1960-2000年西南地區(qū)降水頻率和降水比率分析

1960-2000年西南地區(qū)降水頻率和降水比率分析

1日降水、月尺度、氣象變化特征及變化近年來(lái)，隨著氣候變化研究的深入，許多科學(xué)家開(kāi)始關(guān)注日降水?dāng)?shù)據(jù)的使用和時(shí)間降水?dāng)?shù)據(jù)的氣候變化研究。在研究日本降水的氣候特征和頻率變化時(shí)，zhata和al.發(fā)現(xiàn)，在過(guò)去50年中，中國(guó)東部的降水減少，但對(duì)全國(guó)的總體規(guī)劃而言，極端強(qiáng)降水區(qū)的降水量增加。Gongetal認(rèn)為,1980-1993年中國(guó)北方的降水頻率比前期明顯偏低,強(qiáng)降水時(shí)間分布較常年(7月中旬~8月初)更分散;王小玲等用1957-2004年中國(guó)506個(gè)測(cè)站的逐日降水觀測(cè)資料,分析了全國(guó)8個(gè)區(qū)域年降水量、年降水頻率和平均降水強(qiáng)度的趨勢(shì)變化,認(rèn)為年降水量、降水頻率和平均降水強(qiáng)度均存在明顯的區(qū)域變化特征;李紅梅等基于中國(guó)地區(qū)740個(gè)測(cè)站的日降水資料,發(fā)現(xiàn)近40年中國(guó)東部平均年降水強(qiáng)度極端偏強(qiáng)的趨勢(shì)較為顯著;張錄軍等運(yùn)用新定義的降水集中度和集中期,討論了我國(guó)長(zhǎng)江流域不同地段汛期降水在時(shí)間和空間上的分布特征和變化規(guī)律,還對(duì)長(zhǎng)江流域汛期降水集中程度和洪澇關(guān)系進(jìn)行了分析;楊曉丹等利用西北地區(qū)120個(gè)測(cè)站1954-2003年逐日降水觀測(cè)資料,分析了近50年來(lái)西北地區(qū)的降水強(qiáng)度、頻率和總降水量變化趨勢(shì)以及它們之間的聯(lián)系。由此可見(jiàn),目前在日降水資料的研究和應(yīng)用方面,國(guó)內(nèi)的研究大多是以研究日降水量的特征及變化為主,在逐日逐時(shí)降水的氣候特征及其變化方面,Lietal曾研究過(guò)中國(guó)南方地區(qū)降水的日變化,主要研究范圍是長(zhǎng)江中下游及其以南地區(qū)。對(duì)于西南地區(qū),以往在降水變化方面的研究多是以月尺度資料為主的降水變化研究,用日降水和逐時(shí)降水資料進(jìn)行的研究相對(duì)較少。由于中國(guó)西南地區(qū)毗鄰青藏高原,境內(nèi)有高原、山地、丘陵、盆地等地貌,地形十分復(fù)雜,是典型的氣候多變區(qū),研究該地區(qū)氣候特征及其變化對(duì)深入認(rèn)識(shí)其氣候及氣候變化規(guī)律具有十分重要的意義?？紤]到西南地區(qū)氣候特征及變化研究的迫切性和重要性,本文應(yīng)用西南逐日逐時(shí)降水資料,通過(guò)分析西南地區(qū)不同季節(jié)、不同時(shí)次的降水氣候頻率等,試圖揭示西南地區(qū)降水的日變化特征,為逐時(shí)降水強(qiáng)度、頻率等的變化研究提供參考依據(jù)。2逐時(shí)降水頻率及降水比率的計(jì)算文中西南地區(qū)包括川、渝、黔、滇四省(市),分析所用降水資料是1960-2000年的逐月逐日逐時(shí)降水量自動(dòng)記錄信息化資料,共有91個(gè)氣象站,如圖1所示。逐時(shí)降水頻率、逐時(shí)降水比率等的計(jì)算采用常規(guī)的氣候統(tǒng)計(jì)方法,具體定義如下:(1)日降水量:指前一日20:00(北京時(shí),下同)~當(dāng)日20:00各時(shí)次≥0.1mm的降水累積總量,記為當(dāng)日的日雨量。(2)逐時(shí)降水量:指某整點(diǎn)到下一整點(diǎn)1h內(nèi)≥0.1mm的降水累積總量,例01:00~02:00的雨量記為01:00雨量。(3)逐時(shí)降水頻率:某小時(shí)降水出現(xiàn)的頻次占日總頻次的百分率。(4)逐時(shí)降水比率:某小時(shí)內(nèi)降水量占日總降水量的百分率。