基于小时数据的广西汛期降水日变化特征_廖胜石.pdf

2期引言降水日变化是降水在白天与黑夜之间的强弱交替现象。研究降水的日变化特征，有助于理解降水形成机理和区域气候形成机制，并对气象的精细化预报和服务有重要的指导作用1，因此成为当前气象研究领域的一个热点问题。近年来，由于高时空分辨率的气象观测数据的完善，很多气象学者对中国、华南区域的日变化气候特征进行了大量研究并取得很有意义的成果，发现中国大陆夏季降水存在显著的日变化和区域特征1，南方地区降水在冷季、暖季存在日位相的差异2；大部分地区汛期降水量日变化呈双峰型特征35。广西（20N25N，104E112E）地处低纬，北部是云贵高原和南岭，南面是南海以及十万大山、六万大山等众多高大山脉，中部有丘陵、盆地、河谷，地形复杂，为典型的季风气候。前汛期（46月）降水以锋面降水和夏季风降水为主，后汛期（79月）降水以热带系统降水为主。覃卫坚等6利用逐日降水资料研究指出广西前、后汛期均存在三个大的暴雨相关区。黄明策7利用逐12h降水资料研究指出广西年平均暴雨量的分布具有明显的地域性。廖胜石等8利用小时降水资料分析广西极端短时强降水的特征，发现广西沿海的极端短时强降水的强度和频次是最高的。黄春华等9基于防城港市自动气象站小时雨量分析短时强降水时空分布特征，发现前汛期防城港市南部短时强降水高峰期出现在清晨、北部出现在凌晨和午后，后汛期南部出现在清晨和午后、北部出现在午后到傍晚，非汛期短时强降水出现的时段呈多峰值态势。周绍毅等10利用南宁站短历时暴雨资料分析发现南宁市短历时暴雨月变化呈单峰型，多发生在下午时段。林振敏等11对广西68月分级降水的气候特征做了研究。前面的研究或仅运用日降水资料无法刻画日变化，或仅关注某个局地区域无法刻画全区范围，或仅关注强降水忽略了一般降水而无法完整刻画降水的气候特征，对于广收稿日期：2023-02-20基金项目：广西气象科研计划项目（桂气科2022Z03、桂气科2022M29）和中国气象局复盘总结专项（FPZJ2023099）作者简介：廖胜石（1976），男，高级工程师，主要从事气候监测与评价研究。E-mail：lss0218126com基于小时数据的广西汛期降水日变化特征廖胜石1，卓健2，陆甲1（1.广西壮族自治区气候中心，南宁530022；2广西壮族自治区气象信息中心，南宁530022）摘要：利用20052021年广西91个国家气象观测站的逐时降水观测资料，对广西汛期降水的小时平均降水量、降水频率、降水强度进行分析。结果表明：（1）在空间分布上，小时平均降水量和降水频率日峰值从南向北呈“高低高”形态，降水强度日峰值则呈南高北低，高值区出现沿海和桂东南。（2）桂东北、桂西北和沿海地区的小时平均降水量峰值出现在0409时，桂东南出现在1517时，桂西南出现在0507时和1618时，桂东南多昼雨，其它地区多夜雨。（3）沿海地区的降水强度日变化最明显，桂东南、桂西南次之，桂东北和桂西北不显著。（4）各区域的降水变化特征和该地区的地理位置和影响天气系统有很大关系，桂东北、桂西北小时平均降水量和降水强度峰值的出现在56月，以锋面降水和夏季风降水为主，桂东南、桂西南和沿海地区的小时平均降水量和降水强度峰值出现在68月，以夏季风降水和热带系统降水为主。关键词：广西；降水；日变化；降水强度；降水频率中图分类号：P426.6文献标识码：Adoi：10.19849/ki.CN45-1356/P.2023.2.05廖胜石，卓健，陆甲基于小时数据的广西汛期降水日变化特征J气象研究与应用，2023，44（2）：2732Liao Shengshi，Zhuo Jian，Lu Jia.Analysis of diurnal variation characteristics of precipitation in Guangxi during the flood season basedon hourly dataJJournal of Meteorological Research and Application，2023，44（2）：2732第44卷第2期气象研究与应用Vol.44 No.22023年6月JOURNAL OF METEOROLOGICAL RESEARCH AND APPLICATIONJun.202344卷气象研究与应用西降水日变化特征，及其在全球气候变化背景下，是否发生变化，以及基于高时间分辨率资料的精细化分布特征研究较少。