云南夜雨气候特征分析

杨竹云，段玮，孙绩华，李华宏

(1.云南省气象台，昆明650034；2.云南省气象科学研究所，昆明650034)

引言

夜雨作为降水日变化中的一种重要现象，对温度、湿度、农牧业及生态环境等都具有重要影响(Rickenbach，2004)。以往的研究表明，青藏高原及其周边地区夜雨现象十分明显，如青藏高原主体的西藏地区(张国平等，2002；张核真等，2010；于忠水等，2011)，青藏高原东侧的四川、重庆和贵州地区(唐红玉等，2011；于忠水等，2011；段春峰等，2013；胡迪等，2015)，并且青藏高原及其周边地区夜雨有明显的区域差异(王夫常等，2011)。

云南地处低纬高原，是青藏高原南延部分，受强盛的印度季风和东亚季风共同影响，具有明显的干湿季，区域降水存在着区别于周边地区的特殊性(许美玲，2011；段玮，2015)。周国莲等(2007)研究指出，云南降水的年变化全省位相比较一致，夏秋季受中小尺度的影响比较大，其降水变化比冬春季大。刘瑜等(2010)分析了云南近46 a降水变化趋势，指出云南由于地形和天气系统影响的差异,出现了降水的区域差异，滇东北、滇西北、滇中均有各自的降水特点。陶云等(2014)研究了云南冬季降水的演变特征及成因，发现冬季降水主要受大尺度天气系统影响，基本呈南北型分布，并且表现为全省一致性。彭贵芬等(2009)和符传博等(2011)研究了云南各量级降水量和雨日的气候特征和变化。李华宏等(2017)针对短时强降水的研究指出云南傍晚至夜里对流性天气多发，常伴随短时强降水高发期。刘樱等(2012)指出夏季贝加尔湖地区阻塞活动异常对云南旱涝有一定影响。段玮等(2017)利用川滇切变影响下的暴雨典型个例分析了切变线、地形对降水分布和不稳定条件的形成、分布和维持的影响。杨芳园等(2018)利用地面观测、雷达资料和再分析资料分析了2016 年4 月19 日出现在云南的飑线大风天气典型过程。沈晓琳等(2019)分析了2015年冬季云南两次强降水的环流异常演变特征以及大气低频振荡在其中的影响。从已有研究可以发现，目前针对云南降水特征的分析研究主要集中在降水时空分布及影响因子、典型降水个例等方面，针对云南夜雨的研究尚不多见。

此外，由于夜间处于人们休息时段，夜间降水及其衍生的灾害相对日间更难应对。由于云南是降水诱发型地质灾害的重灾区，夜间降水诱发的地质灾害事件也时有发生。如2015 年9月15日20时—16日08时(北京时，下同)，在云南丽江市华坪县和保山市昌宁县部分乡镇出现特大暴雨天气，最大累积降水均超过220 mm，引发了严重的山洪泥石流灾害。其中，华坪县造成10人死亡，4人失踪，造成经济损失30 083.1万元；昌宁县造成7人死亡，经济损失为20 020万元(陈小华等，2017；和菊芳等，2018)。2018年9月2日夜间，云南文山州麻栗坡县猛硐乡出现单点大暴雨，引发了特大山洪泥石流灾害，造成10人死亡，11人失踪，7人受伤，直接经济损失达14亿元(陈志等，2019)。因此，加强区域夜雨研究在业务和防灾减灾工作中也十分迫切。

因此，为了揭示和深入认识云南地区夜雨的时空变化特征，本文以1977—2017年云南省124站气象观测降水资料为基础，结合多种统计方法对夜雨量、夜雨率和夜雨频次等进行细致分析。

1 资料和方法

所用资料为按照中国气象局要求整编的云南省从建站到2017年12月31日的133站地面气象观测逐小时降水资料，并由云南省气象信息中心提供。该资料集早期历史资料来自于降水自记仪纸质记录，经纸质记录数字化处理后，再通过定量信息识别得到小时降水量。在数字化提取降水量过程中，已对降水自记迹线、时间、自记纸扫描和数据提取等进行了严格的检测和质量控制。2007 年以后该资料来源于日常业务自动站降水量数据，同样经过了严格的质量控制。考虑到资料的连续性、拆站和迁站等情况，最终选取了质量较好的124 站1977—2017 年的资料进行分析。图1 给出了分析所用站点的空间分布。由图可见，站点分布均匀。

图1 观测站(黑点)空间分布与地形(单位:m)Fig.1 Spatial distribution of observation stations(black points)and terrain(unit:m).

