李强, 主要从事数值天气预报研究.Email:
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。
Based on the qualified hourly precipitation data of 123 stations in Sichuan Province and Chongqing City from 1980 to 2012, the multiple spatio-temporal distribution characteristics of the frequency, the intensity and the duration of hourly heavy rainfall (HHR) during main flood season from May to September are investigated. The main conclusions are as follows. The annual variation and diurnal variation of frequency during 1980-2012 are nearly identical at the thresholds above 20 mm, 30 mm and 50 mm per hour. The average annual frequency of HHR is 504, 184 and 28 respectively. According to the dynamic convergence lifting over mountain terrain and the forcing of large mountain gradient in the west of Sichuan and Chongqing Basin, the high frequency areas of HHR at the thresholds above 20 mm per hour distribute in Longshan Mountains in the northwest of the basin and the transition zone between the surrounding area of Ya'an and Leshan and the southwest of basin. The diurnal peak of frequency mainly happens between 20:00 BT and 01:00 BT in the south of basin and between 02:00 BT and 07:00 BT in the central, north and east of the basin. The diurnal variation of different hours shows double active peaks with the first peak after the noon and the second peak between 20:00 BT and the next 07:00 BT. The events of short duration (2-6 h) mostly occur in the day time, yet the events of lasting 2 to 18 hours all happen between the nightfall and the next morning. The intensity, frequency and precipitation amount of the events of HHR at distinct beginning time are characterized by similar daily variation with the single active peak happening between 18:00 BT and 06:00 BT. The accumulating rainfall and the frequency of the HHR events are less during the day time (09:00-20:00 BT) than over night (21:00-08:00 BT), which means the HHR events are remarkable at night time.
短时强降水是短时间内降水强度较大,降水量级达到或超过一定阈值,且常伴有雷雨、大风、冰雹等强对流天气,具有降水的短时特征及强对流特征。美国易导致暴洪的短时强降水为≥20 mm·h-1(
近年来,随着高时间分辨率降水资料的出现和积累,国内外学者对降水日变化做了一些研究(
以上研究在西南地区降水的日变化、年际变化、强度特征等取得了非常重要的成果,但以上研究中主要以四川范围内降水资料为研究对象,并没考虑重庆地区所在盆地东部范围,且川西高原和川渝盆地方面具有降水局地性差异,研究中利用区域自动站资料,由于其资料时间较短,在区域性长期气候方面并不具有代表性。本文利用1980—2012年小时强降水发生主要月份(5—9月)逐小时降水资料,研究川渝盆地的小时强降水时空分布特征,从而提高对该地区小时强降水发生、发展规律的认识。
本研究所用数据包括四川和重庆1980—2012年主要降水月份5—9月逐小时降水观测资料, 源于由中国气象局国家气象信息中心提供“中国国家级地面气象站逐小时降水数据集(V1.0)”,数据经过了气候极值检验、内部一致性检验和时间一致性检验等质量控制, 考虑到数据的完整性,对于每年5—9月不能完整记录的站点,记录当年缺测,滤除了缺测两年以上的站点,最终使用有123个气象观测站,研究范围主要为四川盆地和重庆与四川省接壤地区的盆地地区(
川渝盆地气象站高度及空间分布和地形叠加(单位:m)
Spatial distribution and height of weather stations and the overlaid terrain in Sichuan and Chongqing Basin (unit: m)
对每个站进行24 h降水普查,利用降水持续性分析降水日变化特征,为定义强降水事件,当一次降水过程有≥20 mm·h-1强降水发生即为强降水事件,定义一次强降水开始时间为至少2 h前没有降水发生,降水结束之后连续2 h没有降水发生,判定一次强降水过程结束,将一次强降水开始至结束间隔的小时数定义为强降水持续时间,强降水持续时间内的降水量累计为强降水事件的降水总量,开始时间定义为强降水事件开始时间,结束时间定义为强降水事件结束时间,一次强降水事件中,极大降水出现的值,为此次降水事件的峰值,出现时间为峰值出现时间。根据降水持续时间划分不同时间的持续性时间,以1 h为间隔,统计1~24 h持续性强降水事件次数、累计降水量和强度,强降水频次指统计时段内发生强降水的次数,降水总量为强降水累计雨量,而降水强度指降水总量和降水频次的比值,而大于24 h强降水事件不在统计范围之内。
1980—2012年≥20、≥30和≥50 mm·h-1强降水频次年变化(单位:次)
Annual variation of hourly heavy rainfall frequency above 20, 30 and 50 mm·h-1 during 1980-2012 (unit: time)
同
Same as
