基于小时降水资料的贵州降水精细特征分析.pdf
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1、研究论文研究论文沙 漠 与 绿 洲 气 象Desert and Oasis Meteorology第 17 卷 第 4 期2023 年 8 月研究区域性降水的时空特征,是探寻气候的区域特征的重要一环1-3。贵州省位于我国低纬度云贵高原的东部,是中国第一与第三阶梯的过渡地带,受东亚季风与西南季风的共同影响4。贵州具有独特的天气、气候特征,其降水时空分布受气候变化引起的季风变化影响明显5-6。副热带高压、850 hPa 纬向风、热带气旋、静止锋等是影响贵州降水的主要天气系统7-10。由于境内东西海拔变化大,贵州高原降水空间分布不均,呈现东多西少的特点,存在 3 个多雨中心和 1 个少雨带,降水重心
2、在贵阳市与黔南州交界地带。贵州暴雨及降水主要出现在 缘怨 月,且月际变化大11-12,其地域分布受地形影响显著13。贵州年降水日数在 145213 d,其中小雨日数对总降水日数的贡献最大,暴雨日数与年总降水量关系密切,冬季北部平均冻雨日在 39 d14-15。姚莉等16在分析我国小时雨强的时空分布特征后指出贵州地区百年一遇的小时雨强达 60耀80 mm/h。肖蕾等17利用 84 个国家观测站数据探讨了贵州短时强降水的时空分布特征,并指出其整体上主要发生在夜间。日内降水方面,夜雨和夜间暴雨现象同样显著,夜雨率均值高达62%18-19。近年来,随着区域自动观测站的全面布网,小时尺度的高密度降水资料
3、得以获取,更多的细节特征也日益被学者所关注20-22,但目前研究多集中在短时强降水(小时雨强逸20 mm/h)的时空分布特征23-24。在贵州地区,谷晓平等25对 2020 年的汛期降水特征分析后指出,高密度区域站数据能更好地反映降水细节特征,而降水数据小时化后暴雨的时间特征被进一步细化。王芬等26讨论了黔西南短时强降水的特征,指出短时强降水和暴雨有着同样的空间分布特征,该州 68%暴雨天气中都伴有短时强降水,而且其夜雨现象同样明显。目前降水的时长特征主要用以分析高风险性降水(暴雨和短时强降水等)持续时间,而熊明明等27在分析天津小时降水特征时将总降水时数视为总降水样本数,进而得到小时平均雨强
4、,两者相结合可以基于小时降水资料的贵州降水精细特征分析罗乃兴,周林,李杨,倪雷(贵阳市气象局,贵州贵阳 550002)摘要:利用 20102019 年贵州地区 2 683 个自动气象站逐时降水观测资料,结合地形特征分析了贵州降水的时空特征,并从平均雨强和降水概率方面进一步研究了贵州各季日内降水的精细化特征。结果表明:(1)贵州年降水时长和年降水量空间分布有所差异,位于大娄山脉北侧的遵义赤水和习水地区仅为降水时长的大值区;(2)四季降水时长分布受当季主要降水系统位置的影响,平均降水强度兼受地理条件的影响,偏向山脉的南麓;(3)在日内降水分布上,贵州四季都存在明显的夜雨现象,其中下半夜到凌晨(00
5、06 时)降水发生概率更大且强度更强,其中心有明显自西向东传播的特征;(4)短时强降水主要出现在春夏季且向东传播明显,主要在夜间到早晨。关键词:小时降水;降水时长;短时强降水;夜雨;贵州中图分类号:P426.6文献标识码:A文章编号:1002-0799(2023)04-0038-07收稿日期:2021-11-29;修回日期:2022-04-24基金项目:国家科技部“科技助力经济2020”重点专项气象行业项目(KJZLJJ202009)作者简介:罗乃兴(1984),男,高级工程师,主要从事中短期预报、数值预报释用研究。E-mail:罗乃兴,周林,李杨,等.基于小时降水资料的贵州降水精细特征分析J