在资料处理分析时遵循以下定义(于忠水等，2011；胡迪等，2015)：(1)夜雨量为某日20时—次日08时的12 h 降水量。若夜雨量＞0 mm，该日记为一个夜雨日。将20 时—次日20 时24 h 降水量作为日降水量，若日降水量＞0 mm，该日记为一个雨日。(2)夜雨率为某日夜雨量占日降水量的比例，即夜雨率=夜雨量/日降水量×100%。如果某日夜雨量为0 mm，则当日夜雨率为0。(3)夜雨平均强度为某时段内的夜雨量与夜雨频次的比，即夜雨强度=夜雨量/夜雨频次，单位为mm/夜。由于一夜时段为某日20时—次日08时的12 h，因此单位也常记作mm·(12 h)-1。(4)文中的季节划分采用常见定义，即春季为3—5 月、夏季为6—8月、秋季为9—11月和冬季为12月—次年2月。

研究方法主要为常用的气候统计分析，如时间(年、季、侯)平均、空间平均等，其中分析年内变化时，候的滑动平均为7候滑动。

2 结果与分析

2.1 夜雨率

图2 给出了云南省多年平均(1977—2017 年)的年与季节夜雨率空间分布。由图2a 可见，除东南、西南部分地区外，云南大部地区年夜雨率均在50%以上，即云南地区夜雨对日降水贡献过半。按照夜雨贡献过半即夜雨区的定义(崔彩霞等，2008)，云南大部均可认定为夜雨区。同时，云南年夜雨率有自东北向西南呈递减的特征，夜雨率较大的区域主要位于云南东北部和北部边缘地区，夜雨率大于60%，特别是大值区的云南东北部夜雨率甚至高达70%，这些地区降水以夜雨为主。并且夜雨率相对较小的东南、西南地区，其年均夜雨率也基本在45%以上，说明这些地区夜雨对年降水的贡献也十分可观。

为深入分析夜雨率的季节变化，图2b—e给出春、夏、秋、冬四个季节多年平均夜雨率空间分布。由图可见，云南夜雨率空间分布有明显的季节差异，但云南东北部四季均是夜雨率大值中心。

从春季(图2b)和冬季(图2e)空间分布可见，云南春、冬季夜雨率大致呈现东部和西部大而中部小的分布特征，这与冬季和春季同属干季，有相似的降水分布背景有关。因为冬、春季云南降水主要受南支槽和昆明准静止锋影响。其中，由青藏高原南侧自西向东移动的南支槽在与云南高原接触后促使云南西部成为相对季节多雨区；而昆明准静止锋是冬、春季云南东部地区的半永久系统(段旭等，2017)，直接导致了云南的东部季节多雨区。另外，冬、春季夜雨分布也存在差异。春季云南东部和西北部夜雨率在50%以上，其中云南东北部是春季夜雨率的大值区，夜雨率均超过65%，其北部地区甚至超过了80%；云南南部边缘地区是夜雨率次大值区域，夜雨率超过60%，而云南西南部夜雨率低于50%，即春季这些地区昼雨略多。冬季全省大部夜雨率都在50%以上，相对春季地区间差异小一些，这与虽然同属干季，但冬季降水少于秋季有关。冬季夜雨大值区域仍位于云南东北部，西北部是次大值中心。

从夏季(图2c)和秋季(图2d)的夜雨率空间分布分析可见，其与年均夜雨率(图2a)分布特征基本一致，都有自东北向西南递减的特征，是因为夏、秋季是云南雨季，盛行风及水汽输送均以偏南气流为主，加之夏、秋季自北向南移动的切变线系统等均利于降水呈现纬向分布特征(段玮等，2017)。云南东北部仍是夏、秋季夜雨率的大值区，北部地区是次大值区，东南和西南部是夜雨率小值区，但夏、秋季云南大部地区夜雨率均在50%以上。