3分析了中國(guó)西南部隨著時(shí)間的推移的降水特征分析3.1降水季節(jié)變化為了分析西南地區(qū)逐時(shí)降水特征,分別計(jì)算了1961-2000年40年間1~12月西南地區(qū)逐時(shí)降水頻率和逐時(shí)降水比率。由于西南地區(qū)各季節(jié)降水特征明顯不同,選取1,4,7,10月分別代表冬、春、夏、秋季分析該區(qū)域逐時(shí)降水特征。分析各季代表月可知,西南地區(qū)除了川西高原冬季基本無(wú)降水外,其他地區(qū)的日降水變化并沒(méi)有表現(xiàn)出在某一時(shí)次特別集中的狀況,各地從當(dāng)日00:00~次日00:00的24h中,逐時(shí)降水頻率一般在3%~13%之間。圖2為西南地區(qū)各季代表月最大逐時(shí)降水頻率的空間分布圖。從圖2可以分析出西南地區(qū)各季逐時(shí)降水頻率最大的時(shí)次。冬季(圖2a):川西高原和貴州大部分地區(qū)基本無(wú)降水(或無(wú)觀測(cè)資料),川東南部、重慶南部、云南西北部和云、貴交界地區(qū)的最大逐時(shí)降水頻率以夜間出現(xiàn)的頻率最高,多出現(xiàn)在23:00~05:00;而四川東北部、重慶北部、云南東南部和云、川交界地區(qū)降水則以白天出現(xiàn)頻率最高,但各省(市)的降水出現(xiàn)時(shí)段明顯不同,其中云南東南部地區(qū)的降水一般出現(xiàn)在06:00~08:00;而川東北部、重慶北部和云、川交界地區(qū)的降水則多出現(xiàn)在11:00~15:00。春季(圖2b):隨著雨季的到來(lái),除川西高原仍沒(méi)有明顯的降水外,各地的降水逐漸增多。在四川東北部大部分地區(qū)、重慶西部、云南東南部邊緣地區(qū)和貴州大部分地區(qū)(除東部小部分地區(qū)外),最大逐時(shí)降水頻率出現(xiàn)的時(shí)間表現(xiàn)出一致性,降水多出現(xiàn)在夜間,且多在20:00以后到05:00之前;而在云南西北部、重慶中東部、貴州東部和四川南部邊緣地區(qū),降水多出現(xiàn)在白天,出現(xiàn)最多的時(shí)間是在06:00以后至18:00以前,其中,四川南部地區(qū)多出現(xiàn)在18:00左右,其余地區(qū)大多出現(xiàn)在06:00~09:00期間。夏季(圖2c):川西高原降水逐漸增多,各地的最大逐時(shí)降水頻率出現(xiàn)時(shí)間表現(xiàn)出分散的特點(diǎn),但仍有規(guī)律可循。通過(guò)分析可以看出,在四川中西部、云南西北部及其東部邊緣地區(qū)和貴州西南部地區(qū)呈現(xiàn)出夜間降水頻繁的特點(diǎn),最大逐時(shí)降水頻率一般在21:00~04:00期間;而四川東部、重慶大部分地區(qū)、貴州東北部和云南中南部地區(qū),最大逐時(shí)降水頻率主要出現(xiàn)在白天,且多出現(xiàn)在06:00以后至17:00以前。所不同的是,四川東部和重慶大部分地區(qū)多出現(xiàn)在12:00或之前,而貴州東北部和云南中南部地區(qū)在12:00以后出現(xiàn)較多,且多出現(xiàn)在13:00~17:00期間。秋季(圖2d):川西高原的降水逐漸減少,最大逐時(shí)降水頻率在西南地區(qū)南部和北部分別有較好的一致性,表現(xiàn)出西南北部地區(qū)夜雨較多,而南部地區(qū)白天降水次數(shù)較多的特征。具體而言,四川盆地大部分地區(qū)、重慶大部分地區(qū)、貴州西北部和云南西北部地區(qū)夜雨特征明顯,最大逐時(shí)降水頻率多出現(xiàn)在夜間,且多集中在00:00~05:00;而其余地區(qū)最大逐時(shí)降水頻率主要集中在07:00~09:00。從以上各季代表月最大逐時(shí)降水頻率出現(xiàn)時(shí)段的分析中可以看出,西南地區(qū)各地?zé)o論是在相同季節(jié)不同地區(qū),還是在相同地區(qū)不同季節(jié),最大逐時(shí)降水頻率出現(xiàn)的時(shí)間并沒(méi)有表現(xiàn)出一致性,而是表現(xiàn)出較為分散的分布特征。這可能與西南地區(qū)復(fù)雜地形下的局地氣候特征明顯有關(guān),也可能與西南地區(qū)連陰雨天氣較多有關(guān)。