华南暖季极端降水与气温的对应关系

利用华南地区1966—2005年5—10月台站小时降水和日降水以及气温观测资料,分析了极端降水与气温的对应关系。结果表明,气温低于25℃时,日极端降水强度与小时极端降水强度均随气温升高而升高,且越极端的降水出现向两倍Clausius-Clapeyron (CC)变率转换的气温越低;气温高于25℃时,日极端降水强度和小时极端降水强度出现不同程度的下降,其中前者下降更为显著。考察降水持续时长发现,气温高于25℃时,华南地区小时极端降水随气温的下降主要由短持续性降水所贡献;气温高于28℃时几乎无长持续性降水发生。     

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。     

暖季极端降水与温度的关系研究——以安徽省为例

围绕1998~2014年间安徽省极端降水事件,展开了不同时间尺度暖季极端降水与温度的关系研究。结果表明,从年际尺度上看,极端降水强度和极端降水频数与气温和温度日较差的相关关系呈现南负北正的反向特征,尤以北部的正相关最显著。定量结果表明,安徽省区域平均的暖季极端降水频数和极端降水量对升温的变化百分率分别为13.7%/°C和0.03%/°C。从日(小时)尺度上看,气温低于25°C时,随着气温的升高极端降水量增加,且基本遵循一倍(二倍)的Clausius-Clapeyron变率。但在气温高于25°C时,随着温度的升高,日和小时极端降水量出现不同程度的下降,尤以前者减少的最显著。进一步比较不同小时尺度极端降水与气温关系发现,随着时间尺度的增长,气温增长后极端降水量下降的关系变得尤为明显。这可能与单日内极端降水在偏高温时以短时降水为主有关。     

欧亚大陆夏季地表热力异常与同期中国东部夏季降水的可能联系

利用ERA-40再分析资料、CRU TS3.0数据集以及中国站点观测数据,分析了欧亚大陆夏季地表热力异常的变化特征,在此基础上探讨了我国东部夏季降水与同期欧亚大陆地表热力异常之间的可能联系。研究发现,欧亚大陆地表气温与浅层土壤温度的大尺度变化特征基本一致:经验正交函数分解第一模态空间型表现为大陆西南部分区域与欧亚大陆其他区域反相变化,对应的时间系数均在20世纪80年代末出现转折。当夏季欧亚中纬度印度以北地区和我国中东部地区地表气温偏高时,东亚夏季风的强度偏强,西太平洋副热带高压位置偏东,我国东部偏南风偏强,江淮流域水汽偏少,且气流上升运动偏弱,降水偏少;华南和北方地区水汽偏多,且气流上升运动偏强,降水偏多;反之亦然。当欧亚大陆中高纬贝加尔湖以东及以西地区夏季地表气温偏高,而我国东北部地区夏季地表气温偏低时,东亚夏季风的强度偏强,西太平洋副热带高压位置偏西,我国东南部地区偏南风异常偏强,有利于水汽向江淮流域输送,东南沿海及内蒙古中部水汽偏少,且气流上升运动偏弱,降水偏少;而东部其余地区水汽偏多,且气流上升运动偏强,降水偏多;反之亦然。     

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。     

1961—2010年我国夏季总降水和极端降水的变化

利用1961—2010年我国753站逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了近50年我国夏季降水的变化,包括夏季总降水量、极端降水量和极端降水频次的变化。结果表明,夏季总降水量和极端降水量的空间分布大致相似,在我国东南和西南部呈上升趋势,在东北和西北部呈下降趋势。用泊松回归拟合出的极端降水频次变化趋势显示,江淮流域及其以南地区测站的降水频次普遍增加,以北地区则呈减少趋势。进一步分析得到,我国大部分地区的夏季总降水量变化由降水平均强度的变化引起,而极端降水量的变化多由降水频次的变化引起。通过比较温度和水汽变化对降水量变化影响的相对重要性得到:在黄河以北大多数地区,水汽变化主导夏季总降水量的变化;而在江淮流域及华南大部分地区,温度变化为主导。     

