2010年汛期长江中游对流降水日变化特征分析

利用2010年6月16日至7月31日每3h一次的探空资料、逐小时地面加密观测和卫星云图黑体辐射亮温（TBB）等资料,对长江中游的对流降水及大气物理量的日变化特征进行了分析。结果发现：对流降水具有明显的日变化特征,降水在15时（01时）左右具有峰（谷）值。地面气象要素和大气探空物理量也具有明显的日变化特征。地面温度的日变化特征最为明显,平均日变化幅度约9℃,露点温度的日变化幅度不到1℃,相对湿度的日变化主要由温度日变化造成。地面温度日变化的空间分布受到地形的影响,白天（夜间）高地形区升温（降温）幅度较平原地区大。地形差异造成的温度梯度日变化可驱动地形性热力流,白天山峰（平原）地区为地形性辐合（辐散）热力流,夜间恰好相反。白天低层大气稳定度降低和对流有效位能增大,有利于热对流的发展;夜间抬升凝结高度降低、相对湿度升高和大气可降水量增大有利于清晨长生命史对流系统的发展。     

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。      

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。     

我国西南部降水日变化特征分析

利用1991-2004 年台站观测的逐时降水资料分析了我国西南部降水日变化的基本特征和区域差异。结果表明,西南部降水“夜雨”特征明显,但存在午后次峰值,且区域差异显著。降水频次和降水强度亦存在明显日变化,夜间降水量峰值主要来自于降水频次的贡献,而午后降水量峰值以降水强度的贡献为主。在25^。N以北,降水量的峰值位相超前于降水频次1~2 h 且自西向东存在区域差异。西部降水量主峰值在凌晨03—04 时,而中、东部在01—02时,中部和东部的区别主要在降水强度的日变化上,中部的强度日变化为午夜单峰值结构,而东部的午后强度较大。以南地区的降水日变化特征与北部明显不同,南部降水量主峰值出现在午后,且主要是强度的贡献,次峰值出现在凌晨 05—06时,以频次贡,献为主。     

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。     

四川盆地夏季降水日变化的数值模拟

利用区域气候模式RegCM3对1991-2004年四川盆地夏季降水进行了数值模拟,通过模拟结果和NCEP/NCAR再分析资料的对比,评估了模式对四川盆地夏季＂夜雨＂现象的模拟能力。结果表明,RegCM3模式能较好地模拟出四川盆地夏季降水的空间分布和日变化规律,四川盆地夏季＂夜雨＂现象的形成与该地区的地形分布有密切关系。...     

区域数值预报系统在北京地区的降水日变化预报偏差特征及成因分析

为了研究北京快速更新循环同化预报系统(BJ-RUCv2.0)在北京地区降水日变化的预报偏差特征及其成因,利用2012—2015年夏季BJ-RUCv2.0系统第2重区域(3 km分辨率)预报结果和北京地区122个自动气象站逐时观测数据以及观象台探空观测资料,分析模式对北京地区降水日变化预报偏差的区域性特征和传播特征,研究模式局地环流预报偏差特征及其对降水预报偏差的可能反馈机制。研究结果表明,BJ-RUCv2.0系统多个更新循环的预报在北京平原地区均存在夜间降水漏报问题,降水预报偏差表现为模式预报降水在西部山区降水偏多,预报降水雨带难以在平原地区增强发展,造成了模式降水在傍晚山区偏多而夜间平原地区降水明显偏少。通过分析模式局地环流预报偏差及其响应机制发现,由于白天平原地区近地层偏暖偏干,山区底层偏冷中层偏湿,造成了山区-平原地区间的温度梯度强度偏强且强温差出现时间提前,西部山区午后降水偏多;由于平原地区地面气温预报持续偏高,入夜后偏北风难以到达平原地区,造成了山区-平原间的地形辐合线位置偏北,影响山区降水雨带向平原地区移动,同时平原地区近地层内水汽持续偏低,抑制降水雨带在东移过程中的发展,造成模式在平原地区夜间降水预报容易出现漏报。模式冷启动所用的GFS资料土壤湿度在北京平原地区明显小于实际观测,是模式预报偏暖偏干的可能原因之一。     

达县降水日变化特征分析

利用达县1959～1998年3～10月逐时降水资料，按逐时降水量≥0．1mm、≥5．0mm、≥10．0mm、≥20．0mm、≥25．0mm等标准分类作降水量、降水频次(概率)以及降水过程开始、结束、持续时间等方面的统计，得出了降水日变化的一些特征，同时对其成因进行了分析。     

华北汛期日降水特性的变化分析

基于中国740站逐日降水资料, 使用线性倾向估计、 Mann-Kendall突变检验等方法, 分析了华北汛期降水量、 5类汛期降水频率及其贡献率的趋势特征和年代际变化, 揭示出一些比较有意义的新事实, 结果如下: 华北汛期降水量、 5类降水频率及其贡献率都有一定的下降趋势, 华北汛期降水量下降趋势最明显。5类降水频率的下降趋势, 表现出明显的渐变特点, 其中, 小雨频率下降趋势最大, 暴雨频率和大暴雨频率的下降趋势并不显著。5类降水贡献率下降趋势中, 华北暴雨贡献率下降趋势最大。50年来, 华北汛期大雨贡献率最大, 接近于总降水的1/3。华北汛期降水量的多寡主要受其汛期大雨的频率和暴雨的贡献率影响。华北汛期降水量和暴雨贡献率都在1978年前后发生了年代际突变, 华北暴雨贡献率的年代际突变是造成华北汛期降水量发生年代际突变的内在因素。     

