湖南省汛期降水结构演变特征分析

利用1980—2018年湖南省汛期96个地面气象观测站逐小时降水资料,以降水事件发生频率和降水量贡献率作为重要指标,分析湖南省汛期降水结构的时空演变特征。结果表明:(1)随历时增长,降水事件发生频率呈幂函数规律减小,降水量贡献率则呈线性增加趋势。短历时降水事件发生频率高,降水量贡献率低;长历时降水事件发生频率低,但降水量贡献率高,是汛期降水主体。短历时降水事件发生频率和降水量贡献率湘南高于湘北,而长历时降水事件发生频率和降水量贡献率湘北高于湘南。(2)近10 a短历时降水事件发生频率和降水量贡献率都呈线性增加趋势,而长历时降水事件发生频率和降水量贡献率则呈下降趋势。(3)各量级降水事件发生频率随降水量等级增加呈幂函数规律减小,降水量贡献率则随降水量等级增加呈线性上升趋势。暴雨虽然发生频率低,但是汛期降水的贡献主体。小到中雨降水事件发生频率和降水量贡献率大致表现为湘南高于湘北;而大到暴雨降水事件发生频率和降水量贡献率湘北高于湘南。(4)小到大雨降水事件发生频率年际变化不显著,暴雨等级降水事件发生频率呈显著增加趋势。小雨降水事件降水量贡献率年际变化不显著,但是中雨和大雨等级降水事件降水量贡献率呈显著下降趋势,暴雨等级降水事件降水量贡献率呈显著上升趋势。     

辽宁省夏季降水的日变化特征

文章利用辽宁省25个气象观测站1961—2008年夏季6—8月的逐时降水自记资料,分析了辽宁省夏季降水日变化的基本特征。发现：降水日变化特征地域性较强,沿海站与内陆站存在差异。总体来说,沿海站降水量的最大值基本出现在午前04-08时,内陆站点则呈双峰值的形式,峰值分别出现在午前和午后,午后1 4—20时为降水量最大值出现的时间;降水频次的日变化特征和降水量基本相同;持续时间长的降水多在午前达到峰值,持续时间短的降水多在午后达到峰值;沿海站点午前的降水峰值区基本是由持续时间在6 h以上的长时间降水造成,内陆站点午后最大降水峰值则为持续时间6 h以内的短时降水,这与内陆下午对流能量强相适应。研究表明,降水日变化的存在能够影响到降水预报的评分。     

近50年广东省分级降水的时空分布特征及其变化趋势的研究

利用广东省86个常规气象观测站1961—2010年的逐日降水资料,分析近50年广东省降水气候特征,探讨不同等级降水空间分布及随时间变化特征。结果表明:广东省降水丰沛,年均降水量多为1 500~2 000 mm;降水气候特征的区域差异较大,不同区域降水量与降水日数分布差异显著;各月的降水日数差异没有降水量月分布的差异明显,非汛期的日降水量较小,而汛期降水日数多且日降水量大;小雨日和中雨日的区域差异小,大雨日、暴雨日、大暴雨日的大值中心主要集中在广东省的三大暴雨中心地区 (清远中心、阳江中心、海陆丰中心),雨日量级分布大致由北向南逐渐增强,且随着降水等级的增加降雨日数迅速减少;小雨、中雨和大雨的降水贡献率均由粤北地区向沿海地区递减,暴雨和大暴雨的贡献率由粤北向沿海递增;小雨日数显著减少、大雨以上日数略有增多,总降水日数也呈减少趋势;小雨和中雨的贡献率呈减少趋势,大雨以上贡献率增多,使年均降水量呈增多趋势。      

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。     

山东省汛期小时降水过程时空分布特征

利用山东省74个气象站1961-2012年逐时降水观测数据,分析了山东省汛期(5-9月)短历时和持续性降水过程的时空分布特征。结果表明:(1)过程降水量和过程历时显著增大使得山东省汛期总降水量略有增加,持续性降水过程次数、过程降水量、过程历时的增加对总降水量增加的贡献最大。(2)短历时总降水量以鲁中山区、鲁东南地区最多,鲁东南沿海、半岛东部持续性总降水量最多;短历时过程降水量、平均雨强以鲁东南向西北方向经鲁中山区至德州一带最大,持续性过程降水量、平均雨强在半岛东部和鲁东南部分地区最大。(3)短历时峰值雨强以鲁中山区周边地区较大,持续性峰值雨强以鲁南、鲁东南、半岛东部较大。(4)鲁中山区、鲁南及半岛个别地区短历时降水一般开始于午后(13-18时),鲁中山区周边及半岛沿海一带多以夜雨为主,持续性降水过程开始时间多出现在夜间。     