6、.沙漠与绿洲气象,2023,17(4):38-44.doi:10.12057/j.issn.1002-0799.2023.04.006开放科学(资源服务)标识码(OSID):38图 220102019 年贵州省年平均降水量(a,单位:mm)和年平均降水时长(b,单位:h)很好地解释短时强降水的分布情况。为此,选取近10 年来贵州区域站的小时降水资料,将降水时长和降水量结合起来,通过分析贵州雨量、降水时长特征,以及平均雨量和短时强降水的关系,揭示贵州不同季节降水的精细化特征,以及降水的日内变化和传播特点。1研究区域与数据贵州地处中国地势的第二阶梯、云贵高原的东斜坡地带,位于 103毅31忆耀10
7、9毅30忆 E,24毅30忆耀29毅13忆 N,山地和丘陵占 92.5%。贵州地势西高东低,海拔高度为 147.8耀2 900.6 m,平均海拔约1 100 m。贵州总体可以分为 3 个阶梯,第一级阶梯为平均海拔 1 500 m以上的贵州西部,主要为毕节和六盘水、黔西南西侧地区,以高原和山地为主;第三级阶梯为平均海拔800 m 以下,主要包括铜仁和黔东南大部分地区,其中在低山丘陵间屹立着苗岭山脉主峰雷公山和武陵山脉主峰梵净山,两地较周围地区高 1 000 m 以上;其余地区为第二级阶梯,呈现中部高、南北低的分布。资料选用经过筛选的 20102019 年贵州省区域自动站的逐小时水量观测资料。所有
8、数据通过贵州省数据中心质量控制及均一性检验和信息化处理(时间均为北京时)。对于小时降水量跃60 mm/h 的数据,运用周边站点降雨情况及本站降雨序列图等多方对照核实后使用。并对观测站点进行了筛选,步骤如下:(1)站点数据的时间长度应跃5 a;(2)连续时段内缺测率在 5%以内。按上述质量控制后,实际参与分析的站点共有 2 683 个(图 1)。降水定义采用中国气象局的业务标准,即 1 h降水量逸0.1 mm 定义为一次降水事件,达到 20 mm称为一次短时强降水事件。区域平均雨强定义为 1 h内所有降水事件的累计降水量与总降水站数之比,单位:mm/h。区域性小时降水事件定义为 1 h 内发生降
9、水站次逸100 站次。为了方便讨论贵州降水的日内变化特征,将 1 d 分为 远 个时段:上半夜(2023 时)、下半夜(0003 时)、凌晨(0407 时)、上午(0811 时)、下午(1215 时)和傍晚(1619 时)。将全年分为汛期(49 月)和非汛期(10 月次年 3月)。2结果与分析2.1年平均降水量的总体分布特征20102019 年贵州年降水量在 8001 600 mm,呈现西北少东南多(图 2a)的分布特点。虽然南部降水普遍比北部多,但同一纬度上,普遍存在着东多西少的特征。多雨区(逸1 200 mm)主要位于贵州海拔最低的第三级阶梯,其中三处峰值分布于该区域的两处高峰(雷公山和梵
10、净山)周围和海拔最低的贵州东南边缘的河谷地带,地形迎风坡效应明显。少雨区主要位于乌蒙山脉的主体及其背风坡,具体为贵州图 1研究区域地形及区域观测站点分布(吟代表国家站的位置,荫代表区域自动站的位置)罗乃兴等:基于小时降水资料的贵州降水精细特征分析39研究论文研究论文沙 漠 与 绿 洲 气 象Desert and Oasis Meteorology第 17 卷 第 4 期2023 年 8 月最西部的威宁(贵州海拔最高的区域)至遵义南部,该区域年降水量最小,均值在 900 mm 左右,其中威宁最低。另一处稍弱的少雨带为望谟和紫云以西的北盘江河谷地带,该地带呈西北东南走向,与春夏盛行于 850 hP
11、a 的西南气流近乎垂直。年平均降水时长在 1 000 h 左右,分布呈现东多西少的特点(图 2b),东部最多(跃1 100 h),西部(毕节、黔西南、六盘水)为 900 h 左右。降水时数最短地区为黔西南,总时长约800 h;而高值区与降水量高值区有所重叠,但贵州北部则仅是降水时长高值区。结合年降水量分布图可以发现,贵州大部分地区两者呈正位相分布,但两个地区呈反位相:黔西南地区年降水量稍多但时长最短,表明当地降水次数偏少但平均强度偏强;遵义地区年降水量偏少,但时长最长,表明降水次数偏多但平均强度偏弱。2.2月际降水特征贵州的降水呈现以 6 月为峰值(227 mm)的近似正态分布(图 3),最小
