温差出现时间提前,西部山区午后降水偏多;由于平原地区地面气温预报持续偏高,入夜后偏北风难以到达平原地区,造成了山区-平原间的地形辐合线位置偏北,影响山区降水雨带向平原地区移动,同时平原地区近地层内水汽持续偏低,抑制降水雨带在东移过程中的发展,造成模式在平原地区夜间降水预报容易出现漏报。模式冷启动所用的GFS资料土壤湿度在北京平原地区明显小于实际观测,是模式预报偏暖偏干的可能原因之一。     

The frequency, intensity, and diurnal cycle of precipitation in surface and satellite observations over low- and mid-latitudes

Global precipitation data sets with high spatial and temporal resolution are needed for many applications, but they were unavailable before the recent creation of several such satellite products. Here, we evaluate four different satellite data sets of hourly or 3-hourly precipitation (namely CMORPH, PERSIANN, TRMM 3B42 and a microwave-only product referred to as MI) by comparing the spatial patterns in seasonal mean precipitation amount, daily precipitation frequency and intensity, and the diurnal and semidiurnal cycles among them and with surface synoptic weather reports. We found that these high-resolution products show spatial patterns in seasonal mean precipitation amount comparable to other monthly products for the low- and mid-latitudes, and the mean daily precipitation frequency and intensity maps are similar among these pure satellite-based precipitation data sets and consistent with the frequency derived using weather reports over land. The satellite data show that spatial variations in mean precipitation amount come largely from precipitation frequency rather than intensity, and that the use of satellite infrared (IR) observations to improve sampling does not change the mean frequency, intensity and the diurnal cycle significantly. Consistent with previous studies, the satellite data show that sub-daily variations in precipitation are dominated by the 24-h cycle, which has an afternoon–evening maximum and mean-to-peak amplitude of 30–100% of the daily mean in precipitation amount over most land areas during summer. Over most oceans, the 24-h harmonic has a peak from midnight to early morning with an amplitude of 10–30% during both winter and summer. These diurnal results are broadly consistent with those based on the weather reports, although the time of maximum in the satellite precipitation is a few hours later (especially for TRMM and PERSIANN) than that in the surface observations over most land and ocean, and it is closer to the phase of showery precipitation from the weather reports. The TRMM and PERSIANN precipitation shows a spatially coherent time of maximum around 0300–0600 local solar time (LST) for a weak (amplitude <20%) semi-diurnal (12-h) cycle over most mid- to high-latitudes, comparable to 0400–0600 LST in the surface data. The satellite data also confirm the notion that the diurnal cycle of precipitation amount comes mostly from its frequency rather than its intensity over most low and mid-latitudes, with the intensity has only about half of the strength of the diurnal cycle in the frequency and amount. The results suggest that these relatively new precipitation products can be useful for many applications.     

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。     

新疆夏季降水日变化特征

利用1991-2014年新疆16个国家基准气象站逐时降水资料,分析了新疆夏季不同区域降水日变化基本特征,揭示出新疆夏季降水日变化呈现显著的南、北疆区域差异,有别于我国中东部的一些新事实。结果显示:北疆降水量日变化呈现准单峰型特征,峰值主要发生在傍晚前后（16:00-20:00,地方时,下同）;南疆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）。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;在天山东麓以外的新疆绝大部分地区,6 h以内短历时降水事件对总降水量的贡献率达54%,高于我国中东部地区。新疆西部和北疆北部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;而天山中-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。     

