基于多卫星资料的全国夏秋季节降水日变化特征研究

黄天福，谢佳君，刘 鹏

(贵州省六盘水市气象局，贵州 六盘水 553001)

1 引言

降水是常见的天气现象，同时也是重要的气象要素之一。降水在天气和气候的研究中占有十分重要位置。降水日变化的研究，不仅可以增强对区域气候特征与降水演变规律的认识，同时也为检验和评估数值模式的物理过程提供科学依据。近年来，随着高时间分辨率降水资料的出现和积累，国内降水日变化的研究也日益受到关注。吕炯［1］利用川西气象站自记降水30 a的观测资料分析了“巴山夜雨”的特征，认为西部高原与盆地之间存在一种类似于山谷风的机制。Chen 等［2］分析了对流层低层风场的日变化特征，发现其与高原至长江下游持续性夜雨的日峰值位相向东滞后密切相关。白爱娟等［3］对青藏高原及其周边地区夏季降水日变化的研究表明，青藏高原地区夏季降水具有显著的日变化特征，高原中部降水量最大值多集中在傍晚前后，高原以东的四川盆地通常在夜晚，尤其是在后半夜达到最大值，而长江上游和中下游地区对流活动则分别在上午和下午最为活跃。

中国四季天气变化明显，各地降水日变化的空间、时间分布差异较大，考虑到夏秋两季是中国降水最为频繁的时节，因此本文将利用1998—2010年期间的多卫星降水资料(3B42)分析中国夏秋两季降水的日变化特征。

2 资料与方法

2.1 资料

热带降水测量(TRMM)卫星是1997年美国NASA(National Aeronautical and Space Administ ration)和日本NASDA (National Space Development Agency)联合发射的气象卫星，目的是测量热带和亚热带地区的降水和能量交换，它携带的降水雷达(PR)和微波成像仪(TMI)等探测仪器，向陆地发回了多种高分辨率的探测数据，为分析降水、闪电、云量等天气现象提供了最详细最直接的信息。

TRMM 测雨产品3B42 是TRMM 卫星与其他卫星联合反演的降水产品，提供全球格点降水资料。3B42 算法是结合了2B31、2A12、微波成像专用传感器(SSMI)、改进的微波扫描辐射计(AMSR)、高级微波探测器(AMSU)等多种被认为是高质量的降水估计算法，并对地球同步红外观测系统获得的红外辐射资料进行了校准。该产品的水平分辨率为0.25° ×0.25°经纬度，时间分辨率为3 h 一次，每天共8 个时次。本文研究范围是:70°～140°E，0°～50°N，资料最北是50°N，最南端包括了南沙群岛。包括了中国大陆除东北最北外大部，和南沙群岛广阔区域，研究时段为1998年1月—2010年12月共13 a。为了更好的分析中国不同地区降水日变化，将中国划分为4 个区域。青藏地区:包括西藏自治区、青海省和四川省西部。南方地区:秦岭淮河以南，青藏高原以东。西北地区:西北5 省。北方地区:内蒙古东部，秦岭淮河以北，包括东北3 省。

2.2 方法

由于本文主要关注中国夏季秋两季降水日变化特征，因而将1998—2010年共计13 个夏季和秋季每日的TRMM 3B42 降水率分别对各观测时次(8个时次/天)求平均，从而得到各网格点上平均的逐时次降水率。并且将降水率资料由世界时转换为相应的当地时间。这样，可以突出降水日变化的地区差异，更便于比较和揭示日变化差异的物理机制。

即逐时次降水率定义为:

其中，R(x，y，t，d)表示(x，y)格点上第d天t 时(t=1，3，6，…，24)的每小时降水量，day是夏季和秋季观测资料的总天数，R(x，y，t)是格点(x，y)在t 时的平均降水量，即逐时次降水率。

平均降水率为各网格点8 个逐时次降水率作平均。用来反映降水强度。

降水日变化振幅的定义为日内最大与最小降水率之差，即

A=Rmax–Rmin

其中，A 表示绝对日变化振幅，Rmax 为日内最大降水率，Rmin 是日内最小降水率。

分区域的降水日变化曲线为分别在8 个时间点对分区域内所有网格点降水率值作平均。

3 中国夏秋两季降水量的日变化特征

3.1 中国区域整体降水量的日变化分析

图1 中国夏(左)、秋(右)两季平均降水率分布

图1 给出了1998—2010 中国区域夏季和秋季平均降水率分布情况，反映了中国区域夏秋两季平均降水强度的空间分布。从图上明显看出，不管夏季还是秋季，降水率强度大致呈东南—西北走向，从东南到西北平均降水率减少。夏季各地的平均降水率明显高出秋季，特别是在东南沿海地区显得更明显。这主要是由于夏季是我国受到季风影响最强烈的季节。并且季风影响从中国东南到西北逐渐减弱，所以使得降水强度也呈东南—西北走向的分布。秋季，中国大部降水强度明显减弱，大陆大部平均降水率在0.2 mm/h 以下。

