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。      

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。     

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。     

湖北省夏季降水日变化特征

利用2001—2014年湖北省77个气象观测站的整点逐时降水数据,通过划分不同区域和三种量级降水的方法,分析了夏季(6—8月)降水日变化特征。结果表明:1)湖北省夏季降水日变化特征非常明显,降水量曲线呈双峰结构,峰值出现在08时和17时(北京时间,下同),降水频次与降水强度均呈现"一主一次"的双峰结构,这主要与青藏高原东移来的天气系统自西向东的滞后性以及局地热力强迫有关,发生在傍晚(15—18时)的降水强度有明显的年际增强趋势。2)湖北省降水日变化特征区域差异显著,鄂西北与鄂西南降水峰值主要出现在傍晚和夜间,谷值出现在正午,鄂东三个区域的降水峰值出现在上午和傍晚,谷值出现在午夜。3)近14 a强度为0~20 mm/h的降水呈现减少趋势,主要发生在鄂西地区。其日变化曲线为"一主一次"的双峰结构,主(次)峰值出现在07(17)时。与之相反,短时强降水(≥20 mm/h)的发生概率东部大于西部,平原大于山区,有增加趋势的站点占总站点数的53.24%,峰(谷)值出现在17(12)时。短时特大强降水(≥50 mm/h)峰值出现在15—20时,03—14时出现概率较低。     

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。     

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。     

气候变化对城市年径流总量控制率分区的影响

城市地区强降水发生频次和强度的增加容易诱发内涝现象,年径流总量控制率作为海绵城市的重要设计参数,更是直接受到降水变化的影响。以江苏省为例,利用全省70个国家级气象观测站1961—2019年最新的日降水量资料评估了气候变化对城市年径流总量控制率分区的影响。研究发现,有效降水的年代际变化十分明显,1991—2019年降水日数、降水量、降水强度均比其他时间段上更多、更强;太湖流域的设计雨量较小,连云港地区的设计雨量较大,南北差异随着控制率的提高而扩大,当控制率为85%时,全省设计雨量平均值为38.1 mm,最大值是最小值的1.7倍;气候变化对年径流总量控制率分区影响明显,江苏的苏南、江淮南部大部分地区的分区变大,导致全省IV区所占面积明显增加。不同等级降水的变化趋势是影响年径流控制率分区的关键因素,大雨以上的雨日、雨量在有效降水中占比增加,则分区变大。     

基于CMPAS产品的河西走廊汛期降水日变化特征

利用CMPAS格点和河西走廊国家气象站、区域气象站逐小时降水量数据,运用常规的气候统计方法,分析了河西走廊2018—2022年汛期（5—9月）降水量、降水频次、降水强度的空间分布和日变化特征。结果表明：（1）受地理位置、海拔高度、纬度以及影响系统影响,降水总量、降水频次及降水强度的空间分布总体上表现为由西北向东南增加,低纬度高海拔的走廊中东部及沿山区大于高纬度低海拔的走廊西部及平原区;（2）受青藏高原东北侧午后湿对流和凌晨到上午气温较低影响,降水量、降水频次和降水强度日变化均表现为双峰型分布,峰值时间段出现在16—23时和06—10时,谷值出现在12—14时;（3）持续7～12 h的降水量和1～3 h的降水频次最多,持续13～24 h的降水频次和降水量最少,不同持续时长降水量和降水频次大值都集中出现在傍晚和凌晨。     

2021年攀西地区精细化预报与数值模式小时降水检验

基于精细化预报（GDDZ）和CMA-MESO、西南区域模式（SWC）两家高分辨率模式的小时降水预报,从TS（Threat Score）评分、小时降水频次、小时降水强度、峰值时间等方面,对2021年汛期攀西地区16次降水过程进行小时尺度的检验。结果表明:（1）从逐时降水来看,在晴雨（0.1 mm）TS评分中,GDDZ在00~11时表现较优,CMA-MESO模式在12~23时表现较优;在大雨（7 mm）和暴雨（15 mm）TS评分中,CMA-MESO模式表现较优。（2）从小时降水频次来看,SWC模式预报的降水发生频次空间分布与实况更为接近;从小时降水强度来看,GDDZ预报的降水强度与实况更为接近。（3）从降水量峰值时间来看,GDDZ与实况更为接近;从小时降水强度峰值和降雨频率峰值时间来看,CMA-MESO模式预报与实况更为接近。      

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。     

近30a安徽省汛期降水日变化特征分析

采用1981—2010年安徽省逐时降水资料,从降水量、降水频次和降水强度三个方面对不同量级降水日变化进行分析,研究表明:(1)降水量和降水频次呈双峰结构,降水强度则无明显峰值。小雨和中雨降水量峰值时间主要在下午,大雨呈现出上下午双峰结构,暴雨的峰值则出现于上午。经分析,这是由于不同日降水量级下持续性降水事件的构成不同所导致;(2)在空间分布上,各量级降水日变化有明显区域性特征。总体来看量级较小的降水峰值出现时间的空间分布较为一致,量级越大则一致性越差;(3)近30 a出现在下午的降水量峰值和降水强度峰值的年际变化较为一致,均在1993—2001年间有所加强。且在东亚夏季风较强的年份,安徽省降水峰值时间主要集中在午后;而在弱季风年,峰值时间出现于早晨的站点偏多。     

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.     