中国大陆降水日变化研究进展

文章概述了中国大陆降水日变化的最新研究成果,给出了中国大陆降水日变化的整体图像,指出目前数值模式模拟降水日变化的局限性,为及时了解和掌握降水日变化研究进展、开展相关科学研究和进行降水预报服务提供了有价值的科学依据和参考。现有研究表明：（1）中国大陆夏季降水日变化的区域特征明显。在夏季,东南和东北地区的降水日峰值主要集中在下午;西南地区多在午夜达到降水峰值;长江中上游地区的降水多出现在清晨;中东部地区清晨、午后双峰并存;青藏高原大部分地区是下午和午夜峰值并存。（2）降水日变化存在季节差异和季节内演变。冷季降水日峰值时刻的区域差异较暖季明显减小,在冷季南方大部分地区都表现为清晨峰值;中东部地区暖季降水日变化随季风雨带的南北进退表现出清晰的季节内演变,季风活跃（间断）期的日降水峰值多发生在清晨（下午）。（3）持续性降水和局地短时降水的云结构特性以及降水日峰值出现时间存在显著差异。持续性降水以层状云特性为主,地表降水和降水廓线的峰值大多位于午夜后至清晨;短时降水以对流降水为主,峰值时间则多出现在下午至午夜前。（4）降水日变化涉及不同尺度的山-谷风、海-陆风和大气环流的综合影响,涉及复杂的云雨形成和演变过程,对流层低层环流日变化对降水日变化的区域差异亦有重要影响。（5）目前数值模式对中国降水日变化的模拟能力有限,且模拟结果具有很强的模式依赖性,仅仅提高模式水平分辨率并不能总是达到改善模拟结果的目的,关键是要减少存在于降水相关的物理过程参数化方案中的不确定性问题。     

引入地基GPS可降水量资料对一次西南涡暴雨水汽场的初步分析

利用成都地区4个地基GPS站遥感的大气可降水量(GPS-PWV)数据,结合自动气象站雨量和NCEP再分析等资料,对2008年7月20～22日一次由高原涡诱生西南涡引发的四川盆地暴雨过程的水汽变化进行了分析。结果表明,降水开始前GPS-PWV有一个急升过程,且与过程1h最大雨量有较好的对应关系,GPS-PWV的增幅和所达到的最大值可以较好地反映西南暖湿气流对四川盆地水汽的影响程度;而GPS-PWV的骤降则预示降水即将结束。西南涡在GPS-PWV急速上升之后形成于盆地;在其发展强盛时段,盆地处于低空水汽通量大值区和水汽辐合中心,随着西南涡的东移,GPS-PWV逐渐减小至最低水平。     

Diurnal Variation of Southwest Monsoon Rainfall at Indian Stations

ＤｉｕｒｎａｌＶａｒｉａｔｉｏｎｏｆＳｏｕｔｈｗｅｓｔＭｏｎｓｏｏｎＲａｉｎｆａｌｌａｔＩｎｄｉａｎＳｔａｔｉｏｎｓＪ．Ｍ．Ｐａｔｈａｎ（ＩｎｄｉａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｒｏｐｉｃａｌＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｙ，Ｐａｓｈａｎ，Ｐｕｎｅ－４１１００８，...     

Progress in Studies of the Precipitation Diurnal Variation over Contiguous China

This paper summarizes the recent progress in studies of the diurnal variation of precipitation over con- tiguous China. The main results are as follows. （1） The rainfall diurnal variation over contiguous China presents distinct regional features. In summer, precipitation peaks in the late afternoon over the south- ern inland China and northeastern China, while it peaks around midnight over southwestern China. In the upper and middle reaches of Yangtze River valley, precipitation occurs mostly in the early morning. Summer precipitation over the central eastern China （most regions of the Tibetan Plateau） has two diurnal peaks, i.e., one in the early morning （midnight） and the other in the late afternoon. （2） The rainfall diurnal variation experiences obvious seasonal and sub-seasonal evolutions. In cold seasons, the regional contrast of rainfall diurnal peaks decreases, with an early morning maximum over most of the southern China. Over the central eastern China, diurnal monsoon rainfall shows sub-seasonal variations with the movement of summer monsoon systems. The rainfall peak mainly occurs in the early morning （late afternoon） during the active （break） monsoon period. （3） Cloud properties and occurrence time of rainfall diurnal peaks are different for long- and short-duration rainfall events. Long-duration rainfall events are dominated by strat- iform precipitation, with the maximum surface rain rate and the highest profile occurring in the late night to early morning, while short-duration rainfall events are more related to convective precipitation, with the maximum surface rain rate and the highest profile occurring between the late afternoon and early night. （4） The rainfall diurnal variation is influenced by multi-scale mountain-valley and land-sea breezes as well as large-scale atmospheric circulation, and involves complicated formation and evolution of cloud and rainfall systems. The diurnal cycle of winds in the lower troposphere also contributes to the regional differences     