總體而言,四川、重慶和貴州部分地區(qū)多表現(xiàn)出夜雨頻繁的特點(diǎn),而云南的降水無(wú)論在哪個(gè)季節(jié)大多數(shù)都表現(xiàn)出以白天降水頻次較多的特點(diǎn)。3.2降水時(shí)次分布的分布為了更清楚地了解西南不同地區(qū)不同季節(jié)內(nèi)降水量在一天24h中逐時(shí)的分配比率,根據(jù)文獻(xiàn)中用旋轉(zhuǎn)主成分分析方法,按年降水量方差貢獻(xiàn)大小依次將西南地區(qū)劃分為8個(gè)氣候區(qū),這8個(gè)氣候區(qū)可代表西南地區(qū)主要的氣候特征。本文直接選取所劃分的氣候區(qū)域和各氣候區(qū)內(nèi)的代表站進(jìn)行分析,為了便于比較,一般選擇冬、春、夏、秋四個(gè)季節(jié)都有降水資料的站點(diǎn),川西高原氣候區(qū)的站點(diǎn)缺少冬季資料,故未選;最終選取的氣候區(qū)和代表站按方差貢獻(xiàn)依次為玉溪代表滇南氣候區(qū),雅安代表川西高原東部氣候區(qū),望謨代表滇黔交界氣候區(qū),閬中代表四川盆地東部氣候區(qū),成都代表四川盆地西部氣候區(qū),貢山代表滇西氣候區(qū),彭水代表黔渝交界氣候區(qū),華坪代表四川和云南交界的涼山氣候區(qū)。各代表站所在的具體位置如圖3所示。在以下的分析中,只分析川西高原以東以南的幾個(gè)氣候區(qū)逐時(shí)降水比率的分布狀況。通過(guò)對(duì)圖4及表1的分析可知,在不同氣候區(qū),西南地區(qū)各季逐時(shí)降水分布大多數(shù)并不均勻,不同氣候區(qū)內(nèi)的逐時(shí)降水在不同時(shí)段集中的特點(diǎn)較為明顯,尤其是夏季,各氣候區(qū)內(nèi)的逐時(shí)降水均表現(xiàn)出在較短時(shí)段相對(duì)集中的特點(diǎn),這與西南地區(qū)夏季多短時(shí)強(qiáng)對(duì)流性天氣相關(guān)。冬季(圖4a):滇南和滇西地區(qū)降水在各時(shí)次的分布相對(duì)其他氣候區(qū)較均勻,而其他氣候區(qū)降水相對(duì)在某一時(shí)段內(nèi)較為集中。在滇南地區(qū):降水量雖然在各時(shí)次的分布較為均勻,但也有相對(duì)集中時(shí)段,05:00的降水量在日總降水量中占的比率最大,平均為10%左右;其次是11:00,該時(shí)次的降水量占8%左右;而在其他時(shí)次,尤其是01:00最不容易出現(xiàn)降水。在川西高原東部地區(qū):降水主要集中在00:00以前,一般集中出現(xiàn)在22:00~00:00,最少出現(xiàn)的是12:00。在滇黔交界區(qū):該地區(qū)降水出現(xiàn)時(shí)間較為集中,多出現(xiàn)在23:00以后到08:00以前,這一時(shí)段的降水量占日降水量的絕大部分,其中以04:00~07:00最多,是降水相對(duì)集中的時(shí)段;08:00以后開(kāi)始到22:00,該地區(qū)基本無(wú)大的降水,尤其是15:00~16:00及20:00前后基本無(wú)降水。在四川盆地東部地區(qū):降水有一個(gè)相對(duì)集中的時(shí)段,即23:00~04:00,從05:00以后開(kāi)始至22:00以前,降水相對(duì)較少,最少的是11:00和17:00,40年間基本無(wú)降水。在四川盆地西部地區(qū):逐時(shí)降水比率的分布與四川盆地東部的情況剛好相反,降水主要出現(xiàn)在05:00以后至15:00,在此時(shí)段內(nèi)降水量占到全天降水量的一半以上,其他時(shí)次降水量相對(duì)較少,特別是16:00~20:00期間的降水量很少,是一日中降水量最少的時(shí)段。在滇西地區(qū):該地區(qū)降水的分配與四川盆地西部有比較類(lèi)似的現(xiàn)象,降水主要出現(xiàn)在白天,集中在08:00以后到16:00期間,其他時(shí)次的降水在全天降水中所占的比率較少。在黔渝交界地區(qū):降水在兩個(gè)時(shí)段比較集中,一是02:00~05:00,二是08:00~10:00,其他時(shí)次相對(duì)較少,16:00~22:00則更少。