基于GWR模型的中国中东部降水与海拔高度关系特征分析

利用中国国家级地面气象站逐时降水资料,采用地理加权回归(Geographically Weighted Regression,GWR)模型系统分析了中国中东部暖季降水与海拔高度的关系,并将二者关系作为一种客观标准,评估了ECMWF-IFS模式对2017年暖季降水的预报能力。主要结论如下:(1)总体来看,中国中东部降水频率(强度)随海拔高度升高而增加(减小),二者在不同地区的贡献程度不同导致降水量与海拔高度关系的区域差异显著。(2)通过对比午后短时和夜间长时降水事件与海拔高度关系的差异,发现午后短时降水事件的降水量主要随海拔高度升高而增加,且以降水频率与海拔高度关系的贡献为主。而夜间长时降水事件的降水量与海拔高度关系的区域一致性较差。相较于午后短时降水事件,夜间长时降水事件中有更多站点表现出降水量随海拔高度升高而减小的特征,在大地形周边陡峭地形处的站点所表现出的此种差异较东部孤立地形处更加显著。(3)根据ECMWF-IFS模式的评估结果,模式能够较好地刻画出中国中东部2017年暖季降水气候态的空间分布特征,且与观测具有较大的空间相关系数。但从降水与海拔高度关系来看,观测与模式的空间相关性偏弱。此外,模式能够表现出降水强度(频率)主要随海拔高度升高而减小(增加)的特征,但绝大多数站点在模式中的降水强度(频率)与海拔高度的负(正)回归关系要弱(强)于观测结果。     

河南省暖季小时极端降水时空分布特征

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。     

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。     

温江站夏季大气边界层垂直结构特征

利用温江观测站边界层塔和探空获取的观测资料,从地表物理量的日变化、边界层的垂直结构及逐日变化这些方面分析该站夏季边界层特征,得到以下结论:(1)地表各物理量都具有明显的日变化特征,呈现一峰一谷的演变状态,其中地表热通量、动量通量、气温以及风速的峰值皆出现在午后,谷值出现在凌晨,湿度与气温日变化是反位相的。(2)近地层低层大气气温在早晚时段,随高度的增加而上升,呈逆温状态;午间时段随高度的增加而下降。9 m以下大气在午后的比湿梯度最大。风速值随着高度的增高而增大,风切变随着高度的增高而减小。(3)探空观测的边界层垂直结构显示:夏季温江站早晚边界层大气层结稳定,而午后表现为典型的混合边界层特征。大气温/湿度差异随高度增长而降低,各个时次温/湿度的差异都主要集中边界层低层,越靠近地面大气温/湿度差异越突出。8:00的温度最低,14:00最高。14:00的大气比湿最小,2:00和20:00较大。近地层风速随高度增长较快,在离地2~300 m左右高度达到一个极值,4个时次的风速差异不大。(4)地表温度、短波辐射、感热通量对边界层的高度和降水都有一定的影响。     

华南锋面和季风降水环流特征及加热结构对比分析

选取华南2017年5月15日两段不同系统影响的典型个例降水,基于ERA Interim分析资料和地面、雷达等观测资料,从两类降水的大尺度环境及中尺度特征方面探讨了两类降水系统的差异,并利用模式潜热廓线订正方案对两类降水个例的潜热进行反演。结果表明,季风降水主要受偏南风影响,边界层内强辐合、高温高湿,中高层（600~150 hPa）较强辐散,而锋面降水受低层锋面系统影响,对流层低层强辐合,800~300 hPa较强辐散,水汽输送深厚,斜压性结构明显,且垂直运动剧烈。除两者的辐合辐散中心、正涡度的中心以及水汽通量辐合中心和垂直运动大值中心所在的层次明显不同外,其强度也差别较明显,就垂直运动而言,锋面降水的最大值达-1.2 hPa/s,远远大于季风降水（-0.2 Pa/s）。两者的中尺度特征和加热结构也存在显著差异,季风降水中尺度雨团沿海岸线自西向东移动发展,潜热加热中心为单峰值,位于5~6 km;锋面降水中尺度雨团在一条西南-东北走向的雨带上不断向东南方向合并发展,潜热加热中心有两个,分别位于1~2 km和6~7 km。      

