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。     

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9 h以上(3 h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4～8 h的降水事件中。     

遵义市降水日变化特征分析

利用遵义市14个气象观测站2005—2015年逐时降水资料,从逐时降水量、降水频次、降水强度、降水昼夜分配等方面分析了遵义市降水日变化的基本特征。结果表明:降水量、降水频次和降水强度都主要集中在夜间,其中春、秋季降水日变化特征较为统一,夜间降水量级、频次和强度都明显多于白天;而冬季降水日变化总体不大,夏季降水日变化则表现为多波动性。遵义市夜雨特征显著,60%以上的降水出现在夜间,其中春季夜雨比率最大,其次是冬季,再次是秋季,而夏季夜雨表现并不十分明显,夜间降水量和降水频次占全天的合计比率冬、春、夏、秋季全市平均分别为68%、77%、54%、63%。降水量日变化与降水频次关系密切,受降水强度的影响次之。     

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。     

新疆昌吉市主汛期降水日变化特征

基于昌吉市2008—2015年逐时自动降水资料,分析了主汛期(5—8月)降水日变化特征。结果表明,降水主要集中在夜间21:00至翌日03:00,最大值出现在02:00,最小值出现在14:00;逐时降水频次为明显的单峰型,降水易发生在21:00至翌日08:00,降水频次的高峰值出现在01:00,降水最不易产生于午后15:00至18:00;降水强度变化的波动性较大,大值区出现在21:00至翌日02:00和午后15:00至19:00,最高值出现在18:00,最低值出现在04:00至08:00;在≥0.1 mm、≥1 mm和≥3 mm的逐时降水频次中,夜间降水频次较白天高,≥0.1 mm的降水出现次数较多;降水主要以夜雨,且以短时间(1—4h)的降水为主,贡献率最大的是持续7h的降水,最小的为12h;总云量和低云量的变化与降水量成显著正相关关系。     

2008～2016年重庆地区降水时空分布特征

利用2008~2016年国家气象信息中心提供的0.1°分辨率的中国地面与CMORPH融合逐小时降水产品,分析了重庆地区的降水时空分布特征,尤其是小时强降水的时空分布特征。结果表明:(1)年均降水量总体呈西低东高分布,大值中心位于重庆东北和东南部,且存在一定的季节性差异,特别是夏季,西部降水明显增强,总降水呈两高(西部、东部)一低(中部)的分布;降水频次、降水强度与地形的相关性较高,海拔高度较高的山区(海拔高度>1000 m)降水频次多大于盆地和丘陵区(海拔高度<1000 m),降水强度与之相反,且小时强降水多发生在迎风坡前侧的过渡区域,说明高海拔区域易出现降水,但降水强度不强,而地形抬升则是触发强降水的重要原因,导致山前降水明显大于山峰。(2)重庆地区降水主要集中在5~9月,降水量、降水强度和小时强降水频次均呈单峰型分布,峰值出现在6~7月,降水频次呈双峰型分布,一个峰值出现在5~6月,另一个峰值出现在10月,7~8月为低频期,与副高控制下的连晴高温天气有关。(3)重庆地区降水存在明显的日变化特征,降水以夜雨为主,且降水峰值出现时间表现为向东延迟的特征,重庆西部日峰值出现在凌晨02:00(北京时,下同),中部出现在清晨05:00,东北部出现在早上08:00。从不同季节来看,春季、秋季和冬季降水日变化呈单峰型分布,主要集中在清晨,而夏季受午后局地对流性天气的影响,在下午17:00左右存在一个次峰值。(4)强降水的主要集中在夏季,在空间上存在三个大值中心,受西南涡及地形的相互作用,夏季在缙云山以西的盆地区域,小时强降水频次明显较高。     

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。     

帕米尔高原东部地区4-9月降水日变化特征研究

基于帕米尔高原东部100个气象站2013-2019年4-9月逐小时降水观测资料，分析了帕米尔高原东部降水量、降水频次和降水强度时空变化特征。结果表明：帕米尔高原东部年平均降水量呈南部少于北部，平原少于山区的特征。降水频次集中在西部山区，东南部最少。研究区北部和盆地边缘的降水强度大于西部和西南部的山区。逐月降水量呈北部和西北部高，盆地西部边缘地区最少，8月最多，4月最少。年平均降水频次逐月空间分布呈高值主要集中在研究区北部和西部，低值主要集中在盆地西部的边缘区域的特征。逐月降水强度的空间分布与降水量和频次也存在较大差异，降水强度在中间平原地区在4月最强。小时降水量峰值主要出现在12—23时，低值出现在00—10时。小时降水频次15时至次日 01时为强度高值时段，14—20时具有增长趋势。小时降水强度在日出前后达到最大值，其中00—09时为高值时段，10—23时为低值时段。帕米尔高原东部地区各月小时平均降水量主要集中在18时左右，降水频次主要集中在18—23时，夜间降水强度略微高于白天。年平均降水量，降水频次及降水强度与海拔高度之间存在明显的相关性，大概2500 m 以下降水量随着海拔高度的升高而增加，2500 m 以上降水量随着海拔高度的升高而降低。降水频次在3000 m 以下随着海拔高度的升高而增多，3000 m以上随着海拔高度的升高而减少。整体来讲，降水强度与海拔高度整体来呈负相关性，降水强度随着海拔高度的升高而减弱；大概2500 m 以下降水强度随着海拔高度而加强，2500 m 以上降水强度随着海拔高度的升高而减弱。     