达县降水日变化特征分析

利用达县1959～1998年3～10月逐时降水资料,按逐时降水量≥0.1mm、≥5.0mm、≥10.0mm、≥20.0mm、≥25.0mm等标准分类作降水量、降水频次(概率)以及降水过程开始、结束、持续时间等方面的统计,得出了降水日变化的一些特征,同时对其成因进行了分析.     

中国主雨季极端小时降水时空分布和日变化特征

基于国家级气象站逐小时降水资料,采用百分位阈值的极端降水定义方法,统计研究了中国1951—2021年4—10月小时降水时空分布和日变化特征。结果表明,中国主雨季极端降水阈值东南大、西北小,存在四个分别位于华南、环渤海、长江中下游和四川盆地的大值区,随着极端性增强,北方小时降水阈值的增大较南方更显著,大值中心北移。月尺度上,小时降水的最高频次月份由南向北从5月推迟至8月,华西地区最晚（9—10月）,随着极端性增强,最高频次月份由6月、7月推迟到7月、8月,且地区差异减小。日变化特征上,全国范围内小时降水频次占比,呈现午后到夜间的谷峰主循环和后半夜到上午的次循环,且随着极端性增强,主循环振幅增大,次循环峰值减小。不同地理位置看,四川盆地的极端小时降水峰值时刻出现在凌晨,其他三个大值区则与全国平均较为一致,日变化振幅从南到北逐渐减小,西部最大。小时降水峰值时刻具有空间聚集的特征,夜间峰值主要集中在南方沿海和华北、东北,早晨—上午峰值集中在中部、东部、西南和西北部分地区,空间分布中出现的逐渐推迟和突变特征与海陆分布和大地形密切相关。小时降水峰值时刻空间占比与频次占比的日变化特征类似,均有上午峰值平缓、夜间峰值陡峭的特征,这是因为不同站点到达夜间峰值的时刻接近,而到达上午峰值的时刻不同;两者主要区别在随着极端性增强,频次占比夜间主峰值显著增大,而峰值时刻空间占比主峰值几乎不变,这是因为频次的变化主要是由同一些站点上的次数变化导致,而非不同站点之间的差异。     

广州地区人为热释放的日变化和年际变化估算

基于《广州市统计年鉴》2001~2012年数据估算了广州2000~2011年人为热释放的日变化以及年际变化,计算中考虑了人类新陈代谢、工业、交通以及生活排放人为热。计算结果显示:4种排放源中工业12年平均达到了55%,交通达到36%,其次依次为生活排放和新陈代谢排放。总的人为热在这12年时间里大致呈现上升的趋势,从2000年的2.7×1017 J增加到2011年的4.4×1017 J,但在2006年后有小幅的下降,这主要是由于工业释放是人为热释放的主要部分,在2006年后工业能源效率有所提高以致能源消耗排放率下降造成的。日变化在10:00(北京时间,下同)和14:00达到最大,并且12年间随时间的推移日变化呈现出下降的趋势,主要是由于城市化进程的速度远远快于能源消耗、人口和车辆保有量增加的速度。对比WRF模式中城市模块中的人为热释放的日变化系数,这些原始系数在广州使用的误差主要与广州地区和西方国家的生产生活作息时间有关。     

青藏高原与四川盆地夏季降水日变化的对比分析

采用2006-2008年自动气象站和2002-2008年TRMM（Tropical Rainfall Measurement Mis-sion）多卫星降水分析（Munti-satellite Precipitation Analysis,TMPA）的夏季（6～8月）逐时降水量资料,分析了青藏高原（下称高原）及周边地区夏...     

华北汛期降水量变化中年代际和年际尺度的分离

华北地区汛期(7月和8月)降水量的变化中,不仅具有年际变化的特征,同时还具有明显的年代际变化特征.我们将这两种时间尺度进行分离,即将降水量的变化进行5年滑动平均,以滑动平均值代表年代际变化,并以每年的汛期降水量与滑动平均值的差代表去除了年代际变化后的年际变化.然后,利用NCAR/NCEP再分析资料对与这两种不同时间尺度相关联的大气环流异常进行了分析,发现两者具有不同的表现,说明影响这两种不同时间尺度的物理原因可能是不同的.与年代际变化相对应的大气环流异常主要表现为出现在我国东部地区的南北风异常以及欧亚大陆上空的位势高度异常.若对这两种时间尺度不进行分离,而直接按讨论年际变化的一般方法简单地分析与年际变化相关联的大气环流异常时,所得到的分析结果中既包含与华北降水年代际变化相关联的大气环流异常,又包含与去除年代际变化后的年际变化相关联的大气环流异常.而除去年代际变化后,与华北汛期降水年际变化相关联的大气环流异常主要表现为在东亚上空位势高度和纬向风的异常,意味着急流在涝年位置偏北.     