IMPACT OF URBANIZATION IN DIFFERENT REGIONS OF EASTERN CHINA ON PRECIPITATION AND ITS UNCERTAINTY

Climate effect caused by urbanization has been an indispensable anthropogenic factor in the research on regional climate change. Based on daily precipitation data, possible effects of precipitation on the development of three city groups in eastern China are discussed. With three classification methods (TP, PD and MODIS land cover), urban and rural stations are identified. The main findings are as follows. Climate effects caused by urbanization are different from place to place. In 1960 to 2009, the urbanization brought more precipitation to the Yangtze River Delta and Pearl River Delta city groups but had no obvious effect on the precipitation of the Beijing-Tianjin-Tangshan city group. The difference of precipitation is slight between urban and suburban areas during slow period of the urbanization from 1960 to 1979. It is more evident in the rapid period (1980 to 2009) that urbanization has positive effects on precipitation in every city group. The difference of precipitation between urban and rural stations is sensitive to the ways of distinguishing rural from urban area, which may cause uncertainties in 1960 to 1979, while it is very different in 1980 to 2009 in which urbanization favors more precipitation in all city groups and their differences in precipitation are not sensitive to the division methods.     

中国冬夏季模式降水方案的应用分析研究

通过对中国冬夏季各一次降水过程的模拟分析 ,研究了不同云降水方案在中国区域的应用特征。结果指出 ,夏季 ,Kain Fritsch(KF)和Betts Miller(BM)积云方案模拟产生的积云降水是有差异的 ,KF方案对本次连续降水过程的预报要优于BM方案 ;KF方案和BM方案可以使周围环境大气状况发生不同的变化 ,KF方案可以使周围环境大气变得更湿、上升气流更加深厚 ,更有利于网格尺度降水的产生 ,即不同积云对流方案对网格尺度降水具有重要的影响 ;冬季 ,中国北方大陆基本没有对流降水产生 ,不同积云对流方案对网格尺度降水预报的影响基本可以不予考虑 ,中国北方的冬季降水主要是由网格尺度降水构成的。     

南京周边地区夏季对流云降水的雷达回波特征与人工增雨

本文利用1998～2002年南京713数字化天气雷达资料，对南京周边地区(距南京150km范围内)7、8、9三个月所有有高显的对流云降水回波进行了统计分析。统计结果发现：南京及其周边地区夏季对流云降水回波在平显上以带状为主，所占比例超过为58．2％，其次是孤立的对流云降水回波，所占比例达到22．6％。在高显上，回波顶高在0℃层以下的降水回波较少，不到10％，回波顶高在0℃～-10℃之间的占11．7％，在-10℃～-20℃之间的占15．3％，-20℃以上的达到63％以上，说明南京及其周边地区夏季对流云中暖云的降水几率很小，大部分为发展旺盛、负温区比较深厚的对流云，这种云是人工增雨作业最理想的云。本文的研究为正确把握作业的时机、催化的部位及用弹量，以便有效地作业，提供了依据。     

南京和镇江最高水位与长江中下游地区可利用降水的统计分析

本文利用降水量和平均气温资料计算了长江流域中下游地区可利用降水量,并分析了其与南京和镇江段长江最高水位之间的关系,结果发现夏季6月和7月可利用降水量的不同分布类型对长江当月最高水位有直接的影响,并且这些分布类型出现频次的增多是造成长江水位持续升高的主要原因之一。     

ENTROPY THEORY AND PARAMETERIZATION OF NONUNIFORM DISTRIBUTION OF PRECIPITATION

In this paper a parameterization of nonuniform distribution of precipitation has been madefrom the aspect of the maximum entropy theory.Results from theory and observation show that,the density function of precipitation depth on the subgrid scale over the grid area of a climate modelis the function of the gamma distribution.On this basis,the relative coverage of snow in the regionoccupied by vegetation in the grid area of a model is parameterized.Meanwhile the calculatedresults from the parameterizations are also compared with those from the empirical formulas bysome other meteorologists.Results show that it is feasible to parameterize the nonuniformdistribution of precipitation over the grid area at the angle of entropy theory.     

