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)。     

西南地区短时强降水的气候特征分析

利用国家级地面气象站逐小时和日降水数据集资料,对西南地区短时强降水的气候特征进行了分析,并对近30年来强短时强降水和强暴雨的变化趋势进行了分析。结果表明:西南地区短时强降水主要集中在4-10月;三个高发区分别位于贵州东南部、四川盆地西南部和云南东南部,年均发生次数约5～6次;强度一般为20～30 mm·h~(-1),其中贵州30 mm·h~(-1)以上的小时降水强度所占比例最高,四川盆地西部边缘地区小时降水最强,超过80 mm·h~(-1),极端小时降水达123.1 mm·h~(-1);短时强降水具有明显的夜发性,02时左右为发生频次的峰值时段。从近30年西南地区超过第90百分位的强短时强降水与强暴雨的长期变化趋势来看,强短时强降水呈现频次增加、强度增强的变化趋势,强暴雨则变化不明显。     

中国暖季短时强降水分布和日变化特征及其与中尺度对流系统日变化关系分析

利用2010—2018年河南省371个气象观测站（包含122个国家站和249个骨干区域站）逐时降水资料,对河南省暖季（5—9月）小时极端降水时空分布特征进行了统计分析。主要结果如下：（1）河南省暖季第99.9百分位小时极端降水阈值、强度、频次和贡献率的局地差异明显,其高值区主要分布在伏牛山南部、黄淮平原东部和淮河流域西南部。（2）河南小时极端降水事件主要发生7、8月,其中7月最多,且有1/4以上为区域性极端降水事件;全省小时极端降水频次日变化表现为明显的双峰型,主峰值出现在傍晚;80 mm·h^-1以上小时极端降水频次日变化呈多峰结构,主峰值出现在夜间。（3）山地、丘陵、城市和平原四类下垫面区域的小时极端降水指标存在差异,城市小时极端降水强度最大,频次最低;山地小时极端降水强度最低,频次最高。（4）四类下垫面小时极端降水日变化虽均表现为双峰型,但也存在明显差异：山地其峰值以夜间为主,傍晚为辅;丘陵其峰值夜间、傍晚并存,且峰值强度接近;平原以及城市则以午后峰值为主,其中城市午后峰值强度更高。

     

甘肃省暖季小时降水变化特征

利用2013-2019年暖季（4-9月）小时降水资料,分析了甘肃省强降水极值及频率的时空分布特征。结果表明：（1）甘肃省小时强降水频次呈现东高西低分布,在陇南地区东南部及陇东地区北部有2个高中心,达到29次。（2）小时强降水极值在陇中地区及以南地区高,向西北递减,陇南地区降水极值最高,超过40 mm/h。（3）小时强降水频次主要出现在7-8月,同期的雨强也最大;小时强降水频次和小时雨强均在17-24时最强,峰值为21时。（4）不同区域的降水日内变化存在明显差异,河西地区小时降水频次的峰值出现在18时,陇中和陇南地区均出现在21时,陇东地区和甘南高原分别出现在22时和19时。     

环渤海地区1961—2007年极端强降水时空变化特征

20世纪90年代以来,环渤海地区降水总量持续偏少,极端强降水和干旱缺水问题十分突出。利用环渤海地区60个台站1961—2007年逐日降水资料,应用百分位方法确定极端强降水阈值,分析了极端强降水量、降水强度和频率的空间分布及时间变化趋势。结果表明:环渤海地区极端降水强度大、频率高的地区与年降水量高值区相一致,说明极端降水量的多少影响年降水量;极端降水日数呈减少趋势,特别是京津冀中部地区减少显著;极端降水多发生在7月中旬到8月中旬,最高频次在7月下旬,近10年极端降水季节分配比较分散,很少出现每候25站次以上的极端强降水;间隔30d以上的极端强降水近年来增加明显。     

