河湟流域降水日变化特征分析

利用海东区域自动气象站2007—2016年逐小时降水数据,分析比较河湟流域~*5—9月份降水量、降水频次和降水强度的日变化峰值位相的整体特征、空间分布差异和典型区域平均的日变化演变特征。得出,河湟流域降水日变化峰值时间主要是傍晚到夜间和清晨双峰型位相和午夜单峰型位相,就整体而言,降水强度的下午峰值特征更加突出,降水频次以午夜峰值为主。综合考虑降水量和降水强度降水频次的日变化峰值位相发,发现河湟流域降水日变化峰值位相在空间分布上存在南北差异,北部双峰型位相和南部单峰型位相特征;从降水量、频次、强度的日变化演变特征来看,北部地区双峰型位相特征,降水量以傍晚至夜间峰值为主清晨峰值为次,降水量位相与降水频次位同步相滞后于降水强度位相;南部地区是单峰型位相特征,降水量峰值出现在午夜,低谷出现在中午,降水量位相与降水频次位相同步滞后于降水强度位相,这应是降水演变过程中时间演变不对称性和高原对流云系发展演变的具体表现。     

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。     

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。      

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。      

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。     

河南省暖季小时极端降水时空分布特征

利用2010—2018年河南省371个气象观测站(包含122个国家站和249个骨干区域站)逐时降水资料,对河南省暖季(5—9月)小时极端降水时空分布特征进行了统计分析。主要结果如下:(1)河南省暖季第99.9百分位小时极端降水阈值、强度、频次和贡献率的局地差异明显,其高值区主要分布在伏牛山南部、黄淮平原东部和淮河流域西南部。(2)河南小时极端降水事件主要发生7、8月,其中7月最多,且有1/4以上为区域性极端降水事件;全省小时极端降水频次日变化表现为明显的双峰型,主峰值出现在傍晚;80 mm·h~(-1)以上小时极端降水频次日变化呈多峰结构,主峰值出现在夜间。(3)山地、丘陵、城市和平原四类下垫面区域的小时极端降水指标存在差异,城市小时极端降水强度最大,频次最低;山地小时极端降水强度最低,频次最高。(4)四类下垫面小时极端降水日变化虽均表现为双峰型,但也存在明显差异:山地其峰值以夜间为主,傍晚为辅;丘陵其峰值夜间、傍晚并存,且峰值强度接近;平原以及城市则以午后峰值为主,其中城市午后峰值强度更高。     

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。     

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。     

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。     

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。     

横断山脉纵向岭谷地区短时强降水时空分布特征

利用横断山脉纵向岭谷典型区域2005～2019年28个地面气象观测站逐时降水数据，分析纵谷区短时强降水时空分布特征，结果表明:(1)纵谷区年降水量自西向东减少，而短时强降水量对年降水量的贡献则从西北向东南增加，短时强降水发生频率空间分布极不均匀，在0.1～6.7次/年之间，纵谷区上段发生频率很低，怒江下游和金沙江下游周边流域出现2个大值中心。(2)纵谷区短时强降水年发生频率具有0.022次/年的增加趋势。发生频率逐月变化峰值在7～8月出现，纵谷区下段2个大值中心在6～9月均明显存在；逐候变化多峰值特征突出(36、39～44、47和51候4个峰值)，且51候后的下降趋势强于36候前的增加趋势，候频率高峰到达时间的空间分布表现出东北早、西南晚的特点。(3)发生频率日变化主峰值多出现在凌晨，次峰值在傍晚。子夜前后、凌晨、清晨三个时段频率空间分布均自北向南、东南增加，怒江和金沙江下游的2个大值中心明显，而午后、傍晚二个时段频率的空间分布差异较小。纵谷区中上段发生频率日变化幅度大，其西部多为夜发性短时强降水，而东部则以午后至傍晚的短时强降水为主，纵谷区下段发生频率日变化幅度小，午后、傍晚、夜间都会出现。短时强降水的这些时空分布特征与横断山脉纵向岭谷地形及南亚季风活动特性密切相关。      

双低空急流影响下华南初夏降水日变化的时空分布特征

利用2010—2016年5—6月ERA5逐小时再分析数据集和国家气象信息中心逐小时降水量融合产品,对影响华南地区的低空急流事件进行筛选和分类,并分析天气系统相关的低空急流（Synoptic-system-related Low-Level Jet,SLLJ）和边界层急流（Boundary Layer Jet,BLJ）的日变化及其影响下的华南降水日变化的时空分布特征。结果表明,BLJ和SLLJ在白天减弱、夜间增强,并在凌晨达到峰值,其日变化主要与边界层惯性振荡引起的非地转风的顺时针旋转有关。双急流日华南地区降水量显著增加,且降水日变化有明显的区域差异,这与双急流的演变和配置密切相关。广西中北部主要为SLLJ左前方发生的夜间山区降水,且降水量仅有凌晨的单峰。广西沿海和广东地区存在早晨和午后两个峰值,BLJ出口区辐合和SLLJ入口区辐散的维持有利于降水频率的增大,从而导致午后峰值的出现,而早晨的峰值除了受双急流有利配置的影响外,主要归因于早晨降水强度的增加。     

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.     

全球模式NCAR CESM和CAS ESM对亚洲东部夏季气候的模拟性能评估:气候平均态和降水日变化分析

主要评估了美国国家大气研究中心的NCAR CESM（Community Earth System Model,NCAR）和中国科学院的CAS ESM（Earth System Model,Chinese Academy of Sciences）两个地球系统模式对亚洲东部夏季气候态的模拟性能。使用NCAR CESM和CAS ESM各两种不同的水平分辨率,一共进行了4组长达19年（1998~2016年）的数值积分试验,并通过对2 m气温、降水强度和降水日变化等的分析,比较了这两个模式在亚洲东部的模拟性能。结果表明,CAS ESM和NCAR CESM均能模拟出夏季2 m气温和降水强度的大尺度分布特征,但整体上模拟得到的地表面气温偏暖、降水强度偏弱。对于降水日变化而言,观测的日降水峰值在陆地上主要发生在下午到傍晚时段,在海洋上则出现在午夜到凌晨时段。两组低分辨率试验模拟的陆地降水峰值出现过早,且无法模拟出四川盆地的夜间降水峰值和部分海洋地区凌晨或上午的降水峰值。提高分辨率对模式的模拟性能有显著的提升作用。高分辨率下,NCAR CESM和CAS ESM对陆地和海洋的降水日变化模拟性能都明显提高。对降水日变化的定量化分析表明,高分辨率CAS ESM模式对整个亚洲东部降水日变化的模拟最优。目前模式对海陆风的模拟还不太理想,未来要进一步提高模式模拟性能,需要重点完善与气温、降水过程相关的物理参数化方案。