夏季中国中东部不同历时降水时空分布特征

利用1961~2012年台站逐时降水资料,分析了夏季中国中东部不同历时降水的主要气候分布和长期变化特征,为深入认识其时空变化规律和形成机理奠定基础。分析结果表明,降水事件的平均历时由南向北呈"短—长—短"分布型,华南和北方地区以6 h以下的短历时降水为主;而中部地区(28°N~37°N)6 h以上长历时降水占总降水量60%以上。随着降水历时的增加,小雨事件(0.1~1.0 mm/h)的发生概率降低,中雨事件(1.1~10.0 mm/h)的发生概率升高;大雨、暴雨事件(10.0 mm/h)更易出现在35°N以南历时偏短的降水事件中。1961~2012年,中国中东部总降水量呈"南升北降"的趋势分布,夏季南方大部分地区降水强度、时数和事件数均呈上升趋势;而北方地区降水时数和事件数显著减少,不过降水强度呈增强趋势。中东部降水历时总体呈上升趋势,尤其以我国长江与黄河之间的中部地区变化最为显著。同时,该地区短历时(1~6 h)降水无显著的年代际转折,长历时(6 h)降水的年代际增加是20世纪70年代末至20世纪90年代初降水增多的主要原因。20世纪90年代初期以来,南方地区降水的年代际增多则是长、短降水共同作用的结果,但超过6 h降水的影响范围更广,且影响中心较短历时降水偏北。     

京津冀地区暖季降水日变化特征分析

使用2007—2017年京津冀地区156个气象站暖季（5—9月）逐小时降水观测数据,根据地形将研究区域分为6个分区,分析各分区降水量季节内变化和日变化特征,结果表明：1）京津冀的多雨区主要位于沿燕山南麓到太行山,存在多个降雨中心。2）各分区降水量季节内特征总体表现为单峰型,即7月降水量最大,7月第3候至8月第4候是主汛期,8月降水量次之,5月最少。3）降水呈夜间多,白天少的特点,7月初之前的前汛期降水多发生在16—21时;主汛期降水呈双峰型,峰值在17—22时,次峰值出现在00—07时;8月中旬以后的后汛期多夜间降水,峰值多出现在00—08时。4）高原山区多短历时降水,长历时累计降水对季节降水贡献率大值区位于平原地区,而持续性降水贡献率大值位于太行山区和燕山迎风坡的西部。     

1961～2018年长白山区不同等级降水时空变化特征

在全球气候变化影响下,长白山区的降水量发生着显著的变化,降水强度也发生着不同程度的变化。明确长白山区不同等级降水的降水量和降水天数的变化趋势对于揭示长白山区水资源演变规律具有重要意义。本研究基于长白山区气象观测站点的逐日降水数据,选取不同等级降水指标,分析了1961～2018年长白山区不同等级降水时空变化特征。结果表明:近60年,长白山区年均降水量呈现不显著的下降趋势（?0.31 mm/a）,降水天数呈现显著的下降趋势（?0.16 mm/a）,平均降水强度呈现不显著的上升趋势。不同等级降水变化主要体现为:小雨、中雨和大雨年均降水量和降水天数呈现下降趋势,而暴雨年均降水量和降水天数呈现不显著的增加趋势。长白山区年均降水量和降水天数的减少主要受小雨、中雨和大雨降水量和降水天数的减少影响。不同季节降水变化方面,长白山区春冬季降水量呈增加趋势,夏季和秋季降水量和降水天数均呈下降趋势。     

1959～2011年潮阳前后汛期降水的对比分析

根据潮阳气象站1959～2011年逐日降水资料,研究了近53年来潮阳区降水的变化特征,结果表明,前汛期和后汛期各个降水指数变化规律存在很大区别:(1)前汛期降水量、降水强度、降水频率和暴雨日数均呈下降趋势,而后汛期降水量、降水强度和暴雨日数呈上升趋势;(2)前汛期存在8年和3年的短周期,后汛期周期变化不明显;(3)前汛期极端降水量发生突变,分别是1965年和1985年,20世纪90年代后极端降水量呈明显下降趋势,而后汛期极端降水量在20世纪90年代后呈上升趋势.     