川渝盆地地区不同小时阈值强降水频次的空间分布(a) ≥20 mm·h-1, (b) ≥30 mm·h-1, (c) ≥50 mm·h-1
The frequency distribution of heavy rainfall with different hourly intensities in Sichuan and Chongqing Basin (a) ≥20 mm·h-1, (b) ≥30 mm·h-1, (c) ≥50 mm·h-1
川渝盆地地区不同时段≥20 mm·h-1强降水频次空间分布(a) 21:00—02:00 BT, (b) 03:00—08:00 BT, (c) 09:00—14:00 BT, (d) 15:00—20:00 BT
The frequency distribution of hourly heavy rainfall ≥20 mm·h-1 in Sichuan and Chongqing Basin during the time range (a) 21:00-02:00 BT, (b) 03:00-08:00 BT, (c) 09:00-14:00 BT, (d) 15:00-20:00 BT
进一步分析≥30和≥50 mm·h-1强降水4个时间段空间分布上(图略),与≥20 mm·h-1具有类似空间分布特征,而09:00—14:00和15:00—20:00两个时次强降水表现不明显。从以上不同小时强度阈值频次空间分布上,盆地南部和西部的强降水在21:00—02:00较活跃,03:00—08:00南部的强降水较弱,而高频次向北、向东扩展;但从频次数量上,前半夜频次较大,强降水表现活跃,强降水特征显著,
(a)≥20 mm·h-1强降水平均强度空间分布(
(a) The spatial distribution of average intensity hourly heavy rainfall ≥20 mm·h-1 (
从1980—2012年5—9月≥20 mm·h-1强降水总量占总降水量的比例上(
从极端降水量级(箭矢长度)和出现时间空间(箭矢方向表示)分布上(
从1980—2012年5—9月≥20 mm·h-1强降水最大频次(箭矢长度)和出现时间空间(箭矢方向表示)分布上(
川渝盆地地区小时强降水的频次日峰值出现时间分布
Spatial distribution of the diurnal phases of maximum frequency at stations in Sichuan and Chongqing basin
降水的日变化与降水的持续性之间存在紧密关系,
≥20 mm·h-1强降水事件日变化(a)和1980—2012年不同持续时间强降水事件年变化(b)
Diurnal variations of the precipitation in different rainfall events (a) and annual variation of the rainfall in different duration hours (b)
从降水总量比较上(
从不同持续时间1980—2012年演变上(
不同开始时间(a)和不同持续时间(b)的强降水事件频次(单位:次)、降水量(单位:mm)和降水强度(单位: mm·次-1)变化
Diurnal variation of heavy rainfall events at different onset times (a) and different durations (b) for the frequency (unit: time), precipitation amount (unit: mm) and intensity (unit: mm·time-1)
不同开始时间事件频次空间分布上(
不同开始时间段的强降水事件频次(a, b;
Spatial distributions of the frequency of heavy rainfall events (a, b,
1980—2012年不同开始时间事件累计平均降水量上(
不同持续时间强降水事件频次空间分布上(
不同持续时间(a) 1~6 h, (b) 7~12 h的频次空间分布
Spatial distribution of the frequency of heavy rainfall events at different durations (a) 1-6 h, (b) 7-12 h
本文主要利用1980—2012年川渝盆地地区123个逐时降水资料,分析了川渝盆地地区的主汛期5—9月强降水时空分布特征和持续性特征,主要结论如下:
(1) ≥20、≥30和≥50 mm·h-1三种阈值强降水时间分布上,1980—2012年年际和日变化,均具有较好的一致性,三种强降水年平均频次分别为504、184和28次;强降水频次日变化分布上,高频次主要发生在傍晚至凌晨,且峰值出现在00:00—03:00。≥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,川渝盆地地区西部和南部为高频区,由于山地地形动力辐合抬升,是强降水触发和加强的重要原因,盆地西部巨大的地形梯度,易于形成强的水平温度梯度,从而易出现低空风的垂直切变,促使了强降水的发生概率偏大,在高原低涡东移和西南低涡耦合,使得高低空低涡发展加强,促使强降水不断产生。
(2) ≥20 mm·h-1强降水极大频次的出现时间空间分布上,盆地南部地区最大频次的强降水出现在20:00—01:00,而盆地中部、北部和东部主要发生在02:00—07:00,极大频次出现01:00,且从盆地南部到北部地区,极大频次事件由20:00逐渐过渡到01:00,而盆地中部、北部以及东部,从02:00开始,逐渐向07:00过渡,这反映了盆地降水发生发展过程,高原系统东移,在傍晚先在高原南侧诱发中小尺度系统,中小尺度对流系统生成后,逐渐东移北上发展,在盆地中部、北部和东部产生强降水。
(3) 不同持续时间小时强降水事件具有双峰型结构,午后为第一个降水峰值,20:00到第二天07:00对应第二个峰值强降水事件峰值,白天多为短时间强降水事件(2~6 h),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。强降水强度与频次和降水量具有相似的日变化特征,呈现单峰型结构,主要发生在18:00—06:00这段时间内。不同持续时间的频次和总降水量日变化曲线,均具有双峰型结构,2~12 h强降水持续事件为主要持续时间段,占总频次的75%,3~12 h持续时间降水量占总降水量比例为60%;不同强降水事件的持续时间强度,随着降水事件持续时间的延长,整体上呈现逐渐增加的趋势。
(4) 不同开始时间事件频次空间分布,白天(09:00—20:00) 强降水事件高频次区主要分布在盆地西部和东部地区,夜间(21:00—08:00) 除了盆地东部相对较小,其余地区均较大,尤其盆地西部和南部地区相对较大。不同开始时间事件累计平均降水量上,白天(09:00—20:00) 强降水整体上相对较小,夜间(21:00—08:00) 强降水区主要分布于盆地西部、北部和南部部分站点,强降水事件频次和降水量空间分布,夜间明显较白天大,即表明为明显的夜间强降水特征明显。
研究中发现盆地南部、西部、西北和东部的强降水频次具有差异,这与强降水的影响系统发生、发展和移动有密切关系,不同的环流系统背景场下与所产生的强将水时空分布联系,以及持续强降水事件的持续性特征,需要针对这几个地区强降水进一步研究。
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