长江三角洲城市群对夏季日降水特征影响的模拟研究

利用耦合了单层城市冠层模型UCM的中尺度模式WRF,探讨了长江三角洲地区城市化对夏季日降水特征的影响。结果表明,WRF模式能较好地再现长三角地区2003—2007年夏季降水的空间分布,比较成功地模拟出了降水中心的位置及强度。城市化使得长三角地区夏季降水日数减少了1～5 d,这种降水日数的减少主要是由于城市化使小雨日数减少引起。城市化增强了长三角大部分地区的日降水强度。进一步对长三角地区4个典型城市群宁镇扬、苏锡常、上海和杭州湾城市群进行了夏季降水日变化分析,得出城市化对降水日变化的影响存在一定的区域差异。对于长三角整个大城市群,城市化对降水量、降水强度日峰值出现时刻以及降水强度日峰值大小无明显影响,而使得降水量日峰值减少。城市化使得苏锡常地区降水量日峰值略有增加,宁镇扬和上海地区降水量日峰值都减小,而杭州湾城市群区降水量日峰值出现时刻延后。城市化使得4个典型城市群降水强度日变化曲线形态发生改变,使得上海地区降水强度日峰值出现时刻延后,使得杭州湾城市群区夜雨增强。     

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.     

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。     

河湟流域降水日变化特征分析

利用海东区域自动气象站2007—2016年逐小时降水数据,分析比较河湟流域~*5—9月份降水量、降水频次和降水强度的日变化峰值位相的整体特征、空间分布差异和典型区域平均的日变化演变特征。得出,河湟流域降水日变化峰值时间主要是傍晚到夜间和清晨双峰型位相和午夜单峰型位相,就整体而言,降水强度的下午峰值特征更加突出,降水频次以午夜峰值为主。综合考虑降水量和降水强度降水频次的日变化峰值位相发,发现河湟流域降水日变化峰值位相在空间分布上存在南北差异,北部双峰型位相和南部单峰型位相特征;从降水量、频次、强度的日变化演变特征来看,北部地区双峰型位相特征,降水量以傍晚至夜间峰值为主清晨峰值为次,降水量位相与降水频次位同步相滞后于降水强度位相;南部地区是单峰型位相特征,降水量峰值出现在午夜,低谷出现在中午,降水量位相与降水频次位相同步滞后于降水强度位相,这应是降水演变过程中时间演变不对称性和高原对流云系发展演变的具体表现。     

华北地区夏季降水日变化的时空分布特征

利用2008~2014年间全国自动站观测降水和CMORPH[CPC（Climate Prediction Center）morphing technique]卫星反演降水资料融合而成的0.1°×0.1°小时降水产品揭示了华北夏季降水的日变化特征,发现华北多数地区夏季降水量和降水频率日变化呈现出明显的双峰特征且存在明显的区域性差异。在太行山以西地区,降水量和降水频率的日峰值出现在傍晚18:00左右（北京时）,规律性最强;而在太行山以东的平原和沿海地区,日峰值一般出现在上午。研究不同持续时间降水对总降水的贡献发现短时降水对傍晚的降水日峰值贡献较大,而长时降水则对凌晨的峰值影响更大。分析不同强度降水对总降水量的贡献结果表明,0.1~10 mm h-1强度降水较其它强度降水对夏季华北地区总降水量贡献更大,随着降水强度的增加降水量日变化的峰值个数增加。     