北半球夏季对流性降水特征及其与厄尔尼诺的关系

利用2003—2014年6—8月CMORPH 3 h卫星降水资料,统计分析北半球夏季对流性降水的空间分布,发生的概率,日变化以及其对厄尔尼诺事件的响应等特征。结果表明,对流性降水在6—8月除了发生于热带辐合带等海域外,北美中部,东南亚和热带非洲等陆地区域更为突出。其降水强度发生在10~11 mm·h-1之间的概率最大,极端强对流性降水发生在陆地上的概率大于海洋。对流性降水的日变化表现为,陆地上于傍晚(18—20时)和夜间(22—01时)有两个峰值;海洋上对流性降水多出现于夜间到早晨这段时间,而下午出现的概率最低。厄尔尼诺发展年,海洋上对流性降水增强,而陆地上发生的概率总体偏小,衰减年则相反;中国东部,尤其是长江以南地区的非对流性降水在厄尔尼诺发展年,多于正常年,与对流性降水的响应不一致。     

成都平原经济区气候特征分析

利用1981~2015年成都平原经济区50个气象站逐月气温和降水观测资料,统计分析了成都平原经济区的气候特征。结果表明:成都平原经济区气温空间分布呈西北低-东南高的特征,其中遂宁、资阳、成都东南部、眉山东部、雅安南部以及乐山东北部气温较高,而峨眉山及绵阳北部龙门山脉气温较低;时间变化上,气温呈显著的上升趋势,在1996年发生了由低到高的突变。成都平原经济区降水空间分布特征是峨眉山-眉山西部-雅安中部区域较多,成都西部以及绵阳市中西部次之;时间变化上,降水主要集中在7月和8月,表现出雨热同期的特点,近35a呈较显著的下降趋势。      

基于地基GPS遥感的大连地区大气水汽总量变化特征

基于大连地区地基GPS综合观测网遥感反演了大气水汽总量（PWV）,分析了大连地区PWV空间变化、逐月变化和日变化特征以及PWV变化与降水的关系,并利用大连本站2005-2011年的探空资料拟合了大连地区地面温度和大气加权平均温度的关系。结果表明：大连本站的PWV与探空积分的水汽含量相关系数达到0.988,均方根误差为2.5 mm。大连地区PWV南北分布比较均匀;PWV最大的月份为7-8月,最大月平均值约40 mm,PWV最小的月份为1月,最小月平均值小于4 mm;大连地区PWV春季和冬季日变化幅度约0.5 mm,夏季和秋季日变化幅度约1.3 mm。夏季和秋季的PWV日变化呈单峰型,春季和冬季的PWV日变化呈多峰型; 在降水发生前8 h 大气水汽总量有明显增加过程,对降水的发生有指示作用。     

云南地基GPS观测大气可降水量变化特征

利用2007年云南地基GPS站点观测资料,分析GPS反演的大气可降水量(PWV)变化特征,并用探空、实际降水量资料和GPS反演结果进行比较。结果表明:GPS/PWV能反映云南降水的季节变化特征,海拔较低的测站普遍比同期海拔较高的测站测得的GPS/PWV值高;GPS/PWV值与探空得到的大气水汽总量随时间演变趋势基本一致,其相关系数均达0.89;GPS/PWV变化周期和实际降水发生的周期基本相同,降水大多为GPS/PWV值连续增加达到峰值(或从峰值开始下降)后开始;GPS/PWV上升幅度较大或位于高位可作为连续性强降水过程出现的预报指标,但使用GPS/PWV峰值作预报指标时,还应考虑季节因素。