1980—2012年5—9月川渝盆地小时强降水特征研究

利用四川和重庆123个气象观测站1980—2012年小时降水资料,分析川渝地区主汛期5—9月小时强降水频次、强度和持续性等时间演变和空间分布特征。结果表明,≥20、≥30和≥50 mm·h-1三种强度阈值强降水时间演变上,1980—2012年年际和日变化具有较好的一致性,三种强降水年平均频次分别为504、184和28次。≥20 mm·h-1 强降水空间分布上,在山地地形动力辐合抬升,以及盆地西部较大的地形梯度作用下,≥20 mm·h-1强降水高频次区主要分布于盆地西北部的龙山山脉、西南部雅安及乐山周围与盆地过渡区。≥20 mm·h-1强降水频次的日峰值空间分布上,盆地南部主要出现在20:00—01:00（北京时,下同）,而盆地中部、北部和东部主要在02:00—07:00。持续不同小时时间尺度的强降水事件日变化上,具有双峰型结构,午后为第一个降水峰值,20:00至第二天07:00为第二个峰值,白天多为短时间（2~6 h）强降水事件,而傍晚开始至第二天清晨,持续2~18 h强降水事件均有发生。不同开始时间强降水事件的强度与频次和降水量具有一致性的日变化特征,呈现单峰型结构,峰值主要发生在18:00—06:00,且不同开始时间事件频次和降水量空间分布上,白天（09:00—20:00）相对于夜间（21:00—08:00）偏小,即夜间强降水事件特征表现明显。     

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。     

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。     

近年华中地区不同级别强降水事件变化趋势

利用1981—2017年近37 a华中区域241个气象观测站年最大小时降水资料,分析了该区域年极端小时降水的时空分布特征。结果表明：阈值分别为30~ < 40 mm·h^-1、40~ < 50 mm·h^-1和≥50 mm·h^-1的年极端小时降水频次,河南和湖北中东部均较高,湖南则随其阈值增大而降低;年极端小时降水频次日变化特征较为明显,午后至傍晚发生最多,前半夜至凌晨次之,后半夜至早晨、上午至午后明显减少;年极端小时降水平均强度大值区多集中在河南和湖北的中东部地区,湖北最强年极端小时降水大值区主要位于沿江汉平原边缘地带;年极端小时降水频次日峰值主要出现在午后至傍晚和后半夜至早晨,其区域性差异较为明显;不同阈值的年极端小时降水频次均表现出明显的年际和年代际变化特征,1980年代呈波动减小趋势,1990年代呈波动增加趋势,21世纪初期呈现低频波动变化,之后波动加大;不同阈值的极端小时降水频次日变化均表现为明显的单峰型特征,峰值出现在17时前后。

     

2008-2012年四川强小时雨强的时空分布特征

利用2008-2012年四川157个基本测站和895个区域自动站的逐时降水资料,通过统计诊断方法分析了四川的强小时雨强发生频次、极值的时空分布特征,得到如下主要结论:(1)四川每年出现20 mm·h~(-1)以上的强小时雨强达3537.8次,平均每年的强小时雨强极值均超过了100 mm·h~(-1),并在2012年呈一个跃升的趋势。(2)四川强小时雨强落区主要集中在四川盆地及攀西南部的大部分地区,且强降水高发中心主要位于从盆地向山脉过渡的纵向陡峭地形区。雨强极值超过了30 mm·h~(-1)的落区也集中在盆地及攀西地区。频次及雨强极值的变化与海拔有密切联系,迎风坡的陡峭过渡地形削弱了频次及雨强极值随海拔的增高而减少的速率。(3)频次的月变化比强小时雨强极值的月变化更显著。7月发生强小时雨强的次数最多,其次是8月,5月最少。6-9月雨强极值均超过100 mm·h~(-1)。(4)20 mm·h~(-1)和30 mm·h~(-1)以上的强小时雨强频次日变化均呈夜间活跃的单峰型特征,而50mm·h~(-1)以上的强小时雨强突发性较强,日变化呈多峰型结构,且盆地不同区域的日变化特征及峰值活跃时间也有较大差异。     