热带气旋对1975-2018年暖季中国极端降水气候态、变化趋势及其与温度关系的影响研究

全球变暖背景下我国极端小时降水和极端日降水(EXHP、EXDP)气候态及变化趋势的区域差异明显, 其中热带气旋(TC)的影响尚不明确。利用1975-2018年暖季台站小时降水(P)和热带气旋最佳路径等资料, 采用百分位法定义极端小时降水与极端日降水, 并将总降水(All)客观分为热带气旋降水与非热带气旋(nonTC)降水, 分析热带气旋对中国东部All-P、All-EXHP、All-EXDP的气候态和变化趋势以及极端小时降水随温度变化的影响。主要结论如下: (1) TC-P、TC-EXDP、TC-EXHP占其对应总降水之比均从东南和华南沿海向西北内陆递减, 区域平均而言, TC-P占All-P之比与TC-EXHP占All-EXHP之比均约为11%, 而TC-EXDP占AllEXDP之比为15.8%;(2) 热带气旋和非热带气旋降水变化趋势的空间分布差别较大, 热带气旋对长江流域东部总降水增多的贡献高达49%, 并一定程度上改变了降水趋势的空间分布; (3) TC-EXHP强度与温度的关系在约21℃发生改变, 且截然不同于nonTC-EXHP, 华南、东南沿海TC-EXHP强度随温度的变化率明显低于nonTCEXHP, 造成nonTC-EXHP和All-EXHP随温度变化率不同, 且在东南沿海差异显著。      

长江流域夏季降水的时空特征及演变趋势分析

利用长江流域107个站1958～2002年逐年夏季降水量资料,对长江流域夏季降水的区域特征及演变规律进行诊断分析。结果表明,长江流域夏季降水主要有3种空间振荡型、7个降水变化敏感区域。其中长江三角洲、鄱阳湖平原、湘江-赣江上游区域夏季降水呈显著的增加趋势,增加率分别为25．8mm／10a、69．4mm／10a、31．0mm／10a,信度水平在95％以上;岷江流域则呈显著的减少趋势,减少率为40．7mm／10a,信度水平在99％以上;岷江流域和汉水-长江三峡在1980年代降水最多,而其它区域在1990年代降水最多。夏季降水量江汉-洞庭湖平原在1985年、鄱阳湖平原在1994年、长江三角洲和汉水-长江三峡在1974年发生了由少到多的突变,而岷江流域则在1963年发生由多到少的突变;各个区域都存在明显的年际或年代际振荡周期。     

2004年汛期(5～9月)主客观降水预报检验

随着气象事业的发展，天气预报的质量越来越依赖于数值预报产品的性能。预报产品检验是评价预报质量和提高预报水平的有效手段。针对2004年汛期（5～9月）中央气象台预报员及T213、HLAFS25、MM5、GRAPES、日本及德国等国内外数值预报模式短期时效的降水预报做了详细的统计学检验。检验结果表明，对于汛期平均而言，各模式与预报员的小雨预报较好，随降水量级的增加TS评分迅速下降，国内外数值预报模式之间降水预报水平差别不大，预报员与模式相比水平略高；但对于过程预报而言，过程不同，各模式和预报员的表现不同，预报员和MM5对河南暴雨预报较好；GRAPES和日本模式对台风暴雨预报略好；T213对于四川东部暴雨的大量级降水预报较好；无论是预报员，还是数值预报模式，北京暴雨的预报是一个典型的失败个例。同时，我们也发现检验系统存在一些问题，有待今后逐步改进。