城市地表特征对京津冀地区夏季降水的影响研究

本文利用京津冀地区24个气象站的日降水资料和耦合有单层城市冠层模式(SLUCM)的中尺度数值模式WRF的模拟结果,研究了城市地表特征对京津冀地区夏季降水的影响。结果表明,在京津冀城市面积迅速增长的近三十年(1981~2010),该地区大部分站点的降水量都呈现减少的趋势,减少最明显的站点主要集中在京津唐城市区域,其中≥50 mm的降水量减少趋势占总降水量减少趋势的50%以上。城市扩张可能是造成京津冀降水时空格局改变的因素之一。通过对比分析控制试验与敏感性试验的模拟结果,发现城市化引起的地表特征的改变使北京、天津、唐山主要城市地区的降水量和降水频次都有明显减少,而城市群下风向的降水量和降水强度则明显增加和增强,其中50 mm以上等级的降水量变化最为显著,贡献率在60%以上。城市地表特征使北京、天津和唐山地区50 mm以上等级降水量的百分比下降了6%~20%,下风向地区增加了8%。城市地表特征也影响了主要城市和城市群下风向地区降水量的日变化结构,使北京和唐山几乎所有时段的降水量都有所减少,而城市群下风向降水量的增加主要发生在白天。研究发现城市地表特征对深对流的抑制(加强)可能是造成京津冀地区降水减少(增多)的重要原因,而由于城市地表蒸发量的改变引起的潜热通量和对流有效位能的改变则可能是引起深对流变化的重要因素。     

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。     

长江三角洲城市群对夏季降水影响机制的模拟研究

利用耦合了单层城市冠层模型UCM的中尺度模式WRF,对长江三角洲城市群夏季城市化效应进行了5 a(2003—2007年)高分辨数值模拟,并作了长江三角洲地区有无城市的对比试验。结果表明,城市化使得长三角城市群及其邻近地区,夏季近地层水汽混合比呈明显减少趋势,而850~700 h Pa层的水汽混合比有所增大。通过对比有与无城市各等级降水日所对应的2 m水汽混合比,得出小雨降水日对应的2 m水汽混合比差异与总降水日对应的差异最为接近。通过分析环流场、散度场和垂直速度场发现,水汽混合比的垂直变化是由于城市群的存在使得近地层辐合、850~700 h Pa层辐散的配置增强,以及在城市群上空增强了的垂直上升运动,从而增强城区对流活动,水汽的垂直输送也更为活跃,由此可能导致对流性降水的增加。     

青藏高原夏季降水日变化特征分析

利用2008—2014年逐小时空间分辨率为0.1°的全国自动站观测降水资料和CMORPH卫星反演降水融合资料,研究了青藏高原(下称高原)夏季降水日变化特征,并探讨了不同持续时间和等级降水对降水量日变化的影响。结果表明,整个高原地区夏季降水量和降水频率的日变化表现出明显的凌晨和傍晚的双峰结构,而降水强度的双峰结构却不太明显。进一步对各分区降水日变化特征的分析发现,高原中西部降水日变化特征与整个高原地区的一致,而高原北部(东部)地区降水量和频率的日峰值出现在傍晚(午夜-凌晨)。降水持续时间对降水量日变化有显著的影响,高原夏季降水量日变化的双峰特征是由短时(1~3 h)和长持续性(6 h以上)降水共同作用造成的,午夜-凌晨(傍晚)的降水日峰值主要是由于长持续性(短时)降水所引起。分析不同等级降水量日变化特征发现,高原北部地区小-大雨(暴雨)的降水量日峰值基本出现在下午(午夜),而高原中西部不同等级降水量的日变化基本都呈现出傍晚和午夜-凌晨的双峰结构,高原东部地区不同等级降水量的日变化形式较一致,日峰值出现在午夜-凌晨。     

河南省汛期降水的日变化特征

利用1971—2010年汛期河南省111个观测站的逐小时降水资料,分析了河南省汛期降水的日变化特征。结果表明:河南省汛期降水量和降水频率日峰值均从南向北递减;黄河流域降水量日峰值明显小于淮河流域,南阳盆地的降水量日峰值大多出现在凌晨,豫西山地大多出现在傍晚,豫南大部分地区则出现在下午;豫南地区的降水频率日峰值最大,南阳盆地和豫西山地次之,全省大部分地区降水频率日峰值出现时间集中在上午;降水量、降水频率和降水强度的日变化呈双峰值特征,均在凌晨和傍晚出现峰值,凌晨的峰值最大;长持续性降水对河南省汛期降水量的贡献大于短时降水。     

