中国区域昼夜降水的特征分析

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降水变化是气候研究的一个重要组成部分。过去,对降水的时空变化特征进行了大量的研究,但针对夜间降水和白天降水及其两者间差异的分析却相对较少。由于全球增暖幅度在昼夜间的不对称分布,这种不对称的增暖将导致昼夜间热力差异的变化,这是否会造成昼夜间降水分布特征的变化也知之甚少。基于这些问题,本文利用中国气象局整编的1960-2013年一天两次的降水观测资料,分析了我国昼、夜降水及其差异的时空变化特征,在此基础上,结合均一化气温数据、探空资料和再分析数据,从昼夜增暖不对称性、静力稳定度变化、环流差异等方面探讨了昼夜降水变化特征及差异的可能原因。最后,考察了WRF模式对昼夜降水时空变化特征的模拟能力。取得的主要结论可归纳如下:  1)给出了中国区域多年平均的昼夜雨分布特征及差异。多年平均而言,ll0°E以东(华北东南部及江淮除外)的年昼雨量比夜间大,尤其是东南沿海;ll0°E以西则年夜雨量较白天多,这种特征在四川盆地极其显著。夏季与年夜雨的范围基本相似,但其它三个季节春秋季节的夜雨范围明显大于夏季,而冬季夜雨的范围最大。年昼雨量偏多的地区基本对应着年昼雨强度偏大、昼雨日偏多,年夜雨量偏多的地区基本对应着年夜雨强度偏大、夜雨日偏多。  2)揭示了昼夜降水的长期变化趋势、昼夜间的差异和区域特征。在100°E以东,年夜雨日数普遍呈现显著减少的趋势,其中长江以南地区减少最明显;但年昼雨日数多为减少趋势且不显著,年总雨日的显著减少主要由夜间降水日数的减少所致。年昼夜雨的雨强在全国普遍具有增强的趋势,增幅的大小呈现由东南向西北递减的格局。年雨日数的夜昼之差也呈普遍减小的的趋势,黄河以南、东北东南部以及西南地区减小趋势尤其显著,且这种差异具有明显的突变特征。雨强的增大与昼夜降水日数的减少密切相关。全国平均的年昼夜微量雨日、弱强度降水雨日都显著减少,前者白天下降比夜间快,后者则相反。  3)昼夜降水变化与气温日较差在区域尺度上具有显著的关系。年昼夜雨量、雨日与年均气温日较差(即DTR)在全国几乎都负相关,其相关系数在昼夜间的分布相似,夜雨日的变化与DTR的相关程度相对更高,逐季具有类似的特征。全国平均的年雨日、雨强与日最低、平均、最高气温的相关程度都是夜间高于白天,且年雨日与气温为显著负相关,与日最低气温相关程度最低,而与最高气温相关程度最高。年雨强与气温为显著正相关,与日最低气温相关程度最高而与最高气温相关程度最低。除西北西部外,在区域尺度上也基本呈现一致的特征。  4)大气环流场和静力稳定度部分地反映出与夜昼间变化的关联。降水量夜昼差异的变化与850hPa水汽通量散度、500hPa垂直速度环流场夜昼差异的变化对应情况比较复杂。其中夜雨区西南的年降水、昼雨区江南的夏秋降水的夜昼差异变大与两种环流夜昼差异的异常都对应较好,即西南年降水夜昼差异变大时,夜间相对于白天在500hPa高度的上升运动更强烈且同时在850hPa有水汽辐合,有利于夜雨发生;江南夏秋季降水夜昼差变大时,白天相对于夜间在500hPa高度的上升运动更强烈且同时在低层850hPa有水汽辐合,有利于昼雨发生。而江南年降水的夜昼差变化仅与850hPa水汽通量散度夜昼差异的异常对应较好;西南秋冬和江南冬季降水仅与500hPa垂直速度夜昼差异的异常对应较好。全国平均而言,无论年和季节,昼夜大气静力稳定度都在下降,尤其冬季,夜间相对白天更加倾向于变得不稳定。各区域也基本如此。雨日与强对流天气指数K指数多为负相关,雨强与K指数多为正相关。仅西北西部昼夜降水与K指数都为正相关。总体上夜间降水与K指数的相关程度普遍高于白天。  5)区域模式对昼夜雨的变化具有一定模拟能力。WRF模式对模拟时段内年昼夜降水均值的空间分布刻画较好,模拟出了四川盆地东部和江淮的夜雨高值区、东南沿海的昼雨高值区,但对西部昼夜降水和东部昼雨量的模拟偏大。从全国区域平均时间序列看,模式对白天降水有更好的结果,尤其是春秋两季,而夜间降水则是冬季模拟最好。对于四川盆地东部、华北东南部、新疆北部这3个夜雨区,总体而言,模式对白天、春秋、昼夜降水的模拟较好,而对夜间、夏冬、降水夜昼差的模拟较差,但对于不同的区域,模式的表现差别较大。
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