1960-2000年西南地区降水频率和降水比率分析

1960-2000年西南地区降水频率和降水比率分析

1日降水、月尺度、气象变化特征及变化近年来，随着气候变化研究的深入，许多科学家开始关注日降水数据的使用和时间降水数据的气候变化研究。在研究日本降水的气候特征和频率变化时，zhata和al.发现，在过去50年中，中国东部的降水减少，但对全国的总体规划而言，极端强降水区的降水量增加。Gongetal认为,1980-1993年中国北方的降水频率比前期明显偏低,强降水时间分布较常年(7月中旬~8月初)更分散;王小玲等用1957-2004年中国506个测站的逐日降水观测资料,分析了全国8个区域年降水量、年降水频率和平均降水强度的趋势变化,认为年降水量、降水频率和平均降水强度均存在明显的区域变化特征;李红梅等基于中国地区740个测站的日降水资料,发现近40年中国东部平均年降水强度极端偏强的趋势较为显著;张录军等运用新定义的降水集中度和集中期,讨论了我国长江流域不同地段汛期降水在时间和空间上的分布特征和变化规律,还对长江流域汛期降水集中程度和洪涝关系进行了分析;杨晓丹等利用西北地区120个测站1954-2003年逐日降水观测资料,分析了近50年来西北地区的降水强度、频率和总降水量变化趋势以及它们之间的联系。由此可见,目前在日降水资料的研究和应用方面,国内的研究大多是以研究日降水量的特征及变化为主,在逐日逐时降水的气候特征及其变化方面,Lietal曾研究过中国南方地区降水的日变化,主要研究范围是长江中下游及其以南地区。对于西南地区,以往在降水变化方面的研究多是以月尺度资料为主的降水变化研究,用日降水和逐时降水资料进行的研究相对较少。由于中国西南地区毗邻青藏高原,境内有高原、山地、丘陵、盆地等地貌,地形十分复杂,是典型的气候多变区,研究该地区气候特征及其变化对深入认识其气候及气候变化规律具有十分重要的意义。考虑到西南地区气候特征及变化研究的迫切性和重要性,本文应用西南逐日逐时降水资料,通过分析西南地区不同季节、不同时次的降水气候频率等,试图揭示西南地区降水的日变化特征,为逐时降水强度、频率等的变化研究提供参考依据。2逐时降水频率及降水比率的计算文中西南地区包括川、渝、黔、滇四省(市),分析所用降水资料是1960-2000年的逐月逐日逐时降水量自动记录信息化资料,共有91个气象站,如图1所示。逐时降水频率、逐时降水比率等的计算采用常规的气候统计方法,具体定义如下:(1)日降水量:指前一日20:00(北京时,下同)~当日20:00各时次≥0.1mm的降水累积总量,记为当日的日雨量。(2)逐时降水量:指某整点到下一整点1h内≥0.1mm的降水累积总量,例01:00~02:00的雨量记为01:00雨量。(3)逐时降水频率:某小时降水出现的频次占日总频次的百分率。(4)逐时降水比率:某小时内降水量占日总降水量的百分率。3分析了中国西南部随着时间的推移的降水特征分析3.1降水季节变化为了分析西南地区逐时降水特征,分别计算了1961-2000年40年间1~12月西南地区逐时降水频率和逐时降水比率。由于西南地区各季节降水特征明显不同,选取1,4,7,10月分别代表冬、春、夏、秋季分析该区域逐时降水特征。分析各季代表月可知,西南地区除了川西高原冬季基本无降水外,其他地区的日降水变化并没有表现出在某一时次特别集中的状况,各地从当日00:00~次日00:00的24h中,逐时降水频率一般在3%~13%之间。图2为西南地区各季代表月最大逐时降水频率的空间分布图。从图2可以分析出西南地区各季逐时降水频率最大的时次。冬季(图2a):川西高原和贵州大部分地区基本无降水(或无观测资料),川东南部、重庆南部、云南西北部和云、贵交界地区的最大逐时降水频率以夜间出现的频率最高,多出现在23:00~05:00;而四川东北部、重庆北部、云南东南部和云、川交界地区降水则以白天出现频率最高,但各省(市)的降水出现时段明显不同,其中云南东南部地区的降水一般出现在06:00~08:00;而川东北部、重庆北部和云、川交界地区的降水则多出现在11:00~15:00。