在四川和云南交界的涼山地區(qū):冬季逐時(shí)降水的分布表現(xiàn)出與黔渝交界地區(qū)相反的特點(diǎn),在00:00~14:00期間,基本沒(méi)有明顯的降水,降水時(shí)段主要集中在15:00~19:00期間。春季(圖4b):各氣候區(qū)逐時(shí)降水比率均表現(xiàn)出在某一時(shí)段降水集中出現(xiàn)的特點(diǎn)。在滇南地區(qū):降水雖然在3個(gè)時(shí)次相對(duì)集中,即05:00,13:00和20:00;00:00~03:00和06:00~12:00期間是滇南地區(qū)春季降水最不容易出現(xiàn)的時(shí)段,此期間40年來(lái)基本無(wú)降水。在川西高原東部地區(qū):相對(duì)于其他幾個(gè)氣候區(qū),該區(qū)春季日降水在各時(shí)次的分布相對(duì)均勻,但也有相對(duì)集中時(shí)段,在00:00~14:00的降水量占到日總降水量的80.4%;而其他時(shí)段,尤其是17:00~23:00基本無(wú)降水。在滇黔交界地區(qū):降水在兩個(gè)時(shí)段較為集中,一是00:00,二是05:00~10:00;其余時(shí)段,尤其是10:00以后到23:00基本無(wú)降水。四川盆地東部地區(qū):降水一般在04:00以后出現(xiàn),主要集中在04:00~14:00;從16:00以后開(kāi)始至03:00以前,降水相對(duì)較少,00:00~02:00最少,40年間基本無(wú)降水。在四川盆地西部:降水在04:00~10:00最為集中,期間的降水量占到日總降水量的93.3%,11:00~02:00很少出現(xiàn)降水,尤其是在17:00~02:00期間40年間基本無(wú)降水。在滇西地區(qū):降水主要出現(xiàn)在白天,主要集中時(shí)段是08:00以后到16:00期間,其他時(shí)次的降水量在全天降水量中所占的比率較少。在黔渝交界地區(qū):降水在3個(gè)時(shí)段比較集中,分別為02:00~03:00,05:00和08:00~10:00;其他時(shí)次,尤其是16:00~23:00基本少有降水產(chǎn)生。在四川和云南交界的涼山地區(qū):春季逐時(shí)降水的分布同樣表現(xiàn)出與黔渝交界地區(qū)相反的特點(diǎn),在00:00~18:00期間,基本沒(méi)有明顯的降水,降水主要集中在19:00~21:00。夏季(圖4c):各氣候區(qū)內(nèi)的逐時(shí)降水均表現(xiàn)出短時(shí)集中的特點(diǎn),這與夏季多短時(shí)強(qiáng)對(duì)流性天氣有關(guān)。在滇南地區(qū):降水主要出現(xiàn)在10:00~12:00和19:00~21:00兩個(gè)時(shí)段;其他時(shí)段的降水較少,尤其是在07:00~09:00,14:00~16:00和22:00~03:00基本無(wú)降水。在川西高原東部地區(qū):00:00,03:00~06:00和13:00~16:00是該區(qū)夏季降水相對(duì)集中時(shí)段,3個(gè)時(shí)段的累計(jì)降水比率為72.8%;其他時(shí)段,尤其是19:00~23:00基本無(wú)降水。在滇黔交界地區(qū):降水多出現(xiàn)在01:00,08:00~09:00,20:00和23:00,其中以08:00~09:00最多;其他時(shí)段,尤其是13:00以后到18:00及02:00~06:00基本無(wú)降水。在四川盆地東部地區(qū):逐時(shí)降水的分布與春季的分布狀況一樣,一般在04:00以后、中午以前出現(xiàn),主要集中在04:00~10:00,從11:00以后開(kāi)始至19:00以前,降水相對(duì)較少。在四川盆地西部地區(qū):降水分布與四川盆地東部相反,降水主要出現(xiàn)在夜間,集中在00:00~01:00,03:00~04:00和23:00,其他時(shí)次很少出現(xiàn)降水。在滇西地區(qū):降水主要出現(xiàn)在05:00及以后至11:00以前,期間降水量占全天降水量的62.2%;其他時(shí)次的降水除了21:00相對(duì)稍大,降水比率為5.9%外,均很少有降水產(chǎn)生。