降水日变化最重要的2 个统计量是日内降水率大值出现的时间和降水日变化振幅。在夏季，中国大部分地区，降水率最大值出现时间在下午至傍晚。在华南、华东、华北、东北西部、青藏高原中部降水率最大值出现时间在15－18 时。在东北东部地区、青藏高原东部和南部地区，降水率最大值出现时间在18－21 时。在四川盆地、云贵高原、青藏高原南部边缘以及新疆部分地区，降水率最大值在00－06 时。秋季，降水率最大值出现时间分布和夏季相比有很大变化。东部沿海地区仍在午后15－18 时达到最大值。在青藏地区周围变化明显，在西南、华中、西北大部最大值出现时间都在00－06 时。值得注意的是，在秋季，从青藏高原中部往东至东部沿海，降水率最大值出现时间出现一个在时间上的传播特征。可能是中国西高东低的地形造成。从午后15－18 时到傍晚18－19 时到凌晨00－03时再逐渐过渡到午后15－18 时。在夏季也存在最大值出现时间往东的传播特征，但没有秋季明显。

图2 中国夏季分区域平均降水率日变化曲线

3.2 中国分区域降水量的日变化分析

为了更细致分析中国降水日变化，将中国大致分为4 个区域，即青藏地区、南方地区、西北地区、北方地区。图2、图3 给出这4 个地区夏季和秋季分区域平均降水率日变化曲线图。

再结合图1，可以看出:在青藏地区，夏季，高原地形对降水日变化的影响明显，使得降水日变化显著。降水率最大值出现在傍晚前后18－21 时，峰值超过了0.16 mm/h。秋季，总体降水率下降，且降水日变化不明显，降水率最大值仍出现在18－21 时。但降水率最大值只有0.05 mm/h。

南方地区在夏季降水率普遍较高，主要是由于夏季风和西太平洋副高对南方地区降水造成的影响。降水日变化也比较明显。南方地区平均降水率最大值出现在傍晚18－21 时。且最大值超过了0.3 mm/h。特别值得注意的是，在四川盆地和云贵高原局部，日降水最大值出现在03－04 时。这和前人已做了较多研究的“夜雨”现象相符合。由于西南地区多为山区，地形复杂多变。叶笃正和高由禧［4］及徐裕华等［5］都提出，地形作用所造成的山谷风环流、夜间云顶辐射冷却等，可能是导致“夜雨”形成的重要过程。秋季，南方地区降水率虽然比夏季总体下降。降水率日变化曲线呈波状分布。降水日变化不明显。平均降水率在0.1 mm/h 左右。

由于西北地区处于中国大陆最深处，受季风影响甚微，因此，不论夏秋都是4 个分区中降水最少的区域，同时也是降水日变化最不明显的区域。夏季，降水率最大值出现在18 时左右，最大值超过0.1 mm/h。秋季，最大值出现时间稍往往后移在21时左右，且低于0.03 mm/h。

北方地区降水日变化夏秋两季相差较大。在夏季，北方地区总体平均降水率在0.15 mm/h 左右。在东北地区南部，华北地区局部降水日变化较明显。降水率最大值出现在下午18 点偏后，超过0.16 mm/h。到了秋季，北方地区整体平均降水率明显偏低。平均降水率在0.05～0.06 mm/h 之间。降水日变化不明显，呈波状分布。

4 结论

本文基于1998—2010年间的TRMM 3B42 卫星降水资料，根据对比夏秋两季平均降水率，降水率最大值出现时间和降水日变化振幅的空间分布，结合分区域的降水日变化曲线，分析中国地区夏秋两季降水日变化的特征。主要结论如下:

图3 中国秋季分区域平均降水率日变化曲线

①平均降水率的空间分布表明，夏季和秋季，中国大陆降水强度大致从东南沿海地区到西北地区逐渐递减。南方地区降水强度最大，青藏地区次之，北方地区再次，西北地区最小。夏季全国范围降水强度普遍明显高于秋季。

②降水量最大值出现时间表明，夏季，中国区域内大多地方降水率最大值出现时间在午后至傍晚。4 个地区的平均状况均是在18 时左右达到最大值。但在青藏高原南部，四川盆地周围，云贵高原局部降水率在00－06 时达到最大值。秋季，在深夜至凌晨到达降水最大值的地区增至青藏地区周围的华中大部，云贵高原大部以及西北广大地区。在除青藏地区外，其余3 各地区降水率最大值均往后延迟至深夜至凌晨。

③降水日变化振幅的空间分布表明，夏季，中国青藏地区和南方地区整体降水日变化显著，而西北地区和北方地区日变化并不明显，特别是在华南地区、东南地区、青藏高原南部地区。秋季，中国大陆范围降水日变化不明显，降水日变化振幅在青藏高原以东部分区域稍高。

［1］吕炯.巴山夜雨［J］.气象学报，1942，16:36－53.

［2］Chen H M，Li J，Yuan W H，et al.Why Nocturnal Long－Duration rainfall Presents an Eastward－Delayed Diurnal Phase ofRainfall down the Yangtze River Valley［J］.Journal of Climate，2010，23:905－917.

［3］白爱娟，刘长海，刘晓东.TRMM 多卫星降水分析资料揭示的青藏高原及其周边地区夏季降水日变化［J］.地球物理学报，2008，51(3):704－714.

［4］叶笃正，高由禧.青藏高原气象学［M］.北京:科学出版社，1979.

［5］徐裕华.西南气候［M］.北京:气象出版社，1991.

［6］张霞，王新敏，王金莲，等.2011年＂7.3＂暴雨过程的卫星云图特征和湿位涡分析［J］.气象与环境科学，2012，35(4):1－7.

［7］李广霞，陈传雷，才奎志.辽宁夏季降水变化特征分析［J］.气象与环境科学，2008，31(2):31－34.

［8］张云霞.1954－2010年商丘降水变化趋势及突变分析［J］.气象与环境科学，2011，34(3):67－73.