太行山复杂地形下华北暖季极端降水的时空分布特征

基于2012—2021年5—9月华北五省的逐日降水资料和台站地形高度数据,统计分析了华北全区及各子区域极端降水事件的降水量及其强度和频次的时空分布特征;并运用地理加权回归(GWR)模型分析得到极端降水事件的降水量、强度及频次与海拔高度之间的关系。结果表明:1)华北区域极端降水量的时间变化均呈多波动特征且区域差异性显著,太行山以西高原和以东平原降水频次多、波动明显且强度较弱,太行山南段以南平原降水频次少、变化平缓而强度明显偏强。2)极端降水量的空间分布呈现南北少、中间多的型态分布,降水量大值区分别位于燕山东南侧和太行山南段晋冀豫三省交界处;极端降水高频站点主要聚集在晋东南地区;日最大降水量超过300 mm的站点主要集中在太行山脉和燕山山脉与华北平原的过渡地带。3)华北区域38°N以北,极端降水量、降水频次、强度和日最大降水量均随海拔高度的升高而减小;38°N以南,山西南部临运地区降水量随海拔高度的升高而显著增加。由于降水频次和强度与地形均存在正相关而导致,太行山附近降水量随海拔高度的升高而减小的贡献主要在于降水强度而非降水频次。     

四川盆地边缘山地强降水与海拔的关系

利用四川盆地1666个站点2011—2015年4—10月的逐小时降水资料及高精度格点海拔高度资料,对降水特征与海拔高度的变化关系进行详细分析,研究发现:(1)汛期总降水量、总雨日、小雨日、中雨日随海拔高度升高而增加,但降水量与雨日随海拔的增长方式并不相同,降水量显著增长区主要集中在200～1200 m,当海拔超过1200 m时降水量迅速减少;大雨日及暴雨日在海拔超过1200 m后也迅速减少。(2)盆地西北部、西南部沿山一带的暴雨日主要由强小时雨强贡献,而盆地东北部的暴雨日主要受持续性降水影响。(3)四川盆地复杂地形对降水的日变化有较为显著的影响,小时雨量及短时强降水频次峰值出现时间均随着海拔高度升高而提前,而短时强降水首次出现时间则随海拔高度升高而推迟。     

吐鲁番地区暖季降水时空分布特征

以吐鲁番5个国家气象站近55 a(1960—2014年)与26个区域气象站近3 a(2013—2015年)逐小时降水资料为基础,利用Pearson相关分析、气候倾向率、Mann-Kendall突变分析、Morlet小波分析等方法,分析了吐鲁番地区暖季降水时空分布特征,并就地形对吐鲁番降水的影响进行了量化研究。结果表明:在新疆趋暖趋湿的气候背景下,吐鲁番盆地平原区和山区存在截然不同的降水时空变化特征,吐鲁番地区降水高度集中在暖季,且暖季山区降水集中度和稳定性更好;暖季盆地内存在频率55%的夜雨区和昼雨区,盆地西南坡地和腹地平原区为夜雨区,盆地北部天山山区降水则集中在午后,海拔高度大约每增加(减少)300 m,降水集中时段提前(延后)1 h。研究还表明,吐鲁番降水与地形关系密切,海拔高度是影响吐鲁番降水的决定性因素,其暖季降水量、降水时数均与海拔高度呈显著正相关,降水量增加的主要原因是降水时数随海拔高度的递增;降水量随海拔高度的变化呈二次曲线型,其最大降水高度为1900 m;在最大降水高度以下,降水量由盆地腹地的平原区向山区递增,降水垂直变率平均为6.2 mm/100 m,其中1500~1900 m高度是降水量与降水垂直变率最大的区域,降水垂直变率达20 mm/100 m。     