春季(图2b):随着雨季的到来,除川西高原仍没有明显的降水外,各地的降水逐渐增多。在四川东北部大部分地区、重庆西部、云南东南部边缘地区和贵州大部分地区(除东部小部分地区外),最大逐时降水频率出现的时间表现出一致性,降水多出现在夜间,且多在20:00以后到05:00之前;而在云南西北部、重庆中东部、贵州东部和四川南部边缘地区,降水多出现在白天,出现最多的时间是在06:00以后至18:00以前,其中,四川南部地区多出现在18:00左右,其余地区大多出现在06:00~09:00期间。夏季(图2c):川西高原降水逐渐增多,各地的最大逐时降水频率出现时间表现出分散的特点,但仍有规律可循。通过分析可以看出,在四川中西部、云南西北部及其东部边缘地区和贵州西南部地区呈现出夜间降水频繁的特点,最大逐时降水频率一般在21:00~04:00期间;而四川东部、重庆大部分地区、贵州东北部和云南中南部地区,最大逐时降水频率主要出现在白天,且多出现在06:00以后至17:00以前。所不同的是,四川东部和重庆大部分地区多出现在12:00或之前,而贵州东北部和云南中南部地区在12:00以后出现较多,且多出现在13:00~17:00期间。秋季(图2d):川西高原的降水逐渐减少,最大逐时降水频率在西南地区南部和北部分别有较好的一致性,表现出西南北部地区夜雨较多,而南部地区白天降水次数较多的特征。具体而言,四川盆地大部分地区、重庆大部分地区、贵州西北部和云南西北部地区夜雨特征明显,最大逐时降水频率多出现在夜间,且多集中在00:00~05:00;而其余地区最大逐时降水频率主要集中在07:00~09:00。从以上各季代表月最大逐时降水频率出现时段的分析中可以看出,西南地区各地无论是在相同季节不同地区,还是在相同地区不同季节,最大逐时降水频率出现的时间并没有表现出一致性,而是表现出较为分散的分布特征。这可能与西南地区复杂地形下的局地气候特征明显有关,也可能与西南地区连阴雨天气较多有关。总体而言,四川、重庆和贵州部分地区多表现出夜雨频繁的特点,而云南的降水无论在哪个季节大多数都表现出以白天降水频次较多的特点。3.2降水时次分布的分布为了更清楚地了解西南不同地区不同季节内降水量在一天24h中逐时的分配比率,根据文献中用旋转主成分分析方法,按年降水量方差贡献大小依次将西南地区划分为8个气候区,这8个气候区可代表西南地区主要的气候特征。本文直接选取所划分的气候区域和各气候区内的代表站进行分析,为了便于比较,一般选择冬、春、夏、秋四个季节都有降水资料的站点,川西高原气候区的站点缺少冬季资料,故未选;最终选取的气候区和代表站按方差贡献依次为玉溪代表滇南气候区,雅安代表川西高原东部气候区,望谟代表滇黔交界气候区,阆中代表四川盆地东部气候区,成都代表四川盆地西部气候区,贡山代表滇西气候区,彭水代表黔渝交界气候区,华坪代表四川和云南交界的凉山气候区。各代表站所在的具体位置如图3所示。在以下的分析中,只分析川西高原以东以南的几个气候区逐时降水比率的分布状况。通过对图4及表1的分析可知,在不同气候区,西南地区各季逐时降水分布大多数并不均匀,不同气候区内的逐时降水在不同时段集中的特点较为明显,尤其是夏季,各气候区内的逐时降水均表现出在较短时段相对集中的特点,这与西南地区夏季多短时强对流性天气相关。冬季(图4a):滇南和滇西地区降水在各时次的分布相对其他气候区较均匀,而其他气候区降水相对在某一时段内较为集中。在滇南地区:降水量虽然在各时次的分布较为均匀,但也有相对集中时段,05:00的降水量在日总降水量中占的比率最大,平均为10%左右;其次是11:00,该时次的降水量占8%左右;而在其他时次,尤其是01:00最不容易出现降水。在川西高原东部地区:降水主要集中在00:00以前,一般集中出现在22:00~00:00,最少出现的是12:00。