因此，需要运用最新的逐时降水资料进行更深入的分析研究。本研究利用20052021年广西91个气象观测站点的逐时降水资料，从小时平均降水量、降水频率、降水强度方面，研究广西汛期（49月）降水的日变化特征。研究结果将有助于进一步深化对广西汛期降水日变化特征的理解。1资料与方法1.1资料来源选用CIMISS提供的20052021年广西汛期（49月）91个国家级气象观测站的逐时降水量数据，通过气候极值检查和内部一致性检查对数据进行质量控制。1.2方法本文研究区域为广西区域及其5个气象地理分区（桂东北、桂东南、桂西北、桂西南、沿海地区）。降水发生的判据为小时降水量大于等于01mm。对20052021年汛期逐小时降水资料进行分析，统计一天（北京时间0023时，共24h）每个时次的累计降水量和累计降水时数。对于某个时次，汛期的总时数1hd183da17a3111h，根据这些统计结果进一步计算汛期一天中逐小时的小时平均降水量、降水频率、降水强度。计算公式为：（1）小时平均降水量累计降水量总时数；（2）降水频率累计降水时数总时数；（3）降水强度累计降水量累计降水时数。各站一天中24个时段的极大值为该站的日峰值。通过求算广西各地理分区内所有气象站小时平均降水量、降水频率和降水强度的算术平均值得到该区域的小时平均降水量、降水频率和降水强度，进一步探讨降水日变化的区域差异。2结果与分析2.1广西汛期降水日变化的基本特征211降水日峰值及其出现时间的空间分布广西汛期小时平均降水量日峰值从南向北方向呈“高低高”形态，桂东南和沿海地区日峰值多数达到06mmh1以上，桂东北北部和桂西北东部的日峰值均在04mmh1以上，桂西南、桂东北南部和桂西北西部日峰值大多低于04mmh1。桂东北和桂西北日峰值出现时间比较一致，均在0108时之间；沿海地区日峰值出现在0810时；桂西南和桂东南日峰值多出现在1518时。降水频率日峰值的空间分布与小时平均降水量的分布相似，从南向北方向同样呈“高低高”形态。受海上暖湿气流影响，桂东南和沿海地区的降水频率日峰值较大，桂东北和桂西北受南下北方冷空气和北上暖湿气流的共同影响，这2个地区的降水频率日峰值也较大，桂西南地区无论是小时平均降水量还是降水频率都为广西最低。桂东北和桂西北的降水频率日峰值多出现在0208时，桂东南和桂西南出现在1618时，沿海地区出现在0709时，与降水量日峰值的出现时间基本一致。由降水强度日峰值的空间分布（图略）可知，广西降水强度在35mmh1，空间分布特征和平均降水量、降水频率不一样，是自南向北减小，沿海和桂东南降水强度较大，桂东北大部和桂西北局部相对较小，这与广西南部接近海洋，水汽充沛，易形成强降水有关。桂东北和桂西北的降水强度日峰值多出现在0208时，桂东南和桂西南出现在1620时，而沿海地区出现在0610时，与小时平均降水量、降水频率日峰值的出现时间基本一致。212降水日变化特征由图1a可知，广西各区域小时平均降水量日变化差异较大。桂西南为典型双峰结构，2个峰值发生时间分别为0507时和1618时。桂东北、桂西北、桂东南和沿海地区为单峰结构，桂东北峰值出现时间为0608时，桂西北为0405时，沿海地区为0709时，桂东南与上述3个区域峰值出现时间有较大不同，出现在1517时。沿海地区的小时平均降水量峰值为07mmh1，为全区最大，桂东南次之05mmh1，其他区域仅为0304mmh1。由图1b可知，桂东南和桂西南降水频率日变化为双峰结构，但是次峰值不太明显。