城市化对长江三角洲地区夏季降水、气温的影响

利用WRF耦合城市冠层模式作为区域气候模式,对2001—2007年长江三角洲地区夏季降水进行高分辨率模拟,与站点资料对比来检验模式的适用性;将上海及周边的城建土地利用类型用灌溉农田代替,进行敏感性试验,对比分析城市化对该地区降水、气温的影响,并探讨其影响机制,结果表明:(1) WRF模式合理模拟出该地区夏季降水的气候态分布特征,与实况观测比较接近,并具有较高的时间序列相关系数;该模式具有较高的适用性,可用于该地区研究城市化效应;(2) 城市化使得长三角地区城区上空气候态日平均降水减少,城区下风方向气候态日平均降水增强;城市化进程中不透水的城区面积扩大导致自然植被减少,潜热通量变小,进而减少地表蒸发以及相应局地大气水分的供给,从而使得城区上空降水减少;(3) 城市化使得以上海为中心的长三角城区气候态平均气温显著升高,气温升高最大值达0.8 ℃,升高幅度夜间时段大于白天时段、日最低气温大于日最高气温,城市热岛效应在夜间更明显,城区气温日较差明显减小;城区的城建结构以及建筑群吸收和存储大量太阳短波辐射以及人为热源释放的热能,减少了地面长波辐射的支出,从而使得城区感热通量增大,当其传播到空气中,使得城区地面气温升高。      

唐山夏季短历时强降水的夜间多发性及成因分析

利用唐山2006—2013年区域自动站降水资料,分析了夏季降水和短历时强降水的日变化特征。结果指出,与一般性降水相比,短历时强降水更具夜间多发性,夜间降水量占总降水量的66.4%,降水量和降水频次日变化呈单峰结构,峰值出现在凌晨,谷值出现在午后,降水强度呈双峰结构,峰值出现在午后和凌晨,且8 a间夜间短历时强降水呈上升趋势。短历时强降水日变化特征地区差异较大,东北部出现频次最多,西南部频次最少、降水强度最大。唐山东北部呈簸箕状,西北东三面环山,强降水过程多东南风,迎风坡抬升加强上升运动,使其出现频次明显偏多;西南部临海,水汽条件比东北部好,故降水强度最大。东北部午后16时(北京时)的降水次峰值与西南部凌晨04时的峰值成因与海陆风昼夜变化关系密切。     

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。     

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。     

近十年长江三角洲城市热岛变化及其与城市群发展的关系

利用MODIS(MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer,中分辨率成像光谱仪)白天地表温度、地表类型产品和DMSP/OLS夜间灯光数据,分析了长江三角洲(简称长三角)地区城市群温度场及其变化的分布特征。结果表明:长三角城市群热岛在春夏季最强,秋季次之,冬季最弱;2001年以来,长三角地区夏季热岛区面积不断变大,其中强热岛区的增长速度最大,导致温度过渡区面积大幅减小;各城市群中,以苏锡常城市群的强热岛区增长最快,呈现与上海热岛连成一体成为大城市群热岛区,并沿海岸线有向杭州湾发展成为更大城市群热岛区的趋势;城郊地区的地表温度增温幅度最大,夜间灯光灰度值的加强趋势也最高,城市地区几乎没有增温,夜间灯光灰度值的加强趋势也最小,且地表温度和夜间灯光灰度值的空间相关性较好,表明长三角近十年地表温度的精细变化与城市化进程密切相关。     