12、值出现在 2 月(24.3 mm),其中 49 月是主要的降水时段,贡献了全年 76.1%的降水,是贵州的汛期。与之相比,月际降水时长变化幅度较小,谷值出现在冬季的 2 月(66.5 h),峰值出现在 6 月(123.5 h),汛期降水时长最短月为夏季副热带高压控制的 8 月(76.5 h)。图 320102019 年贵州平均的月降水量和月降水时长月际降水强度方面,以月平均雨强 1 mm/h 为界分为两部分,即 10 月次年 3 月,降水量偏小,降水量明显小于降水时长,平均雨强为 0.47 mm/h,以层状云降水为主;49 月,降水量开始超过降水时长(尤其是夏季),平均雨强为 1.61 mm/
13、h,对流降水占主导,其对应的短时强降水发生概率为 0.4%,即为 3.5 次左右,这与贵州全年短时强降水发生次数基本相当,是贵州短时强降水发生的主要时期。汛期区域性小时降水(降水站数跃100 站)事件中,区域平均雨强的累计分布(图 4a)呈近似对数分布,累计比重为前期快速增长,中后期增速逐渐变慢。中位数是 0.8 mm/h,75%概率对应1.7 mm/h,说明一般情况下,降水强度期望为 0.8 mm/h,而大多数情况降水强度约1.7 mm/h,只有 1%的雨强跃5.1 mm/h。短时强降水(小时雨强逸20 mm/h)站点的出现概率(图 4b)呈近似二次函数分布,前期缓慢增长,后期近似线性增长,
14、需要特别指出的 2 个点:1译对应的 1 mm/h 和 1%对应的 2.1 mm/h,这是因为贵州一次区域性降水多在 102耀103站次,因此 1译(对应雨强 1 mm/h)处短时强降水可能出现,而 1%处(对应雨强 2.1 mm/h)短时强降水一般情况下可以出现。依照这一标准,结合图 2a 可以发现,在区域性降水事件中,即使是在汛期,由于大部分降水事件(59%)的区域平均雨量约1 mm/h 而较难出现短时强降水,22.6%有可能出现短时强降水(1耀2.1 mm/h),仅有 18.4%的区域性降水事件中有较大可能出现短时强降水(雨强逸2.1 mm/h)。扩展到月季降水,夏季由于平均雨强跃1.8
15、 mm/h,其对应的出现概率(6译)远超其余月,是汛期短时强降水主要发生时期;而非汛期(10 月次年 3 月)由于平均雨强仅为0.5 mm/h,对应短时强降水站点的出现概率为 0.2译,难以出现短时强降水,仅在 3 和10 月零星出现。图 4汛期(49 月)区域性小时降水事件中,不同量级的小时平均雨量的累计出现概率(a)及短时强降水(跃20 mm/h)的出现概率(b)3四季降水的分布特征贵州四季的平均降水时长相差不大,除冬季为240 h 左右,其余季节为 260 h 左右,但分布型各季40明显不同。冬季降水时长主要受云贵静止锋影响,由于常出现降水量低于观测阈值(0.1 mm/h)而被忽略的现象
16、,降水时长略低于其他三季。各季降水时长的大值区(300 h 以上)即降水的多发地区与当季主要降水系统的位置基本一致。春夏两季主要位于副热带高压的西侧;秋季副热带高压南退,贵州的北部地区更易受冷空气影响而进入降水多发区;冬季降水时长主要受云贵静止锋影响,其大值区位于静止锋锚点附近。冬季贵州西侧的黔西南和威宁地区由于群山阻隔而难以影响,降水时长最少,局地约100 h。黔东南州黎平县东部和南侧由于受山脉阻隔,四季降水时长偏短。与降水时长不同,降水系统和地形作用共同决定了降水量分布,因而海拔较高水汽偏少的毕节地区四季降水皆少,海拔偏低的黔南和黔东南四季降水皆多,年降水量的 3 个峰值地区也皆为四季峰值
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