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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

山东半岛地区夏半年降水日变化特征

利用1985—2016年5—10月山东半岛地区24个气象观测站逐小时降水资料和2010—2016年5—10月ECMWF逐6 h再分析资料,详细分析了山东半岛夏半年降水的日变化特征。结果表明:(1)山东半岛地区夏半年降水量、降水频率和降水强度的日变化均呈双峰型特征,峰值出现在02:00—05:00和15:00前后,其中降水量和降水频率清晨峰值明显高于下午;(2)长持续性降水对总降水量的贡献大于短持续性降水,前者的日峰值出现在清晨03:00—06:00,后者的主峰出现在15:00—18:00,分别主导总降水量清晨和下午的峰值;(3)小雨对降水总频率的贡献最大,几乎占总频率的一半,而大雨和暴雨对总降水量的贡献更大,故而总降水量主要来自于大雨和暴雨。     

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.     

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。      

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。     

南海夏季风爆发前后华南前汛期降水日变化对比分析

利用华南地区248个国家级地面气象站逐小时降水数据和14个探空站数据,分析了2003—2016年4—6月华南前汛期降水日变化特征。据南海夏季风爆发时间,将降水分为爆发前后两个时段。华南地区主要存在两条大雨带,一个位于云贵高原至南岭山脉以南,另一个位于广东沿海地区。偏北雨带集中发生在后半夜至清晨时段,偏南雨带集中发生在中午至下午时段。南海夏季风爆发前后,降水量不存在明显相关性,相关系数较大时次位于中午至下午时段。前后期年降水标准差在0.5附近,变化幅度明显时段主要集中于凌晨至清晨。午后出现3 h多年降水量变化幅度最大值,最小时段为中午12时。降水量、降水频率和降水强度的经向分布特征明显且相似:降水量和降水频率在112 °E附近出现日变化转折,以西多出现不稳定夜雨,以东白天降水波动较大。在南海夏季风爆发前,降水特征主要表现为西部高频、南部高强,在清晨更多作用于对暴雨系统的增长;季风爆发后则表现为西北-东南南的高频率高强度降水形态,在傍晚更多作用于增加降水发生频率。      

青藏高原东侧“雅安天漏”旱涝年降水特征

利用四川省雅安市1951~2008年逐日降水资料和1969~2000年逐小时降水资料,统计分析了青藏高原东侧雅安地区4个典型旱年和4个典型涝年的降水量、降水频率的多时间尺度变化特征。结果表明,雅安旱年的平均年降水量为1242.9mm,涝年的平均年降水量比旱年多1010mm。旱年汛期降水量占旱年降水总量的70.4%,涝年汛期降水量超出旱年一倍,且占涝年降水总量的81.1%。旱、涝年降水量的季节变化明显,且涝年的季节差异更加显著;雨强与降水量的季节变化相似,夏季达到最大,且旱、涝年年雨强和汛期雨强的差异很明显;旱、涝年之间的雨日差异要小的多,季节差异也不突出。旱、涝年降水量和雨日的最大值、最小值出现月份不同,旱年降水量7月最多、1月最少,而涝年降水量8月最多、12月最少。另外,旱、涝年白天、夜间的月降水量和月雨日最大值出现时间不同,并且不同降水强度,旱、涝年降水量和雨日的逐月变化也有较大差异;旱、涝年降水日变化与夜雨特征都突出,但夜间降水量和频次远远大于白天。旱、涝年降水量和频次的最大值、最小值出现时间有差异,旱年最大小时降水量在01时,最小在14时。涝年夜间小时降水量为双峰结构,最大小时降水量在23时,另一最大值在03时,最小在16时。旱年和涝年最大小时降水频次均出现在00时,最小分别出现在14时和15时。并且,降水量和频次从谷值到峰值的增加速率超过了从峰值到谷值的衰减速率;进一步分析发现,随着降水强度的增加,其夜间降水量越容易出现多峰值的波动,且旱、涝年夜间降水量和频次的差值也越明显。其中,旱年中雨和大雨降水量和频次高于涝年,但涝年暴雨降水量和频次远高于旱年。      

基于小时降水资料的上海市降水精细特征分析

应用2007-2017年上海地区49个质控后的自动气象站逐时降水数据,揭示了上海地区降水的时空精细特征,结果表明：（1）加密观测资料可捕捉上海地区降水的精细特征,降水分布以东北-西南走向为主,雨带上出现多中心的特征,即中心城区、松江南部和浦东沿海三个高值中心和其他小中心的特征。（2）春夏季降水日变化位相的空间一致性强,均为单峰型变化,春季日降水峰值出现在凌晨,夏季日降水峰值在傍晚。（3）夏季受西南风和热岛效应的共同影响,中心城区下游水陆交界地区（宝山、浦东西部）为短历时降水贡献的高值区。（4）市区站的短历时降水量以下降趋势为主,郊区站的短历时降水量以上升趋势为主,其中城区及其下风向的嘉定区、浦东西部是降水量增加趋势最快的地区,这是由短历时降水频次的增多引起。     

黄河兰州上游流域近4a汛期降水变化特征

利用2015—2018年5—9月黄河兰州上游地区327站小时降水资料,定义了降水过程次数等特征量,分析该地区7个流域汛期降水变化特征。结果表明:(1)黄河兰州上游流域汛期降水量与降水日数有很好的一致性,以2018年最多,2015年最少;空间分布上都是青海东南部的龙羊峡以上流域最多,甘肃中部的刘家峡—兰州流域最少。(2)同一流域由于地理位置和流域面积大小不同等原因,各支流降水日数差异较大,特别是龙羊峡以上流域和洮河流域表现最为明显。(3)流域内降水次数日变化特征有双峰单谷型、单峰单谷型和平缓型三种形态;降水总次数、小时平均降水量大于2 mm的次数、小时最大降水量大于20 mm的次数一天中都是在傍晚后增多,且强降水出现时间多发生在19:00左右。(4)近4 a中流域内最大降水过程出现在大夏河流域,持续时间最长的降水过程在湟水河流域,小时降水量最大出现在大夏河流域。     

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。     

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。