长株潭城市化进程中极端降水变化特征

利用长沙、株洲、湘潭城市群9个气象站1961—2012年降水资料,采用百分位法确定城市群各站春、夏、秋、冬四季极端强降水阈值,分析城市化缓慢发展期与快速发展期城市群四季极端降水变化特征。结果表明:(1)各站极端降水阈值、日数与强度无明显的地域差异,影响城市群各站极端降水的天气气候系统基本一致。(2)相对于城市化缓慢发展期,快速发展期偏北区域站点春、夏季极端降水日数减少,而偏南区域站点则增加;前后两个时期,春、秋、冬季极端降水强度变化各站较为一致,但夏季南北区域其变化存在明显差异。(3)从城市化缓慢发展期到快速发展期,城市群夏季极端降水距平分布发生明显变化,即北部夏季极端降水由正距平转为负距平,而南部则由负距平转为正距平。     

珠江三角洲城市群对夏季降雨影响的初步研究

利用TRMM 2A25卫星降水数据和CMORPH同化数据对珠三角洲地区的降水分布特征进行了探讨,观测表明：珠三角城市群区域总体处于降水的低值中心,且对流降雨的低值中心尤为明显;同时近10 a珠三角核心城市区域降雨有减少的趋势,这种降水减少的趋势可能与珠三角城市化效应有关。本文进一步利用WRF模式模拟分析了珠三角城市群发展对夏季降雨的影响,结果表明珠三角城市化使得该区域降雨减少,其原因为城市化使得地表的蒸发减弱及其大气中的水分供应减少,同时也抬升了珠三角区域边界层高度相应增强了低层大气水汽垂直混合。     

峨眉山及其周边地区降水气候特征研究

基于1959-2016年峨眉山、峨眉市、乐山市及夹江县气象站逐日降水数据和1964-2016年6-9月逐时降水数据,应用统计诊断分析方法,研究了峨眉山及其周边地区降水量、雨日和降水频次的多时间尺度变化特征。结果表明,峨眉山及其周边地区年代降水变化趋势基本一致,但随海拔具有一定差异性,高海拔峨眉山趋势更明显。峨眉山与其周边地区年降水量和年雨日均在20世纪90年代后显著减少,且峨眉山年雨日比其周边地区减少更快。汛期峨眉山及其周边地区降水量、雨日变化均强于其年代和年降水量、雨日变化,较其他时段更突出;高海拔峨眉山冬季、秋季和夏季降水量减少趋势显著,而周边地区夏季和秋季降水量减少趋势明显;峨眉山及其周边地区四季雨日都呈减少趋势,但峨眉山减少程度大于其周边地区。峨眉山及其周边地区月降水量和雨日都呈减少趋势,但峨眉山更明显。峨眉山降水量日变化呈单峰单谷结构,而峨眉市则在清晨出现次峰值,两地夜雨特征突出,夜间降水量远大于白天,且两地降水量峰值出现时间都存在提前的变化特征;峨眉山小时降水频次最大值出现时间存在提前的变化特征,但峨眉市相反,具有延后的变化特征。在全球气候变暖下,峨眉山及其周边地区气候响应主要为降水减少,高海拔地区降水减少的趋势大于低海拔地区。峨眉山及其周边地区这种区域气候响应的一致性与差异性,可能与区域温度响应与水汽状况差异有关。     

1961—2010年北京地区降水变化特征

采用15个常规气象站1961-2010年逐日降水数据资料,分析了北京地区降水量、降水日数和降水强度的变化趋势,包括年和各季节的总降水量和降水日数,不同降水级别降水量、降水日数和降水强度变化趋势的时空特征。结果表明：在近50年内,北京地区平均年降水量和年降水日数、年降水强度均呈下降趋势;各季节中,夏季的降水量呈明显下降趋势,春季降水日数略有增加,夏季略有减少;降水强度在春季增大和夏季减小趋势明显;小雨雨量变化不明显,中雨雨量呈增加趋势,大雨和暴雨雨量呈明显降低趋势;小雨降雨日数略呈减小趋势,中雨降水日数呈显著增加趋势,大雨和暴雨降水日数呈较明显降低趋势;小雨降水强度略呈上升趋势,而大雨和暴雨的降水强度呈明显的降低趋势。     

近30a安徽省汛期降水日变化特征分析

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。