大理苍山不同海拔高度湿季降水日变化特征分析

基于大理国家气候观象台苍山-洱海梯度观测系统2011—2020年湿季小时降水资料,分析山顶、山腰和坝区3个站的降水日变化特征。结果显示:降水量日变化,坝区站呈现单峰型,山腰站和山顶站则是双峰型;降水频次日变化,坝区站和山顶站为单峰型,山腰站日变化比较平缓;各时次的降水量、降水频次基本随海拔高度的增加而增多;降水强度日变化,山顶站为双峰型,坝区站和山腰站波动较大,午后为小值区,夜间为大值区,3个站在14:00—17:00的降水强度相差不大,而其他时段山腰站和坝区站的降水强度比山顶站大。夜间降水量在持续时间2～16 h是大值区,随海拔的增加降水量大值区持续时间较长;白天降水量在持续时间小于6 h是大值区,随海拔的增加,大值出现的时间向后移。降水频次在持续时间小于6 h,3个站在白天、夜间分别有一个大值区,而持续时间7～18 h的只有山顶站夜间有大值区;坝区站和山顶站夜间降水频次大于白天降水频次,山腰站白天、夜间降水频次相差不大。长历时(中历时、短历时)的累计降水量、降水频次随海拔高度的增加而增大(减小);3个站长历时降水量(长历时降水频次)对总降水量(总降水频次)的贡献最大,贡献最小的是短...     

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9h以上(3h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4～8h的降水事件中.     

千米尺度数值预报模式对泰山地区暖季降水预报性能的评估

为深入认识对流可分辨模式对小尺度孤立地形区降水的预报性能,使用2017年暖季（5—9月）台站逐时降水观测数据,以小时尺度降水特征为指标,细致评估了千米尺度分辨率（3 km）的北京“睿图”短期数值预报子系统（RMAPS-ST）对泰山及其周边地区降水特征的预报能力,并对比了不同起报时次（北京时08时和20时）的预报差异。评估发现,RMAPS-ST可以再现泰山站的局地降水中心,但区域西南侧降水预报小于观测,而泰山站及其东北侧则相反。清晨和午后时段的降水预报与观测相比存在较大偏差。以泰山站为例,RMAPS-ST易于低估夜间至清晨时段的降水频率,这可能与模式对降水系统发展演变过程的预报偏差以及清晨泰山站弱降水事件的漏报有关;清晨泰山站降水强度的预报在不同起报时次的结果中存在差异,20时起报存在大幅度高估的问题,进而导致其暖季平均降水量预报大于观测,而08时起报对于清晨降水强度的高估不明显;08时起报易高估泰山站午后的降水频率,这与其午后短历时降水事件数预报偏多有关,模式对山区热动力场的预报偏差是午后降水空报的可能原因。小时尺度降水特征已应用于中国气象局区域数值预报模式的业务评估体系中,本研究结果也表明,此类评估有助于深入认识千米尺度数值预报模式对降水日内变化的预报能力,从而为精细化降水产品的订正提供更详实的科学依据。      

辽宁暴雨的日变化特征及其成因分析

利用长时序(1961—2012年)的辽宁省夏季逐小时降水观测资料、2008—2013年CMORPH(中国自动站与NOAA气候预报中心morphing技术融合的逐时降水量0.1°网格数据)夏季逐小时降水资料、2000—2012年NCEP再分析资料以及高分辨率中小尺度数值模式WRFV3.3.1,对辽宁暴雨日变化规律进行了统计,并对其形成机理进行了分析和数值试验,结果表明:(1)辽宁省内陆地区基本为午后降水(暴雨)峰值,沿海地区基本为午前降水(暴雨)峰值,内陆平原站点凌晨到午前有次峰现象发生。(2)辽宁降水日变化特征与地理环境关系密切,内陆地区午后降水峰值、沿海地区午前降水峰值的主要原因是大兴安岭—内蒙古高原山区、东北平原、海洋三大地形热力性质的不同而诱发的局地环流日变化。内陆地区午后—夜间降水峰值由山地—平原局地环流上升支诱发,沿海地区凌晨—午前降水峰值现象由海—陆局地环流上升支诱发。(3)对内陆站点做去除大地形试验的数值模拟试验表明,去除大地形对于日累积降水量无明显影响,但对内陆站点的降水日变化有影响,去掉地形后,内陆站点降水峰值发生时间基本均明显提前至正午前后且峰值雨量均明显减小;沿海站点做海洋改陆地数值模拟试验结果表明,海洋改陆地试验对于日累积降水量也无明显影响,但对沿海站点降水日变化有影响,海洋改为陆地后,沿海站点降水峰值由午前变为午后至夜间。数值试验结果进一步说明山地、海洋大地形是诱发辽宁降水日变化规律形成的主要原因。     