为分析夜雨率的年变化，图3给出了云南多年平均的年内逐侯夜雨率分布。可以看出，云南1—12月逐侯夜雨率变化范围在49.3%～60.8%，平均值为54.3%。四季中，冬季夜雨率最大，平均为56.4%，春季次之，平均为55.1%，夏季和秋季最小，在53%上下波动。年内夜雨率逐候变化整体呈现三峰型特征：夜雨率在冬末的2月第3候达到第一个峰值，夜雨率可达61%。进入春季，夜雨率仍可维持57%以上的高值；在进入4月后夜雨率才逐渐下降，4月第6候夜雨率达到第一个谷值，夜雨率略低于50%，也是全年最低点。5月之后，夜雨率再次上升，在6月第3候达到第二峰值，但此时夜雨率只略高于全年平均值；之后，夜雨率逐渐下降，到7月第4—5候进入年内第二个谷值，夜雨率接近50%。8月夜雨率回升，在9月第1候达到年内第三个峰值，但夜雨率主要围绕全年平均值上下波动；10月第2候是年内第三个夜雨率谷值，大小与年内第二个谷值接近。进入11月后，夜雨率迅速回升，并于次年2月达到峰值，完成一个年循环。综上可知，在云南地区年降水贡献中，在干季夜雨明显占优；而在雨季，夜雨也略微占优。

图2 云南省多年平均(1977—2017年)的年(a)以及春(b)、夏(c)、秋(d)、冬(e)季夜雨率空间分布(单位:100%)Fig.2 Spatial distribution(unit:100%)of multi-year averages of(a)annual,(b)spring,(c)summer,(d)autumn and(e)winter night rainfall rate in Yunnan from 1977 to 2017.

图3 云南1—12月夜雨率的逐侯变化(单位:100%)Fig.3 Evolution of pentad-mean night rainfall rate(unit:100%)from January to December in Yunnan.

2.2 夜雨频次

图4a 为云南省多年平均的年夜雨频次空间分布。可以看出，云南夜雨年频次空间差异大，呈现东、西部频次高，中部低的特征。省内年频次在70 ～190 d·a-1变化。年频次大值中心位于云南西北部、东部和南部地区，夜雨年频次均可达120 d·a-1以上，即全年中1/3 的夜晚存在降水现象。其中，云南东北部(威信)和西北部(贡山)甚至超过185 d·a-1，即全年中过半的夜晚存在降水现象。云南中部地区是夜雨频次较少的地区，年频次在100 d·a-1以下，部分地区甚至在80 d·a-1以下。

图4b—e 为春、夏、秋、冬四个季节的多年平均夜雨频次空间分布。由图可见，夜雨频次的季节差异也十分明显，但四季云南西北部都是夜雨高频次区，而滇中始终是夜雨低频次区。

春季(图4b)和冬季(图4e)的夜雨频次分布与多年平均总体分布特征相似，呈现东、西部频次高，中部低的特征。需要注意的是：冬季夜雨最高频的区域在云南东部地区，在20 d·s-1以上，特别是云南东北部的部分地区可高达50 d·s-1，这与昆明准静止锋的冬季影响此区域有关(段旭等，2017)。而春季，夜雨高频区位于云南西北部边缘地区，超过60 d·s-1，这与青藏高原东南侧的云南西北部至缅北地区存在春雨有关(肖潺等，2013；段玮等，2015)。

夏季(图4c)和秋季(图4d)夜雨频次分布相似，出现由云南西南部高频次向东北部低频次变化的特征，但夏季夜雨频次大值区大致是秋季的2 倍。夏季，云南西部和南部地区是夜雨的高频地区，可达60 d·s-1以上；而秋季相同地区，仅为30 d·s-1左右。