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.     

四川地区短时强降水事件时空演变特征研究

利用四川地区自动气象站逐小时降水观测资料,分析了2010~2019年5~9月短时强降水事件24h累计降水量、频次和强度的时空分布特征,探讨了短时强降水事件发生的频次、极值分布及其与地形、海拔高度等的关系。结果表明:四川地区平均24h累计降雨量基本在50mm以上,盆地东北部、西南部、南部及阿坝州东部甚至超过100mm,最大值出现在广安,达175mm。四川地区短时强降水事件开始时间的日变化特征表现为“V”型结构的夜间峰值位相,事件持续时段多为傍晚至凌晨,时长可达10h以上,最长甚至可持续22h。在强降水事件极值的日变化上,极大值频次和降水量呈单峰结构,在03时达到最大,其后逐渐减小至15时达到谷值,而后再次增大;降水强度呈弱双峰结构,分别在04时和16时达到谷值,13时和18时达到峰值,其日变化呈“增-减-增-减”的特征。四川短时强降水事件与复杂地形有密切的关系,5~6月事件活跃区在四川盆地中部,7月在盆地西部的龙门山脉一带,8月在雅安、乐山附近,9月在盆地北部且频次明显减少;短时强降水事件的最大小时雨强可达80mm以上,出现在7~8月的盆地西部龙门山一带和南部地区。短时强降水事件随着海拔高度的增加,发生频次和日数逐渐减少,海拔2000m以上地区基本无强降水发生日出现( 峨眉山气象站例外)。      

四川省近10年极端小时降水时空分布特征

利用2012~2020年四川省156个国家气象观测站小时降水资料,以四川盆地、川西高原和攀西地区为考察重点,统计分析了全省极端小时降水的时空分布特征。结果表明:（1）四川省各站极端小时降水阈值、发生频次、平均强度及贡献率差异明显,高值区主要集中在盆地和攀西南部;盆地多站极端小时降水阈值在50 mm/h以上,小时降水极大值超过80 mm/h。（2）四川省极端小时降水事件主要集中在7月和8月,其中50 mm以上的小时强降水事件占比超过1/3;盆地、川西高原和攀西地区极端小时降水发生频次分别在7月、6月和8月达到最高,而小时强降水事件分别在8月、7月和6月出现最多。（3）四川省极端小时降水频次日变化峰值出现在02时,具有单峰和夜发特征,其中盆地、川西高原和攀西地区主峰值分别出现在05时、21时和02时;四川省50 mm以上小时强降水事件夜发占比达63.5%,各区域出现高峰时段差异大。      

千米尺度数值预报模式对泰山地区暖季降水预报性能的评估

为深入认识对流可分辨模式对小尺度孤立地形区降水的预报性能,使用2017年暖季（5—9月）台站逐时降水观测数据,以小时尺度降水特征为指标,细致评估了千米尺度分辨率（3 km）的北京“睿图”短期数值预报子系统（RMAPS-ST）对泰山及其周边地区降水特征的预报能力,并对比了不同起报时次（北京时08时和20时）的预报差异。评估发现,RMAPS-ST可以再现泰山站的局地降水中心,但区域西南侧降水预报小于观测,而泰山站及其东北侧则相反。清晨和午后时段的降水预报与观测相比存在较大偏差。以泰山站为例,RMAPS-ST易于低估夜间至清晨时段的降水频率,这可能与模式对降水系统发展演变过程的预报偏差以及清晨泰山站弱降水事件的漏报有关;清晨泰山站降水强度的预报在不同起报时次的结果中存在差异,20时起报存在大幅度高估的问题,进而导致其暖季平均降水量预报大于观测,而08时起报对于清晨降水强度的高估不明显;08时起报易高估泰山站午后的降水频率,这与其午后短历时降水事件数预报偏多有关,模式对山区热动力场的预报偏差是午后降水空报的可能原因。小时尺度降水特征已应用于中国气象局区域数值预报模式的业务评估体系中,本研究结果也表明,此类评估有助于深入认识千米尺度数值预报模式对降水日内变化的预报能力,从而为精细化降水产品的订正提供更详实的科学依据。      