大理地区所代表的青藏高原东南缘降水日变化类型的分析

用谐波分析法对大理地区各气象站2005—2014年的小时降水量做日变化分析,结果表明,各站点降水量日变化可用前3个谐波做拟合,方差贡献率≥30%的谐波是显著谐波,降水量日变化呈现4种形态:洱海盆地内呈夜间单峰型,后半夜降水高峰由持续≥3 h的降水事件引起;哀牢山起始西侧和点苍山西侧峡谷低地呈夜间峰值是午后峰值1.5倍的双峰型,后半夜降水高峰多由持续≥6 h的长时降水事件引起,傍晚降水次高峰一般由持续≤5 h的短时降水事件造成;区域北部高山峡谷区属午后峰值是夜间峰值1.5倍的双峰型,午后至傍晚的降水峰值由持续≤10 h的降水事件引起,夜间降水次峰值由持续4~10 h的降水事件造成;南部和西部区域呈午后峰值与夜间峰值持平的双峰型,持续≤4 h的短历时降水事件易引发午后峰值,而持续≥5 h的降水事件则造成夜间降水高峰。这些降水特性的区域差异主要是由于太阳辐射日变化和复杂地形因素引起的湖陆风和山谷风效应造成。     

基于CLDAS的贺兰山区5—9月降水时空分布特征及其与地形的关系分析

利用2008—2016年5—9月中国气象局陆面数据同化系统(CLDAS)格点融合分析降水资料以及降水观测资料,在对CLDAS格点降水融合资料进行验证的基础上,对贺兰山区降水时空分布特征以及与地形的关系进行了分析。结果表明：贺兰山区降水呈“东多西少、南多北少”的分布特征,贺兰山主峰偏西0.1°存在一个超过240 mm的降水高值中心,日降水量极值西侧高于东侧。8月降水量和短时强降水次数最多,11:00—18:00降水次数最多,午后到前半夜短时强降水次数最多。贺兰山区降水以小雨为主,其次是中雨,中雨和小雨雨量占区域总雨量的比例高达85%。贺兰山区降水量随海拔高度的增加而增加,西坡降水随高度的增加率为5.1 mm/hm,东坡降水随高度的增加率为2.1 mm/hm,西坡明显高于东坡。中雨日数与地形高度的相关性较好,其它级别降雨日数与地形相关性不强。     

天津市夏季降水日变化特征

利用1954－2007年天津市夏季逐时自记降水资料,分析了天津市夏季降水（包括逐小时降水量、降水频次、降水强度以及不同持续时间降水）日变化规律。结果表明：天津市一日内不同时次的多年累积降水量具有显著的日变化特征,呈明显的双峰型,高值分别出现在午后17时和午夜02时。逐小时降水强度与降水量的变化特征非常一致,而多年累积降水频次在凌晨02时至08时较高,之后至11时逐步降低,11时至24时变化不大。降水量与降水频次及降水强度的关系均达到显著性水平（P < 0.001）,但逐小时降水强度与降水量相关性明显高于降水频次,表明降水量变化与降水强度有直接的关系,而降水频次对累积降水量的贡献占较小的权重。持续不同时间降水事件的发生次数在一日内的变化特征明显不同,长时性降水峰值集中在清晨,而短时性降水尤其是1-3 h降水主要以午后为主。     

2010-2019年浙江暖季短时强降水特征分析

利用2010-2019年浙江省暖季(5-9月)1426个国家站和区域站小时雨量数据和NCEP 1° X 1°逐日4次再分析资料,分析了浙江省暖季短时强降水、极端短时强降水时空分布特征及区域性短时强降水事件,结果表明:①近10年暖季短时强降水频次呈增多趋势,降水强度变化平稳;8月(上旬)降水频次最多,9月(中旬)强度最强...     

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.     

云南雨季和干季小时降水的时空特性分析

利用云南省2325个国家级台站和区域自动观测站逐小时降水数据,分析了2014~2018年云南雨季和干季的降水量、降水频次和降水强度的空间分布特征以及关键区域的降水日变化演变特征。结果表明:受复杂地形影响,云南不同区域降水特征差异显著,且与我国东部地区显著不同。年均降水量大体呈西南高、西北低的分布特征。对于云南西北部的怒江河谷地区,干、雨季降水均为夜间峰值,降水频次高,但强度较弱。对于云南最西部（99°E以西）的保山德宏地区,该地区累计降水量为云南最大,这一区域各台站日变化峰值均较为一致地出现在上午,在陆地地区较为少见。相邻的普洱和元江河谷位于云南南部（23°N以南）,雨季两区域降水相当,但元江河谷在干季与雨季均为突出的夜间至清晨降水峰值,普洱地区雨季则是明显的午后降水峰值。云南中部地区降水量较周边地区明显偏小,该地区降水频次在雨季主要表现为清晨峰值,而在干季却是午后峰值更为突出,这也与我国东部地区降水日变化特征差异明显。      

