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。     

中国大陆降水日变化研究进展

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。

     

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。     

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.     

库尔勒市主汛期降水日变化特征分析

利用库尔勒市2010—2016年主汛期(5—8月)逐时自动降水资料,得出主汛期共出现降水371次,累计降水量393.5 mm,进而分析了库尔勒市主汛期降水日变化特征,结果表明:降水日峰值在17:00,次峰值区在08:00—12:00,最低值出现在21:00;一天中降水频次最高的时刻为10:00,最低时刻在17:00和20:00。降水强度高值区出现在16:00—17:00,最低值出现在21:00和07:00。≥0.1 mm、≥1 mm、≥3 mm降水出现频次整体均呈现先上升后下降的趋势,分别在10:00、08:00和10:00、09:00达到最大,其中,≥0.1mm降水出现频次最多、≥3 mm出现频次最少。定时时次≥8成低云量出现频次和定时时次累计降水量变化均表现为02:00—08:00呈上升趋势,到08:00达到最大,随后逐渐降低。     

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。     

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。     

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。     

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。     

西南地区降水日变化特征分析

利用1960-2000年西南地区包括(川、渝、黔、滇四省(市))91个气象站的小时降水量自动记录信息化资料,计算和分析了西南地区过去40年间逐月逐日逐时的降水频率和降水比率.结果表明,西南地区各地各季逐时降水最大频率出现的时间较为分散,但四川、重庆和贵州部分地区夜雨频繁,而云南的降水则以白天降水为主;西南地区逐时降水相...     

Characteristics of diurnal variations of warm-season precipitation over Xinjiang Province in China

降水日变化受大气热力,动力过程以及复杂地形影响,演变特征复杂且区域差异显著.本文采用中国气象局发布的中国地面与CMORPH融合逐小时降水产品(2008-2019年),分析了新疆省暖季降水日变化特征.研究结果表明:(1)新疆大部分地区降水主峰值发生在清晨;(2)持续时间超过三小时的降水事件是新疆地区主要降水事件,贡献了南...     

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。     

地基GPS遥感西藏改则站大气可降水量变化特征及其与夏季降水的关系

利用中日JICA项目2010-2011年期间的地基GPS探测逐时大气可降水量（PWV）资料,分析了西藏西部改则站PWV的季节变化和日变化特征及其与夏季降水的关系。结果表明：（1）该站PWV存在明显的季节变化特征,其高（低）值出现在6-9（12-3）月,呈现出明显的单峰型变化特征,同时表现出春季持续上升和秋季快速下降的特点。（2）谐波分析表明,改则站各季PWV日变化均以日循环为主,只是夏季也表现出一定的半日循环特征。（3）改则站PWV存在明显的日变化特征,低值一般出现在当地时间的凌晨至次日上午,各季谷值普遍出现在当地时间10：00前后;高值通常出现在当地的午后至午夜,但各季最大值出现时间不固定;（4）改则站降水通常都发生在PWV高值期,降水发生前后PWV有明显的逐渐积累与迅速下降的变化特征,PWV达到峰值的时间提前于降水。PWV对累积降水频次的影响要比累积降水量更显著。     

青藏高原季风期降水的日变化

利用1998年夏季GAME－TIBET IOT期间的探空、降水和雷达资料分析了季风期降水和CAPE、LCL热力参量的日变化及其之间的关系。降水的日变化很明显，最大的降水和CAPE的最大值出现在同一时间段。6km和8.5km高度内的大气层结在大部分时间是不稳定的。0400－0800时间内6km以下9km以上的稳定层结阻碍了对流系统的发展，降水的日变化与这些热力参数的日变化有关。同时，利用三维云模式模拟了降水的日变化和水汽及温度对降水的影响，云模式再现了降水和回波强度的最大和最小值，晚上低层的高湿度是影响降水的重要因素。     

华东地区夏季不同等级降水变化特征分析

采用华东地区78个气象站点逐日降水资料,根据日降水量的5个等级划分,应用线性趋势分析、相关分析等分析了不同等级降水频率和降水量的空间分布及其变化趋势。结果表明:(1)夏季不同等级降水频率在整个华东地区具有明显的地区差异,区域平均的降水频率由大到小依次为小雨、微量降水、中雨、大雨、暴雨。(2)平均的夏季总降水量呈南多北少的分布,各等级降水对总降水量的贡献率由大到小依次为暴雨、大雨、中雨、小雨,暴雨对夏季总降水量的贡献在某些年份可达50%以上。(3)区域平均的夏季降水日数呈下降趋势,但总降水量却有明显的增大趋势。(4)区域平均的某等级降水频率正异常时,华东地区各地该等级降水频率,亦多表现为正异常,尤其中雨以上等级降水频率异常符号在整个华东地区更为一致。(5)华东区域微量降水和小雨发生频率分别与其他等级降水存在显著的反相关关系,而中雨、大雨、暴雨三者发生频率之间无显著相关。     

中国周边海域海面温度日变化对区域气候的影响

利用区域气候模式,分别以逐时海面温度(sea surface temperature, SST)数据及逐日SST数据作为模式的海表温度进行强迫,开展了1991～2010年共计20年的数值模拟,探讨SST日变化对中国区域气候变化的影响。对比结果表明,两组试验均能合理地再现中国区域气候的主要气候态特征。同时发现,两组试验模拟的气候特征在我国沿海区域以及近海洋面上存在明显差异:考虑SST日变化之后,2 m气温和感热通量差异呈现夏季(冬季)升高(降低)为主的趋势;潜热通量则与之相反;低层风场差异在夏季以海洋吹向大陆的东南风为主,冬季则以陆面吹向海洋的西北风差异为主;另外,水汽输送差异呈气旋式(反气旋式)时,降水出现正差异(负差异)。SST日变化对上述气候因子的影响在夏季更为显著。     

2004年主汛期我国强对流天气灾害统计特征

利用1961-2015年江西省83个国家级气象观测站逐时降水资料,采用经验正交函数（EOF）和Morlet小波变换等方法,分析江西省短历时强降水时空分布特征,探讨当地短历时强降水与暴雨的关系。结果表明：（1）江西省短历时强降水极值与发生频次分布不匀,呈东多西少分布;全省短历时强降水发生频次变化一致,其中浙赣铁路沿线地区是其频次异常敏感区。（2）近55 a江西短历时强降水频次增加趋势明显,与江西区域性增暖呈正响应关系,该时段短历时强降水频次存在21 a和14 a左右年代际周期变化。（3）江西短历时强降水主要出现在4-9月,6月最多;其日变化4-7月呈双峰型,8-9月呈单峰型,强降水频次在16-17时最多。（4）江西短历时强降水与暴雨空间分布的高频中心相同,其相似系数达0.98;54.6%的短时强降水当日出现暴雨,尤其是凌晨至上午发生的短时强降水当日,暴雨概率高达69.2%~76.9%。

     

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。