四川省降雨灾情时空分布及其与雨量相关特征分析

利用四川省2002—2020年降雨灾情数据和156个国家气象观测站及5727个区域气象观测站逐日、逐小时降雨资料,分析四川省降雨灾情时空分布及其与雨量特征的联系。结果表明：四川省近年来降雨灾情数量增长明显,盆地西部、南部灾情数量最多,密度最大,凉山州和盆地东北部死亡人数最多。灾害主要发生在6—9月,灾情分布有从盆地东北部、南部向西部发展,最后到东北部的趋势。盆地在有大暴雨出现时灾害发生可能性最大,致灾频率50%以上,暴雨致灾频率20%～40%;攀西地区暴雨出现时致灾频率20%～30%;川西高原暴雨天气过程较少,大雨出现时致灾频率最大,为10%～30%。最大小时雨量盆地区在10 mm以下的灾害主要发生在盆南和盆东北,盆西在各个雨量等级范围内占比都较大,攀西地区灾害主要集中在10～40 mm,川西高原为20 mm以下。最大日降雨量小于50 mm的灾害主要分布在盆南,超过300 mm的主要发生在盆西北,50～100 mm以盆南和盆西南为主,攀西地区50～100 mm占比最大,川西高原为25～50 mm。     

Temporal and Spatial Characteristics of Extreme Hourly Precipitation over Eastern China in the Warm Season

Based on hourly precipitation data in eastern China in the warm season during 1961-2000,spatial distributions of frequency for 20 mm h 1 and 50 mm h 1 precipitation were analyzed,and the criteria of short-duration rainfall events and severe rainfall events are discussed.Furthermore,the percentile method was used to define local hourly extreme precipitation;based on this,diurnal variations and trends in extreme precipitation were further studied.The results of this study show that,over Yunnan,South China,North China,and Northeast China,the most frequent extreme precipitation events occur most frequently in late afternoon and/or early evening.In the Guizhou Plateau and the Sichuan Basin,the maximum frequency of extreme precipitation events occurs in the late night and/or early morning.And in the western Sichuan Plateau,the maximum frequency occurs in the middle of the night.The frequency of extreme precipitation (based on hourly rainfall measurements) has increased in most parts of eastern China,especially in Northeast China and the middle and lower reaches of the Yangtze River,but precipitation has decreased significantly in North China in the past 50 years.In addition,stations in the Guizhou Plateau and the middle and lower reaches of the Yangtze River exhibit significant increasing trends in hourly precipitation extremes during the nighttime more than during the daytime.     

华西秋雨的气候特征及成因分析

华西秋雨是中国秋季主要的气候现象之一,其影响范围涵盖陕西、四川、重庆、贵州等多省(市),主要特征表现为多绵绵细雨。利用2011—2020年GPM卫星小时降水资料,统计分析了华西秋雨的强度-频次分布、持续时间、日变化等特征,结果表明：(1) 根据强度—频次特征,华西秋雨区可分为四川盆地中东部、云贵高原东部、青藏高原东缘三个典型区域。四川盆地中东部降水频率、降水强度两者均高,云贵高原东部降水频率低、降水强度强,青藏高原东缘降水频率高、降水强度弱。(2) 从降水日峰值位相看,青藏高原东缘降水量日峰值出现在夜间22∶00 (北京时,下同),四川盆地中东部降水量日峰值出现在次日清晨06∶00,两个区域之间自西向东存在降水日峰值位相的滞后;在云贵高原东部,降水量日峰值自西向东从傍晚18:00滞后至次日午后16∶00;形成了北部、南部两种日峰值位相空间演变型。(3) 从不同持续时间降水事件的日变化特征看,随降水持续时间延长,青藏高原东缘降水日峰值出现时间逐渐延迟。四川盆地中东部和云贵高原东部降水均存在午后短时和清晨长持续性两种类型,其中四川盆地中东部的清晨长持续性降水对该地区总降水的贡献较云贵高原东部偏大。

     

1961-2000年西南地区小时降水变化特征

根据西南地区112个站点1961-2000年逐时降水资料,分析了不同季节降水时数、小时雨强、极端强降水时数和极端强降水强度的变化趋势.从降水时数变化来看,夏季西南大部分地区如四川盆地西部、云南、贵州南部等地总降水时数有减少趋势,四川盆地东部和川西高原总降水时数增加;整个区域平均趋势为-0.9%/10a.相应地,极端强降...     