华南地区汛期极端降水的概率分布特征

利用1960-2005年华南地区71个测站的逐日降水量资料和NCEP/NCAR南半球月平均海平面气压场再分析资料,采用Le Page榆验、广义极值分布等统计诊断方法,研究了华南地区近46 a前汛期(4-6月)和后汛期(7-9月)极端降水的时空变化及概率分布特征.并讨论了南半球澳大利亚高压和马斯克林高压强度指数与华南汛期暴雨日数间年代际变化的关系.结果表明:(1)1992年华南地区降水发生了由减少趋势到增多趋势的突变,降水趋势发生突变后前汛期极端降水量和日极端降水强度有所下降,而后汛期则是显著增强.(2)华南汛期年平均日最大降水量、50 a一遇日最大降水量极值和暴雨日数的空间分布特征相似,即前汛期的空间分布自南向北呈现"低-高-低"的分布趋势,后汛期呈现由沿海到内陆的"高-低"的分布趋势.(3)1992年发生突变后,前、后汛期年平均日最大降水量和年平均暴雨日数显著增加和减少的空间分布基本一致.(4)就年代际变化而言,南半球澳大利亚高压和马斯克林高压的强度变化是华南汛期降水异常的重要气候背景,即当两高压处在同时增强时期时,华南前汛期极端降水处于偏少阶段,后汛期则处于偏多阶段.     

1961—2014年广东小时强降水的变化特征

利用1961—2014年广东32个气象观测站逐小时降水资料,采用线性趋势分析、Mann Kendall检验、功率谱分析、计算趋势系数等统计诊断方法,分析了广东小时强降水在年以及前、后汛期的气候特征及变化。结果表明,广东年、前、后汛期多年平均小时强降水的次数、强度、降水量和贡献率的空间分布均呈沿海向内陆递减。近54年来,广东平均小时强降水的次数、强度、降水量和贡献率在年以及前、后汛期的时间尺度上均为显著上升的趋势,与同期广东年暴雨次数和年降水变化不明显有明显差异。广东大部分测站小时强降水量均呈增加的趋势,其中珠三角增加最为显著。近54年来广东年和前汛期小时强降水次数存在3.7年和22年、后汛期存在3年左右的显著周期震荡。广东年和后汛期小时强降水次数在1993—1994年发生增加的突变,前汛期小时强降水次数没有突变发生。     

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。     

珠江三角洲区域大气输送和扩散的季节特征

根据1985—2004年NCEP/NCAR再分析资料,采用HYSPLIT扩散模式和虚拟源方法,模拟分析了珠江三角洲大气污染物的空间和时间分布状况,初步讨论了珠江三角洲大气输送和扩散的季节特征,及其长期变化趋势。结果表明:珠江三角洲大气的输送和扩散有明显的季节变化特征,春、夏季大气污染物汇聚区位于珠江三角洲的西北侧,秋、冬季位于偏西侧;春、夏季的汇聚区明显强于秋、冬季。春、夏季大气分别向珠江三角洲西北和偏北方向的山区输送和扩散,而秋、冬季则沿着较为平坦的粤西海岸,向西南偏西方向输送和扩散。秋、冬季大气污染物的滞留时间明显比春、夏季短。1985—2004年大气输送和扩散能力存在年际差异,其中以2004年的输送和扩散能力最弱、1996年最强。     

Impacts of Urbanization on the Precipitation Characteristics in Guangdong Province,China

With the development of urbanization, whether precipitation characteristics in Guangdong Province, China, from 1981 to 2015 have changed are investigated using rain gauge data from 76 stations. These characteristics include annual precipitation, rainfall frequency, intense rainfall(defined as hourly precipitation ≥ 20 mm), light precipitation(defined as hourly precipitation ≤ 2.5 mm), and extreme rainfall(defined as hourly rainfall exceeding the 99.9 th percentile of the hourly rainfall distribution). During these 35 years, the annual precipitation shows an increasing trend in the urban areas.While rainfall frequency and light precipitation have a decreasing trend, intense rainfall frequency shows an increasing trend. The heavy and extreme rainfall frequency both exhibit an increasing trend in the Pearl River Delta region, where urbanization is the most significant. These trends in both the warm seasons(May-October) and during the pre-flood season(April-June) appear to be more significant. On the contrary, the annual precipitation amount in rural areas has a decreasing trend. Although the heavy and extreme precipitation also show an increasing trend, it is not as strong and significant as that in the urban areas. During periods in which a tropical cyclone makes landfall along the South China Coast, the rainfall in urban areas has been consistently more than that in surrounding areas. The precipitation in the urban areas and to their west is higher after 1995, when the urbanization accelerated. These results suggest that urbanization has a significant impact on the precipitation characteristics of Guangdong Province.     