在滇黔交界区:该地区降水出现时间较为集中,多出现在23:00以后到08:00以前,这一时段的降水量占日降水量的绝大部分,其中以04:00~07:00最多,是降水相对集中的时段;08:00以后开始到22:00,该地区基本无大的降水,尤其是15:00~16:00及20:00前后基本无降水。在四川盆地东部地区:降水有一个相对集中的时段,即23:00~04:00,从05:00以后开始至22:00以前,降水相对较少,最少的是11:00和17:00,40年间基本无降水。在四川盆地西部地区:逐时降水比率的分布与四川盆地东部的情况刚好相反,降水主要出现在05:00以后至15:00,在此时段内降水量占到全天降水量的一半以上,其他时次降水量相对较少,特别是16:00~20:00期间的降水量很少,是一日中降水量最少的时段。在滇西地区:该地区降水的分配与四川盆地西部有比较类似的现象,降水主要出现在白天,集中在08:00以后到16:00期间,其他时次的降水在全天降水中所占的比率较少。在黔渝交界地区:降水在两个时段比较集中,一是02:00~05:00,二是08:00~10:00,其他时次相对较少,16:00~22:00则更少。在四川和云南交界的凉山地区:冬季逐时降水的分布表现出与黔渝交界地区相反的特点,在00:00~14:00期间,基本没有明显的降水,降水时段主要集中在15:00~19:00期间。春季(图4b):各气候区逐时降水比率均表现出在某一时段降水集中出现的特点。在滇南地区:降水虽然在3个时次相对集中,即05:00,13:00和20:00;00:00~03:00和06:00~12:00期间是滇南地区春季降水最不容易出现的时段,此期间40年来基本无降水。在川西高原东部地区:相对于其他几个气候区,该区春季日降水在各时次的分布相对均匀,但也有相对集中时段,在00:00~14:00的降水量占到日总降水量的80.4%;而其他时段,尤其是17:00~23:00基本无降水。在滇黔交界地区:降水在两个时段较为集中,一是00:00,二是05:00~10:00;其余时段,尤其是10:00以后到23:00基本无降水。四川盆地东部地区:降水一般在04:00以后出现,主要集中在04:00~14:00;从16:00以后开始至03:00以前,降水相对较少,00:00~02:00最少,40年间基本无降水。在四川盆地西部:降水在04:00~10:00最为集中,期间的降水量占到日总降水量的93.3%,11:00~02:00很少出现降水,尤其是在17:00~02:00期间40年间基本无降水。在滇西地区:降水主要出现在白天,主要集中时段是08:00以后到16:00期间,其他时次的降水量在全天降水量中所占的比率较少。在黔渝交界地区:降水在3个时段比较集中,分别为02:00~03:00,05:00和08:00~10:00;其他时次,尤其是16:00~23:00基本少有降水产生。在四川和云南交界的凉山地区:春季逐时降水的分布同样表现出与黔渝交界地区相反的特点,在00:00~18:00期间,基本没有明显的降水,降水主要集中在19:00~21:00。夏季(图4c):各气候区内的逐时降水均表现出短时集中的特点,这与夏季多短时强对流性天气有关。在滇南地区:降水主要出现在10:00~12:00和19:00~21:00两个时段;其他时段的降水较少,尤其是在07:00~09:00,14:00~16:00和22:00~03:00基本无降水。在川西高原东部地区:00:00,03:00~06:00和13:00~16:00是该区夏季降水相对集中时段,3个时段的累计降水比率为72.8%;其他时段,尤其是19:00~23:00基本无降水。在滇黔交界地区:降水多出现在01:00,08:00~09:00,20:00和23:00,其中以08:00~09:00最多;其他时段,尤其是13:00以后到18:00及02:00~06:00基本无降水。