伊宁市1991-2011年降雨特征分析

利用1991～2011年5～9月伊宁市气象站逐小时降水资料,分析了伊宁近21a降雨特征。结果表明,21a来伊宁雨日年际变化较为明显,后10a和前10a相比,中雨、大雨和暴雨日数均出现增加,但小雨日数明显减少导致总雨日出现了减少。小雨过程发生最多的时段是7月中旬,中雨和大雨过程最多时段同在5月下旬。前半夜为中雨、大雨、暴雨过程最易发生时段,后半夜为小雨过程最易发生时段。逐小时降水量和降水频次呈现较为一致的日变化特征,夜雨多且雨量集中。伊宁的降水主要以短时性降水（1～4h）为主,多发生在前半夜至后半夜,1h降水频次最多的是量级≤1mm的降水,但1.1～3mm量级的降水贡献率最高。     

GRAPES千米尺度模式在西南复杂地形区降水预报偏差与成因初探

利用2019年夏季（6—8月）西南复杂地形区地面观测站逐时和逐日降水量观测数据,从降水量和降水频率入手,对同期GRAPES-Meso 3 km业务模式短期（36 h以内）降水预报性能,特别是在不同典型地貌区—四川盆地子区、云贵高原北部子区和南部子区、青藏高原东缘山地子区的预报偏差进行细致评估与分析。结果表明:（1）GRAPES-Meso 3 km模式能合理地刻画出西南复杂地形区夏季日降水和日内尺度降水的主要特征,以及小时降水频次-强度的基本关系。（2）在各子区,模式日降水量（频率）预报表现为清晰的正偏差,正偏差在盆地子区最显著,为观测值的1.1倍（0.3倍）;日降水量正偏差主要由强降水日降水量预报偏大引起,但频率正偏差在云贵高原南、北子区与其他两个子区不同,主要是中小雨日数预报偏多的贡献;强降水（中小雨）落区预报存在明显（轻微）偏大倾向,强降水预报落区偏大频率在青藏高原东缘山地子区最高,达82.8%,在云贵高原南部子区最低,为53.6%。（3）日循环上,各时次小时降水量（频率）预报整体偏大,且主要正偏差出现在观测的夜雨峰值时段,其中海拔1200 m以下区域的降水频率正偏差从夜间峰值区延续到中午,模式偏强的日降水量预报往往表现为日内偏长的降水时长或小时降水空报。（4）诊断分析显示,模式在四川盆地区突出的夏季日降水预报正偏差是模式对流层低层在云贵高原南-东南侧偏强的西南风预报与西南地区特殊地形结合的产物。      

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。     

Distribution and Diurnal Variation of Warm-Season Short-Duration Heavy Rainfall in Relation to the MCSs in China

Short-duration heavy rainfall（SDHR） is a type of severe convective weather that often leads to substantial losses of property and life. We derive the spatiotemporal distribution and diurnal variation of SDHR over China during the warm season（April–September） from quality-controlled hourly raingauge data taken at 876 stations for 19 yr（1991–2009）, in comparison with the diurnal features of the mesoscale convective systems（MCSs） derived from satellite data. The results are as follows. 1） Spatial distributions of the frequency of SDHR events with hourly rainfall greater than 10–40 mm are very similar to the distribution of heavy rainfall（daily rainfall 50 mm） over mainland China. 2） SDHR occurs most frequently in South China such as southern Yunnan, Guizhou, and Jiangxi provinces, the Sichuan basin, and the lower reaches of the Yangtze River, among others. Some SDHR events with hourly rainfall 50 mm also occur in northern China, e.g., the western Xinjiang and central-eastern Inner Mongolia. The heaviest hourly rainfall is observed over the Hainan Island with the amount reaching over 180 mm. 3） The frequency of the SDHR events is the highest in July, followed by August. Analysis of pentad variations in SDHR reveals that SDHR events are intermittent, with the fourth pentad of July the most active. The frequency of SDHR over mainland China increases slowly with the advent of the East Asian summer monsoon, but decreases rapidly with its withdrawal. 4） The diurnal peak of the SDHR activity occurs in the later afternoon（1600–1700 Beijing Time（BT））, and the secondary peak occurs after midnight（0100–0200 BT） and in the early morning（0700–0800 BT）; whereas the diurnal minimum occurs around late morning till noon（1000–1300 BT）. 5） The diurnal variation of SDHR exhibits generally consistent features with that of the MCSs in China, but the active periods and propagation of SDHR and MCSs difer in diferent regions. The number and duration of local maxima in the diurnal cycles of SDHR and MCSs also vary by region, with single, double, and even multiple peaks in some cases. These variations may be associated with the diferences in large-scale atmospheric circulation, surface conditions, and land-sea distribution.     

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。