华南暖季极端降水与气温的对应关系

利用华南地区1966—2005年5—10月台站小时降水和日降水以及气温观测资料,分析了极端降水与气温的对应关系。结果表明,气温低于25℃时,日极端降水强度与小时极端降水强度均随气温升高而升高,且越极端的降水出现向两倍Clausius-Clapeyron (CC)变率转换的气温越低;气温高于25℃时,日极端降水强度和小时极端降水强度出现不同程度的下降,其中前者下降更为显著。考察降水持续时长发现,气温高于25℃时,华南地区小时极端降水随气温的下降主要由短持续性降水所贡献;气温高于28℃时几乎无长持续性降水发生。     

基于GPM卫星的广东汛期降水日变化特征与评估

新一代全球降水观测计划GPM作为TRMM卫星的继承者,在物理探测和降水反演算法上具有明显进步。以广东省雨量自动站为基准,对2014—2018年间GPM的格点降水估测产品IMERG（V5B）的日变化特征和估测误差进行分析。结果表明,IMERG能清晰反映广东前、后汛期的降水双峰型特征,但对下午降水峰值明显高估,峰值出现时间滞后;而对于沿海早晨峰值降水则明显低估,对于降水极值,低估更加显著。IMERG对两个峰值的估测误差受不同因素影响,下午峰值降水的相对偏差与地形密切相关,珠江三角洲平原为稳定高估区,地形高度越高,低估幅度越大;而早晨峰值降水极值负偏差与地形高度、降水量的相关性均较小。对出现显著负偏差的早晨沿海降水样本日进行925 hPa风场合成,可知IMERG明显低估时,对应区域上游较强的超低空西南气流与风速夜间增长。IMERG对这一季风活动背景降水的低估构成了其估测早晨降水误差的主要来源。      

强弱天气尺度强迫下广东短时强降水时空特征分析

利用2010—2019年广东区域自动站逐时雨量定义短时强降水日,采用500 hPa和700 hPa广东区域日平均垂直速度来客观衡量天气尺度强迫,并对年均和强/弱天气尺度强迫下的短时强降水进行时空分布特征分析,结果表明:广东区域的短时强降水主要发生在4—9月,发生频次具有准双峰的日变化;粤西是短时强降水最频发区;茂名山区的短时强降水主要发生在白天,弱天气尺度强迫下占比达80%以上;频发次中心位于珠江三角洲,持续1小时以上的短时强降水占该地发生频次75%。强天气尺度强迫下短时强降水4—6月最多,弱天气尺度强迫下则7月达到峰值。弱天气尺度强迫下,仅历时1小时的短时强降水在粤北河源-梅州北部山区、粤东莲花山脉附近有次中心;历时2小时及以上的相对集中在粤西、珠江三角洲北部和粤东惠州-汕尾一带;3月肇庆-云浮和珠江口附近弱天气尺度个例占比高;7月粤北占比高;早晨07时在粤西阳江沿海有孤立的高频中心。      

惠州市臭氧污染特征及其与气象条件关系研究

利用广东省惠州市区2013—2016年逐日、逐时的环境和气象资料, 研究了珠江三角洲(简称“珠三角”)东侧惠州市臭氧污染特征及其与气象条件关系。结果表明:惠州市臭氧污染具有明显的月和季节变化特征, 10月臭氧平均浓度最高, 臭氧超标日和污染日主要出现在7—10月。惠州市臭氧浓度日变化呈单峰变化, 06—08时最低, 最大值出现在午后14—15时。臭氧浓度变化和气象条件关系密切, 低浓度臭氧大多出现在气温较低、相对湿度和风速较大、云量较多伴有降水、日照时数较小的天气, 臭氧浓度超标多出现在气温较高、相对湿度和风速较小、云量较少一般无降水、日照充足的天气。惠州市臭氧超标主要出现在地面和低空偏西风下, 这可能与惠州市处于珠三角城市群下风向的区域污染输送有关。      

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。     

广东蒸发皿蒸发量的季节变化特征及其影响因素的灰色关联分析

为了研究广东省的气候变化规律及其成因,利用1961—2003年广东省86个气象站点的观测数据,采用Mann—Kendal非参数检验方法、EOF经验正交分解方法和灰色关联分析方法,对广东省近43a来蒸发皿蒸发量及其主要影响因子（日照时数、风速、降水量、饱和差、气温日较差、气温等）进行了相关性及趋势性分析。结果表明：43a来广东省的季蒸发皿蒸发量的下降主要表现在春季、前汛期和后汛期,其减少趋势通过或接近通过99％置信水平的统计检验,而秋季的变化不明显;四季蒸发皿蒸发量的下降主要表现在粤东沿海、珠三角和粤西南等沿海地区,不同季节气候变异中心的位置不同;日照时数下降以及风速、气温日较差的减小可能是近年来广东四季蒸发皿蒸发量下降的主要原因。