在四川盆地东部地区:逐时降水的分布与春季的分布状况一样,一般在04:00以后、中午以前出现,主要集中在04:00~10:00,从11:00以后开始至19:00以前,降水相对较少。在四川盆地西部地区:降水分布与四川盆地东部相反,降水主要出现在夜间,集中在00:00~01:00,03:00~04:00和23:00,其他时次很少出现降水。在滇西地区:降水主要出现在05:00及以后至11:00以前,期间降水量占全天降水量的62.2%;其他时次的降水除了21:00相对稍大,降水比率为5.9%外,均很少有降水产生。在黔渝交界地区:夏季降水在时间上更为集中,主要集中在13:00~14:00和18:00。另外,除09:00降水量相对稍多外,其他各时次降水比率均较少,23:00~06:00和15:00~17:00基本无降水。在四川和云南交界的凉山地区:逐时降水的分布在午夜和午间呈对称分布的特点,有30.3%的降水出现在23:00~01:00,另有39.7%的降水出现在10:00~15:00;其他时次降水均较少,其中18:00~22:00基本无降水。秋季(图4d):各气候区内的逐时降水在不同时段集中的特点仍很明显,但与其他季节不同的是,秋季降水除滇南区与四川和云南交界的凉山区外,其他几个气候区的降水多出现在凌晨至中午左右,14:00以后出现的降水相对较少。在滇南地区:降水在05:00~06:00和17:00~18:00最易出现,12:00~13:00和01:00是除了上述两个时段外降水相对集中的时段,其他时段降水较少,尤其是02:00~04:00和09:00~11:00,15:00~16:00和19:00~00:00基本无降水。在川西高原东部地区:秋季降水主要集中在02:00~13:00,其他时段的降水相对较少,尤其是16:00~22:00基本无降水。在滇黔交界地区:秋季降水多出现在02:00以后到13:00之前,其中最多的是03:00~05:00和10:00~12:00两个时段;其余时段,尤其是15:00以后到01:00很少出现降水。在四川盆地东部地区:降水在两个时段特别集中,一是02:00~04:00,二是在08:00~09:00,其余时段很少出现降水,最少的是18:00~01:00,40年间基本无降水。在四川盆地西部地区:降水主要出现在夜间到10:00以前,即03:00~10:00。另外,在00:00,14:00~19:00也有少量降水,其他时段降水相对较少,尤其是20:00~23:00和12:00~13:00,40年间基本无降水。在滇西地区:降水在各时次的分布相对其他气候区均匀,相对集中的时段是06:00~14:00,其他时次的降水比率在2%~5%之间,相对较少。在黔渝交界地区:降水主要集中在06:00以后至12:00以前的这段时间。另外,15:00的降水也相对稍多,其他各时次降水比率均较少,其中19:00~22:00和00:00~03:00基本无降水。在四川和云南交界的凉山地区:逐时降水在3个时段较为集中,分别为01:00,09:00~10:00和17:00~18:00,其他时次降水较少,20:00和23:00~00:00基本无降水。4日降水量的日变化鉴于重庆在西南地区的特殊地理位置和气候环境,所以特别对重庆逐日降水进行详细的分析。在重庆境内选取西部、中部、东北部和东南部4个不同气候区内的代表站对重庆全年各月逐日降水分布特征进行分析。从现有逐日降水资料库中选取沙坪坝代表渝西部,涪陵代表渝中部,万州代表渝东北部,彭水代表渝东南部进行分析。图5是1961-2000年重庆4个气候区各代表站逐时降水比率月—时剖面图。由图5可以看出,重庆各地的日降水量在时间分配上很不均匀,且不同季日降水量变化也表现出不同的分布特征。在秋、冬季节,除了渝中部地区外,其他地区降水主要在凌晨以后到中午以前出现,其他时段降水相对较少;在春季,渝东北部地区的降水会从04:00持续到18:00以后,其他地区降水的逐时