在黔渝交界地區(qū):夏季降水在時(shí)間上更為集中,主要集中在13:00~14:00和18:00。另外,除09:00降水量相對(duì)稍多外,其他各時(shí)次降水比率均較少,23:00~06:00和15:00~17:00基本無(wú)降水。在四川和云南交界的涼山地區(qū):逐時(shí)降水的分布在午夜和午間呈對(duì)稱(chēng)分布的特點(diǎn),有30.3%的降水出現(xiàn)在23:00~01:00,另有39.7%的降水出現(xiàn)在10:00~15:00;其他時(shí)次降水均較少,其中18:00~22:00基本無(wú)降水。秋季(圖4d):各氣候區(qū)內(nèi)的逐時(shí)降水在不同時(shí)段集中的特點(diǎn)仍很明顯,但與其他季節(jié)不同的是,秋季降水除滇南區(qū)與四川和云南交界的涼山區(qū)外,其他幾個(gè)氣候區(qū)的降水多出現(xiàn)在凌晨至中午左右,14:00以后出現(xiàn)的降水相對(duì)較少。在滇南地區(qū):降水在05:00~06:00和17:00~18:00最易出現(xiàn),12:00~13:00和01:00是除了上述兩個(gè)時(shí)段外降水相對(duì)集中的時(shí)段,其他時(shí)段降水較少,尤其是02:00~04:00和09:00~11:00,15:00~16:00和19:00~00:00基本無(wú)降水。在川西高原東部地區(qū):秋季降水主要集中在02:00~13:00,其他時(shí)段的降水相對(duì)較少,尤其是16:00~22:00基本無(wú)降水。在滇黔交界地區(qū):秋季降水多出現(xiàn)在02:00以后到13:00之前,其中最多的是03:00~05:00和10:00~12:00兩個(gè)時(shí)段;其余時(shí)段,尤其是15:00以后到01:00很少出現(xiàn)降水。在四川盆地東部地區(qū):降水在兩個(gè)時(shí)段特別集中,一是02:00~04:00,二是在08:00~09:00,其余時(shí)段很少出現(xiàn)降水,最少的是18:00~01:00,40年間基本無(wú)降水。在四川盆地西部地區(qū):降水主要出現(xiàn)在夜間到10:00以前,即03:00~10:00。另外,在00:00,14:00~19:00也有少量降水,其他時(shí)段降水相對(duì)較少,尤其是20:00~23:00和12:00~13:00,40年間基本無(wú)降水。在滇西地區(qū):降水在各時(shí)次的分布相對(duì)其他氣候區(qū)均勻,相對(duì)集中的時(shí)段是06:00~14:00,其他時(shí)次的降水比率在2%~5%之間,相對(duì)較少。在黔渝交界地區(qū):降水主要集中在06:00以后至12:00以前的這段時(shí)間。另外,15:00的降水也相對(duì)稍多,其他各時(shí)次降水比率均較少,其中19:00~22:00和00:00~03:00基本無(wú)降水。在四川和云南交界的涼山地區(qū):逐時(shí)降水在3個(gè)時(shí)段較為集中,分別為01:00,09:00~10:00和17:00~18:00,其他時(shí)次降水較少,20:00和23:00~00:00基本無(wú)降水。4日降水量的日變化鑒于重慶在西南地區(qū)的特殊地理位置和氣候環(huán)境,所以特別對(duì)重慶逐日降水進(jìn)行詳細(xì)的分析。在重慶境內(nèi)選取西部、中部、東北部和東南部4個(gè)不同氣候區(qū)內(nèi)的代表站對(duì)重慶全年各月逐日降水分布特征進(jìn)行分析。從現(xiàn)有逐日降水資料庫(kù)中選取沙坪壩代表渝西部,涪陵代表渝中部,萬(wàn)州代表渝東北部,彭水代表渝東南部進(jìn)行分析。圖5是1961-2000年重慶4個(gè)氣候區(qū)各代表站逐時(shí)降水比率月—時(shí)剖面圖。由圖5可以看出,重慶各地的日降水量在時(shí)間分配上很不均勻,且不同季日降水量變化也表現(xiàn)出不同的分布特征。在秋、冬季節(jié),除了渝中部地區(qū)外,其他地區(qū)降水主要在凌晨以后到中午以前出現(xiàn),其他時(shí)段降水相對(duì)較少;在春季,渝東北部地區(qū)的降水會(huì)從04:00持續(xù)到18:00以后,其他地區(qū)降水的逐時(shí)