需要注意的是：虽然夏、秋季是云南的主雨季，但夏、秋季夜雨频次空间分布与夜雨年频次分布明显不同，而年夜雨频次分布与冬、春季分布更接近，这说明冬、春季夜雨频次对年频次贡献相当明显。冬、春季影响云南的南支槽等青藏高原南侧南支西风系统和昆明准静止锋对云南东、西部夜雨高频次有重要影响。同时，由图1地形分布可见，冬、春季云南东、西部都处于地形由低向高变化区域。对于来自东、西两侧的天气系统而言，均是迎风坡，有利于降水形成，这与昼间降水也是一致的。

图5 为云南多年平均1—12 月逐侯夜雨频次变化。可以看出，夜雨频次呈单峰型年变化，变化范围在0.1 ～0.6 d·p-1，平均每侯出现夜雨0.3 d。最大值出现在7月第4—5候，最小值出现在12月第5候。夜雨频次年变化与云南干湿季相对应。

2.3 夜雨强度

图6a 为云南省多年平均(1977—2017年)的年夜雨强度空间分布。由图可见，云南夜雨年强度空间分布差异明显，变化范围在2.9 ～9.5 mm·(12 h)-1，北部和南部边缘地区分别有两个夜雨强度大于6 mm·(12 h)-1的大值区。其中，北部的大值中心夜雨强度可达8 mm·(12 h)-1以上，但其夜雨年频次却较低(图4a)，说明这些地区夜雨发生频次少，但强度大。与北部地区不同的是，南部地区夜雨强度和频次都高，属于区域内夜雨发生频次多，且强度也较大的地区。云南东北部和西北部为夜雨年强度的小值区，平均夜雨强度小于5 mm·(12 h)-1，而夜雨频次却是大值区，说明这些地区夜雨发生频次多，但强度相对较小。

图4 云南省多年平均(1977—2017年)的年(a,单位:d·a-1)以及春(b)、夏(c)、秋(d)、冬(e)季夜雨频次(单位:d·s-1)空间分布Fig.4 Spatial distribution of multi-year averages of(a)annual(unit:d·a-1),(b)spring,(c)summer,(d)autumn and(e)winter(unit:d·s-1)night rainfall frequency in Yunnan from 1977 to 2017.

图5 云南1—12月夜雨频次的逐侯变化(单位:d·p-1)Fig.5 Evolution of pentad-mean night rainfall frequency from January to December in Yunnan(unit:d·p-1).

图6b—e 给出了春、夏、秋、冬四个季节的多年平均夜雨强度空间分布。由图可见，四个季节的夜雨强度分布差异较大，但云南南部边缘在四个季节中均表现出夜雨强度较大的特征。

从春季(图6b)和冬季(图6e)夜雨强度分布可见，春、冬季的夜雨强度分布特征相似，而强度相差1 倍，但均为典型的干季降水特征。空间分布特征具体表现为云南西北和南部地区夜雨强度大，而其余地区较小的特征，这可能与云南干季降水与青藏高东南侧偏西气流下南支槽等系统影响有关。值得注意的是：云南东部冬、春季夜雨强度不大，却是夜雨高频区，即冬、春季昆明准静止锋影响下的云南东部，虽然夜雨发生频次多，但强度并不大。

从夏季(图6c)夜雨强度分布可见，夏季夜雨强度平均为4.2～11.8 mm·(12 h)-1，是全年强度最大的季节。三个大值区分别位于云南北部、南部和东部地区，夜雨强度大于8 mm·(12 h)-1，夏季(即主汛期)的夜雨强度分布情况与李华宏等(2017)研究得到的短时强降水年平均次数大值中心比较一致，并且其研究也证实夜间是短时强降水发生的主要时段之一。而云南西北部地区是夜雨强度小值区，小于5 mm·(12 h)-1。秋季(图6d)与夏季分布类似，只是夜雨强度明显减小，特别是东北部减小更明显，与云南后汛期季风减弱，降水强度也相应减小相对应。

图6 云南省多年平均(1977—2017年)的年(a)以及春(b)、夏(c)、秋(d)、冬(e)季夜雨强度空间分布(单位:mm·(12h)-1)Fig.6 Spatial distribution of multi-year averages of(a)annual,(b)spring,(c)summer,(d)autumn and(e)winter night rainfall intensity in Yunnan from 1977 to 2017(unit:mm·(12 h)-1).