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。     

西咸与西汉高速公路降水时空变化特征

利用2014—2020年西安—咸阳机场高速公路(简称西咸高速公路)和西安—汉中高速公路(简称西汉高速公路)交通气象站和临近国家自动气象站的逐小时降水资料,分析了西咸、西汉高速公路降水的时空分布特征。结果表明:西咸、西汉高速公路年降水量和降水日数由北向南逐渐递增。夜雨量大于昼雨量,夜雨出现的时间长、强度大。5—10月降水量占全年的69%~91%,其中6、9月偏高较多。5—10月小雨降水日数最多,暴雨日数最少,暴雨月平均降水量和降水强度的最大值均出现在7、8月。西咸、西汉高速公路为夜间至清晨和午后降水峰值型。西汉高速短时强降水发生频次较多,而西咸高速公路的极端强降水发生频次明显多于西汉高速,各公路点1 h最大降水量均发生在7、8月。21:00—01:00高速公路的降水量和强度偏大,且西汉高速公路多为山路,滑坡、泥石流等灾害发生的风险增大,尤其发生在夜间,危害更大。     

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。     

长江下游地区汛期暴雨气候特征分析

IPCC(1995)第二次科学评估报告指出了极端气象事件变化研究的重要意义[1].长江下游地区地势低平,往往是我国暴雨洪涝的多发区域,造成严重灾害,因此,研究长江下游地区暴雨的规律具有极其重要的意义.选取了长江下游地区52站1960～2003年逐日降水资料,运用EOF分析将其分为3个分区,采用小波分析,Mann-kendall非参数检验法及趋势系数法等分析方法研究各分区汛期暴雨降水的气候统计特征.结果表明:虽然汛期同为暴雨降水的集中时期,但各分区暴雨降水在汛期降水中所占比重略有差异,暴雨降水量、频次所占比例的空间分布为西区较大、东区和北区略小,暴雨平均强度则西区和北区东部强、其他区域小.同一区域中降水量与频次具有显著的正相关,不同区域间仅暴雨降水量的相关性较好.暴雨降水量44 a中呈现了增加的趋势.各区汛期暴雨具有多重时间尺度的周期变化,暴雨降水量和频次的周期在西区与全区的较为一致,主要是6～9 a的周期振荡.东区和北区有着不同尺度的振荡周期.各区的暴雨降水强度都不同程度地存在着3 a的周期振荡.长江下游地区汛期暴雨降水量除北区外,全区及其他分区的突变时刻均发生在1980年代末～1990年代初这一时期,暴雨降水量在1980年代中期～20世纪末出现了一个增长的过程,北区趋势并不显著.全区暴雨平均强度在突变时刻之后有一个减弱的过程,而西区和北区的暴雨平均强度变化并不显著.     

2004—2016年浙江省夏季降水的日变化特征

利用浙江省71个气象观测站的逐小时降水数据,分析2004—2016年夏季(6—8月)降水日变化特征。结果表明:(1)浙江省夏季降水量和降水频次日变化总体上呈现"一主一次"的双峰特征,降水量和降水频次主峰值分别出现在17:00前后和19:00前后。近13 a来,夏季降水量和降水频次有明显的增加趋势。(2)降水日变化特征区域差异明显。浙中西部地区和沿海岛屿的降水量、降水频次和强度日变化波动幅度较小,降水强度的峰值出现在09:00—11:00;浙南地区降水量、降水频次和强度日变化具有单峰特点,峰值均出现在15:00—20:00。(3)降水日变化与不同持续时间的降水事件有关,≥6 h持续性降水事件的降水峰值易出现在09:00前后,而<6 h短时降水事件的降水峰值出现在15:00—22:00。不同区域降水事件有所差异,浙中西部地区和沿海岛屿的降水量来源于持续性降水和短时降水事件的共同贡献,浙南地区降水量主要来源于短时降水事件的贡献。(4)短时强降水(20～50 mm·h^(-1))和特强降水(≥50 mm·h^(-1))易发生在温州、台州和宁波等沿海地区,其中杭州湾、台州局部地区是短时特强降水的高发区;短时强降水的日变化具有单峰特征,降水峰值出现在15:00—20:00。     

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。     

喀什市降水日变化特征分析

利用1994～2013年5～9月喀什市气象站逐小时降水资料,分析喀什近20a降水日变化特征。研究表明,20时至翌日06时为降水量的高值阶段,最大值出现在01时,07时至19时为降水量的低值时段,最小值出现在16时。降水频次的高值区为00时至07时,降水最不易产生的时间为17时。降水强度最高值在20时,次高值为01时,也是累积降水量较大时刻,降水强度最低值出现在15时也是累积降水量的低值区。喀什的降水主要以短时性降水（1～3h）为主,多发生在傍晚至夜间,1h降水频次最多的是量级≤1mm的降水,但1.1mm≤R1≤3.0mm量级的降水贡献率最高。小雨、中雨及大雨降水过程最易发生时段均为前半夜,下午为各量级降水过程发生最少的时段。     

CDF-T方法在站点尺度日降水预估中的应用

基于1961-2015年上海降水观测数据和8个全球气候模式GCMs模拟的日降水量数据,采用累计概率分布函数构建转换模型CDF-T建立了站点尺度日降水量的统计降尺度模型。结果表明,降尺度模型显著改善了GCMs对降水日数偏多、降水强度偏低和降水量偏少的模拟结果。与利用全年日降水序列建模结果相比,利用汛期日降水序列建模更好地刻画了汛期降水的累计概率分布曲线,同时提高了汛期总降水量、降水强度和年平均暴雨日数、暴雨量、暴雨强度的均值和变化趋势的降尺度效果。模型对较长年份的暴雨重现期订正效果更佳。与当代(2006-2015年)气候相比,2016-2095年上海降水呈现以下特征:全年和汛期总降水量和降水强度增加,降水日数减少,未来可能出现更多的旱涝年;汛期降水极端性增强,暴雨降水均值和极端值均增加;50年以上重现期的年最大日降水量未来呈前40年减少后40年增加的变化。CDF-T模型为站点尺度气候变化影响评估和未来预估提供降尺度技术和基础气候数据。