桂西南主峰值在07时前后，次峰值在16时前后，桂东南则是主峰值在17时前后，次峰值在07时前后。桂东北、桂西北和沿海地区为单峰结构，峰值均在0708时。桂东北、桂西北、桂东南和沿海地区降水频率的主峰值均为15左右，桂西南主峰值最低，仅为12左右。桂东北、桂西北、桂西南和沿海地区4个区域的降水频率在夜晚逐渐增加，在08时前后达到峰值后逐渐降低，而桂东南降水频率在白天逐渐增加，直到17时达到峰值后逐渐降低。可见桂东南多昼雨，其它区域多夜雨。282期由图1c可知，桂东北和桂西北的降水强度日变化比较平稳，相对峰值出现的时间分别为2302时和0406时，其它地区均为典型的单峰结构，峰值较为明显，其中沿海地区的日峰值出现时间为0809时，桂西南和桂东南为1618时。沿海地区的降水强度日峰值超过了40mmh1，远大于其它地区的降水强度。沿海地区的降水强度日变化最为明显，0211时降水强度日峰值均超过了40mmh1，下午到夜间则减小到30mmh1左右，峰值和谷值差距18mmh1，桂东北、桂西北降水强度全天每个时次相差不大，峰值和谷值差距小于08mmh1，日变化不显著。广西各地降水强度差异较小（除沿海外），小时平均降水量却有较大的差异，可见，降水量的差异主要来自于降水频率的不同，桂西南是全区降水频率最低的地区，也是总降水量最少的地区，形成了有名的桂西南旱区。桂东北和桂西北的平均降水量、降水频率和降水强度的日变化结构虽然基本一致，峰值均出现在后半夜到凌晨时段，但二者还是存在差异，在2206时的小时平均降水量，2307时的降水频率，2004时的降水强度，桂西北大于桂东北地区，其余时间桂东北均大于桂西北，说明桂西北的夜雨特征比桂东北明显。图1广西各区域小时平均降水量（a）（单位：mmh1）、降水频率（b）（单位：）、降水强度（c）（单位：mmh1）的日变化图2.2降水日变化的月际变化特征从各区域小时平均降水量逐月变化来看，各区域的变化特征和该地区的地理位置和影响天气系统有很大关系。桂东北（图2a）的高值区是5、6月的0509时，次高值区是6月的1718时，上午的峰值大于下午的峰值，可见桂东北汛期的降水主要是冷空气和西风槽造成的锋面降水与夏季风降水。桂西北（图2b）的高值区出现在6月份的0305时，次高值区为78月的1618时，表明桂西北的降水是锋面降水、夏季风降水和热带系统降水兼而有之，锋面降水、夏季风降水多于热带系统降水。桂东南（图2c）的高值区是68月的1417时，桂东南降水主要来自于夏季风降水和热带系统降水。桂西南（图2d）有两个高值中心，次高值中心为56月的0405时，最大高值为78月的1617时，表明桂西南的降水虽然和桂西北同样是包含锋面降水、夏季风降水和热带系统降水，但热带系统降水大于锋面降水和夏季风降水。沿海地区（图2e）的高值区出现在68月的0709时，降水主要来源于夏季风降水和热带系统降水。借助海面带来的充沛水汽，沿海地区平均小时降水量的峰值远远大于其他地区。从广西区域（图2f）整体来看，有2个主要的降水时段，一个是56月的0508时，另一个是68月的1618时，56月的高值大于68月的高值，说明广西56月的锋面降水和夏季风降水多于68月台风带来的降水。另外，锋面降水和夏季风降水大多出现在凌晨，热带系统降水大多出现在下午。从各区域降水强度逐月变化来看（图3），各区域的降水强度高值区出现的月份与小时平均降水量的分布一致，只是出现的时次略有不同。桂东北56月凌晨到上午的降水强度最大，68月的1619时也是高值区。桂西北降水强度最大出现在6月2204时。桂东南降水强度最大出现在68月的1518时。桂西南的降水强度高值区出现在68月的1618时。沿海地区的降水强度高值区出现在68月0210时。从广西区域整体来看，有2个降水强度高值区，一个是56月的0205时，另一个(a)(b)(c)时次时次时次廖胜石，卓健，陆甲：基于小时数据的广西汛期降水日变化特征0.80.70.60.50.40.30.20.1023222120191817