图7为云南多年平均1—12 月逐侯夜雨强度分布。可以看出，夜雨强度也是典型的单峰型。1—12月逐侯夜雨强度变化范围在1.4 ～7.4 mm·(12 h)-1，平均值为4.4 mm·(12 h)-1。夜雨强度最大值出现在8 月第2 候，最小值出现在12 月第5 候。夏季夜雨强度最大，夜雨强度为6.8 mm·(12 h)-1，而且变化不大。秋季次之，夜雨强度为4.5 mm·(12 h)-1，冬季夜雨强度最小，为2.2 mm·(12 h)-1。

图7 云南1—12月夜雨强度的逐侯变化(单位:mm·(12 h)-1)Fig.7 Evolution of pentad-mean night rainfall intensity from January to December in Yunnan (unit:mm·(12 h)-1).

结合夜雨频次的年变化(图5)分析可见，夜雨的频次与强度的年变化有同位相的协同性，即干季(冬季和春季)夜雨发生频次少，夜雨强度也较小，而雨季(夏季和秋季)夜雨的频次多，强度也大，表现为典型干雨季年循环特征。

3 结论与讨论

利用云南地区124 站1977—2017 年的小时资料对云南夜雨气候特征进行的综合分析表明：

(1)云南大部地区年夜雨率均在50%以上，北部和东北部甚至可以达到年降水的60%～70%，在春季云南东北部地区甚至可达80%以上，即云南夜雨占日降水量的比例较大，且具有显著的区域性差异。夜雨率年内逐候变化呈现复杂和特殊的三峰型变化，但总体上干季夜雨明显占优；而在雨季，夜雨也略微占优。

(2)云南地区夜雨频次有着明显的时空差异，省域内年频次在70～90 d·a-1变化。年频次大值中心位于云南西北部、东部和南部地区，夜雨年频次均可达120 d·a-1以上，即全年中1/3 的夜晚存在降水现象。冬、春季，在昆明准静止锋、青藏高原南侧南支西风系统和云南地形的共同影响下，云南东、西部夜雨频次高，中部低，并最终导致年频次呈现相似的分布。虽然夏、秋季是云南的主雨季，降水频次多，但冬、春季夜雨频次对年频次贡献有更显著的影响。

(3) 云南地区夜雨强度也存在明显的时空差异。云南北部和南部边缘在全年多数时段是夜雨强度的大值区，而中部常年夜雨强度相对较弱。云南大部地区夏、秋季夜雨强度大于冬、春季，但云南西北部边缘夜雨强度冬、春季高于夏、秋季。

与四川等西南地区、青藏高原的夜雨研究成果相比较，云南夜雨在日降水中的贡献也非常可观，大部地区在年内的多数时段均能超过50%，这与西南其它地区相当，夜雨强度也和周边地区相近，即云南也属于典型夜雨区。值得注意的是：春季云南东北部还存在夜雨率高达80%的特殊夜雨区，这在周边地区并不多见。此外，受季节环流与云南地形的共同影响，云南东、西部在冬、春季是夜雨发生高频区，这与周边其它地区相比也具有自身的独特性。夜雨频次和强度云南与周边地区都呈现典型单峰型年变化，但云南夜雨率是特殊的三峰型变化，其中雨季有两个峰值，这也具有特殊性。

由此次研究可以发现，云南夜雨具有自身的复杂性和特殊性。云南处于青藏高原东南缘与云贵高原的结合部，境内地理地形差异较大，且近两洋(印度洋孟加拉湾和太平洋南海)，夏季受南亚季风、东亚季风影响，冬季受南支西风和东亚冬季风影响。云南及周边地区的复合地形与多个大气环流之间的多尺度相互作用，促成了云南夜雨时空变化的多样性，云南夜雨既具有高频次-高强度-高贡献率的地区，又具有低频次-低强度-低贡献率地区以及高(低)频次-低(高)强度-平均贡献率的地区，而且其各自成因也较复杂多样。因此，未来有必要结合云南独特的气候背景、典型的地理地形和不同季节的大气环流形势针对云南夜雨做进一步深入和细化的研究，以及开展和昼雨比较下的异同分析。