Temporal Variations of the Frontal and Monsoon Storm Rainfall during the First Rainy Season in South China

The temporal variations in storm rainfall during the first rainy season (FRS) in South China (SC) are investigated in this study. The results show that the inter-annual variations in storm rainfall during the FRS in SC seem to be mainly influenced by the frequency of storm rainfall, while both frequency and intensity affect the inter-decadal variations in the total storm rainfall. Using the definitions for the beginning and ending dates of the FRS, and the onset dates of the summer monsoon in SC, the FRS is further divided into two sub-periods, i.e., the frontal and monsoon rainfall periods. The inter-annual and inter-decadal variations in storm rainfall during these two periods are investigated here. The results reveal a significant out-of-phase correlation between the frontal and monsoon storm rainfall, especially on the inter-decadal timescale, the physical mechanism for which requires further investigation.     

Simulation and Projection of Changes in Rainy Season Precipitation over China Using the WRF Model

The Weather Research and Forecasting (WRF) model is used in a regional climate model configuration to simulate past precipitation climate of China during the rainy season (May-September) of 1981-2000, and to investigate potential future (2041-2060 and 2081-2100) changes in precipitation over China relative to the reference period 1981-2000. WRF is run with initial conditions from a coupled general circulation model, i.e., the high-resolution version of MIROC (Model for Interdisciplinary Research on Climate). WRF reproduces the observed distribution of rainy season precipitation in 1981-2000 and its interannual variations better than MIROC. MIROC projects increases in rainy season precipitation over most parts of China and decreases of more than 25 mm over parts of Taiwan and central Tibet by the mid-21st century. WRF projects decreases in rainfall over southern Tibetan Plateau, Southwest China, and northwestern part of Northeast China, and increases in rainfall by more than 100 mm along the southeastern margin of the Tibetan Plateau and over the lower reaches of the Yangtze River during 2041-2060. MIROC projects further increases in rainfall over most of China by the end of the 21st century, although simulated rainfall decreases by more than 25 mm over parts of Taiwan, Guangxi, Guizhou, and central Tibet. WRF projects increased rainfall of more than 100 mm along the southeastern margin of the Tibetan Plateau and over the lower reaches of the Yangtze River and decreased rainfall over Southwest China, and southern Tibetan Plateau by the end of the 21st century.     

全球变暖背景下西北干旱区雨季的降水时空变化特征

利用西北干旱区1961—2007年77个观测站的逐日降水资料序列,将西北干旱区分为5个主要气候区,分析了全球变暖背景下西北干旱区雨季的降水时空变化特征,并预测降水的未来变化趋势。结果表明：西北干旱区降水存在显著的年际和年代际变化,其西部降水量呈显著上升趋势,尤其在新疆北部与伊犁河谷地区。降水具有5～6年或2～3年的年际周期与8～11年的年代际周期,但河西走廊地区例外。干旱区降水转型时期的空间差异显著,最早在1980年代初期从南疆开始,1980年代中期新疆北部降水出现异常偏多,伊犁河谷和河西走廊地区降水突变期则出现在1990年代初,但变化趋势相反;阿拉善高原地区降水没有明显的突变时间。由周期外推方法得到,在未来一个年代际周期中,西北干旱区的西部降水将以偏少的气候特征为主,直到2015年前后才会再次回到偏多的周期中来;阿拉善高原地区在未来8～11年中有可能向着降水增加的趋势发展。     

An Analytical Study of the Diurnal Variations of Wind in a Semi-geostrophic Ekman Boundary Layer Model

A time-dependent semi-geostrophic Ekman boundary-layer model based on the geostrophic momentum approximation is used to study the diurnal wind variation in the planetary boundary layer (PBL) and the evolution of the low-level nocturnal jet (LLJ). The coefficient of eddy viscosity varies periodically with time, varies linearly with height in the surface layer and is constant above the surface layer. The influence of horizontal advection of momentum on the diurnal wind variation in the PBL, the development of inertial oscillations (IOs) and the formation of the LLJ are examined.In comparison with the Ekman solutions, the diurnal wind variation in semi-geostrophic Ekman boundary-layer dynamics has the following features: (1) the phase angle of the diurnal wind wave shifts with height, the rate of shifting is increased in anticyclonic regions and decreased in cyclonic regions, (2) the time of occurrence of the low-level maximum wind speed is later in anticyclonic regions and earlier in cyclonic regions, (3) the height of occurrence of the maximum wind speed is higher in the anticyclonic and lower in cyclonic regions, (4) the wind speed maximum and the amplitude of the diurnal wind variation are larger in anticyclonic and smaller in cyclonic regions, (5) the period of IOs is larger in anticyclonic regions and smaller in cyclonic regions, (6) anticyclonic vorticity is conducive to the generation of LLJ in the PBL. These features are interpreted by means of the physical properties of semi-geostrophic Ekman boundary-layer dynamics and inertial oscillation dynamics.