近53年四川盆地夏季暴雨变化特征分析

突发性山地暴雨诱发的山洪、滑坡、泥石流等是我国西南山区重大自然灾害。本文利用2008—2017年国家站10 a的小时降水量数据,对四川省突发性山地暴雨事件开展统计特征分析。结果表明：(1)2008—2017年10 a间四川省共出现了979次突发性山地暴雨事件,平均每年约98次,大多数地区出现5次以上,突发性暴雨事件主要发生在四川盆地及其东部、南部山区、西部山区,西部山区频次远远大于东部山区,与地形影响密切相关。(2)突发性山地暴雨事件从4月开始增多,6—7月显著增长,7月之后渐渐减少;夜间多于白天,事件日变化的高频次先从四川西部山区下午16时开始,到深夜转为东部山区最高,表现出强降水有一个从西向东发展传播的过程。(3)突发性山地暴雨事件持续时间大多集中在3~12 h,平均持续时间6月、7月和9月较长,而5月和8月较短,平均持续时间东部山区明显比西部山区长。(4)突发性山地暴雨事件年平均累计雨量在80~120 mm之间,且7月最多,8月次之,5月和9月最小。2015年突发性山地暴雨事件频次最少,但年平均累计雨量最多,说明2015年突发性暴雨强度最大。

     

21世纪以来四川强对流天气特征分析

针对近年来各种强对流天气频发的特点,本文利用气象整编资料、加密自动站资料和灾情直报信息等资料,统计分析了21世纪以来四川的大风、冰雹和强降水等强对流天气的逐月分布和区域分布特征,分析表明:(1)四川强降水年平均分布特征是盆地多于高原,夜间多于白天,夜间主要存在以雅安为中心的四川盆地西南部、以平昌为中心的四川盆地东北部、以北川为中心的盆地西部、以会理为中心的川西高原南部和以雅江为中心的川西高原中部5个高频中心,白天强降水只存在以万源为中心的四川盆地东北部1个高频区。强降水天气主要发生5~9月;(2)四川大风的区域分布呈现出川西高原多四川盆地少的特征,川西高原地区存在着以甘孜为中心的川西高原北部大风高频区和以德昌为中心的川西高原南部大风高频区,四川盆地内存在着以盐亭和广元为中心的四川盆地北部和以井研为中心的盆地南部大风高频区。盆地大风主要出现在4~8月,川西高原大风主要出现在1~6月;(3)四川冰雹的区域分布同样呈现出川西高原多于四川盆地的特征,在川西高原地区存在着以石渠为中心的川西高原北部和以昭觉为中心的川西高原南部冰雹高频区。在四川盆地内存在着以南江为中心的四川盆地北部和以古蔺为中心的盆地东南部冰雹高频区。盆地冰雹主要发生在4~8月,川西高原冰雹主要出现在4~9月。     

我国降水变化趋势的空间特征

利用2010—2016年5—9月四川省157个国家自动气象站小时降水资料,采用皮尔逊Ⅲ型概率分布模型对四川全省小时降水进行拟合,给出全省超过不同阈值的降水累积概率空间分布;在此基础上,计算最大小时降水量的概率分布及其重现期极值。结果表明：四川盆地西部沿山一带出现降水频次较少,但易发生较大量级的小时降水,攀西地区东部虽是降水高发区,但出现大量级小时降水的可能性小;50 a一遇小时降水高值中心分布在乐山市北部、遂宁市西北部与绵阳交界处以及达州市北部,其极值可达60 mm以上;100 a一遇小时降水极值分布趋势同50 a一遇的基本一致,其极值达70 mm;小时降水的皮尔逊Ⅲ型概率分布模型偏差系数与降水站点的海拔高度呈对数递减关系,决定系数达0.654 5,表明地形高度对四川小时降水分布有一定影响;此外用k均值聚类法可很好地对四川小时降水进行分区。

     

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...