广东地闪时空特征及与降水关系分析

利用2016-2020年粤港澳闪电定位数据和广东86个国家地面观测站逐小时降水资料,分析了广东地闪频次和地闪强度的时空分布特征,以及地闪与降水量、强降水频次之间的相关关系.结果表明:(1)广东逐月地闪频次与降水变化均呈双峰型分布,峰值在6和8月,两者相关系数达到0.95.日变化中,地闪频次高值集中在12:00-20:0...     

1961—2008年淮河流域主汛期极端降水事件分析

利用淮河流域117个台站1961－2008年主汛期（6－8月）逐日降水资料,采用降水百分位数法划分极端降水阈值,建立极端降水事件时间序列;在此基础上揭示淮河流域极端主汛期降水事件时空演变特征。结果表明：淮河流域主汛期极端降水总量年际变化大,其强弱与旱涝格局基本对应。极端降水事件发生频次的多寡很大程度上影响着淮河流域主汛期降水量。一致性分布是淮河流域主汛期极端降水事件发生频次的最主要空间模态,其发生频次空间上可分为流域中东部、中北部、西南部、西北部及南部5个主要区域。极端降水事件总体上有增加趋势,特别是流域     

广东省北江流域坡向与海拔对汛期降水量的影响

利用1956—2000年广东省北江流域40个水文站逐月降水量资料,统计北江流域汛期降水量与山地坡向及海拔高度的关系特征。利用地理加权回归 (GWR) 方法消除站点空间位置不同带来的宏观地理因子影响后,进行多年平均汛期降水量随海拔高度变化的相关分析,根据其点聚程度分区,研究降水量随海拔高度的变化规律。结果表明:广东省北江流域汛期降水量总体上呈纬向空间分布,由南至北逐渐减少,其中多雨区位于北江流域的东南部;在流域中部的英德至流域南部的清远之间的干流附近存在稳定的多雨中心。4个子区域最大降水量高度不同,由南至北分别为77.3 m,408.4 m,353.6 m和376.9 m,相对应的最大降水量分别为1566.2 mm,1467.4 mm,1295.9 mm和1151.5 mm。广东省北江流域汛期降水量变差系数由西南至东北依次增大,说明降水量的年际变化呈北大南小的空间分布规律。     

中国极端强降水日数与ENSO的关系

利用G分布函数对中国1951-2004年地面台站逐日降水观测资料进行雨日降水量概率分布拟合并定义极端降水事件,在此基础上对极端降水日数与ENSO的关系进行分析研究。结果表明,ENSO对同期的极端降水发生频率在不同地区和不同季节表现出不同的影响作用。总体而言,中国极端降水事件更易发生在厄尔尼诺年的冬春季和拉尼娜年的夏秋季。极端降水在对ENSO强信号的滞后响应上,其发生频率在时空上发生了变化,主要表现为,多数地方更易在ENSO暖位相出现后的半年左右发生极端降水事件。研究表明,ENSO冷暖信号对我国极端降水事件多寡的影响具有不对称性。     

近55 a中国西北地区夏季降水的时空演变特征

利用1961—2015年中国西北地区274个气象观测站点的日降水数据和再分析大气资料,采用EOF分析及累积距平等方法,研究了近55 a中国西北地区夏季降水的时空演变特征。结果表明：1）1961—2015年中国西北地区夏季降水的演变可分为三个时段,1961—1975年,该区域降水普遍偏少;1976—1996年,西北地区的东部降水偏多,西部降水偏少;1997—2015年,其东部降水偏少,而西部降水偏多。2）1976—1996年,西北地区东部降水偏多,是因为该地区夏季降水强度和降水频次明显增加,而西部降水偏少,则是该区域小雨与中雨的频次减少,降水强度偏弱造成的;1997—2015年,由于有效降水日数减少,降水强度偏弱等原因导致西北地区东部降水偏少,与此同时,西北地区的西部却因降水强度明显增强,持续降水日数和极端降水事件增加使得该区域降水呈现偏多的态势。3）降水区的转移,伴随着北半球对流层中层中纬度波列的演变,同时来自东欧与印度季风的水汽输送也对降水的异常起到了关键作用。     

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。