新疆昌吉市主汛期降水的日變化特征

黃秋霞，方雯，王春燕，田喜鳳

（昌吉州氣象局，新疆昌吉 831100）

新疆昌吉市主汛期降水的日變化特征

黃秋霞，方雯，王春燕，田喜鳳

（昌吉州氣象局，新疆昌吉 831100）

基于昌吉市2009—2015年逐時自動降水資料，分析了主汛期（5—8月）降水的日變化特征。結(jié)果表明，降水主要集中在夜間21:00至翌日03:00，最大值出現(xiàn)在00:00，最小值出現(xiàn)在14:00；逐時降水頻次為明顯的單峰型，降水易發(fā)生在21:00至翌日08:00，降水頻次的高峰值出現(xiàn)在01:00，降水最不易產(chǎn)生于午后14:00—18:00；降水強度變化的波動性較大，大值區(qū)出現(xiàn)在21:00至翌日02:00和15:00—19:00，最高值出現(xiàn)在18:00，最低值出現(xiàn)在03:00—08:00；在≥0.1 mm、≥1 mm和≥3 mm的逐時降水頻次中，夜間降水頻次較白天高，≥0.1 mm的降水出現(xiàn)次數(shù)較多；降水主要以夜雨，且以短時間（1～4 h）的降水為主，貢獻率最大的是持續(xù)7 h的降水。

主汛期；日變化；降水頻次；降水強度；昌吉市

隨著研究氣候變化的工作趨于細致深入，諸多學(xué)者開始關(guān)注日降水資料，甚至是逐時降水資料，并開展了很多研究[1-4]。降水日變化是地球氣候系統(tǒng)的基本演變模態(tài)之一，具有很大的時間和空間變化，作為氣候系統(tǒng)中最基本的變化形式，已成為檢驗數(shù)值模式正確性的關(guān)鍵[5]。降水強度和頻率的變化對地表水文有很大的影響，其日變化的改變亦可以調(diào)節(jié)地表溫度變化，對了解降水形成機理，評估區(qū)域氣候特征和改進氣候模式性能方面都有很重要的作用[6-7]。公眾氣象服務(wù)和決策氣象服務(wù)對精細化天氣預(yù)報有著迫切的要求，因此，研究逐時降水對降水的預(yù)報越來越有參考價值。

觀測事實表明，夏季降水的日變化存在顯著的時空分布不均，其中東北和華南地區(qū)日降水峰值出現(xiàn)在傍晚，青藏高原東部出現(xiàn)在午夜[8]，西南部年平均降水日變化表現(xiàn)為凌晨為主峰值和下午為次峰值的雙峰型特征，降水頻次峰值出現(xiàn)在凌晨，谷值出現(xiàn)在正午，降水強度則在午后至午夜增強，四川、重慶和貴州部分地區(qū)的夜雨頻繁，云南以晝雨為主[1，6]。我國西北地區(qū)1954—2003年近50 a來降水強度、頻率和總降水量變化趨勢中，西北西部年降水頻率呈增加趨勢，年平均降水強度也呈增強趨勢，而東部地區(qū)年平均降水強度增強，年降水頻率呈顯著減少趨勢[9]。北京市夏季降水發(fā)生了結(jié)構(gòu)性調(diào)整，短持續(xù)性降水的降水總量逐步增多，而長持續(xù)性降水事件的降水總量大幅度減少[2]。

新疆降水稀少，處于典型的內(nèi)陸干旱氣候區(qū)，水資源主要來源于高海拔的山區(qū)降水[10-12]。有關(guān)新疆降水方面的研究主要集中月、季、年等相對較大的時間尺度上，且有關(guān)降水的日變化方面的研究很少。有研究表明，夏季印度降水變化與其西北側(cè)的西亞—中亞地區(qū)對流層平均溫度呈顯著正相關(guān)，與新疆夏季降水呈反相關(guān)的關(guān)系，新疆夏季降水的區(qū)域性差異明顯，其平均降水量最接近于南疆干旱少雨的氣候特征[13-14]。新疆極端降水強度無顯著變化，極端降水頻次顯著增多導(dǎo)致極端降水量的顯著增加[15-18]。新疆北部夏季強降水呈增多、增強趨勢，天山山區(qū)和伊犁河谷尤為顯著[19]。新疆多年平均的降水量為夜大于晝，且晝、夜降水量均呈顯著增加趨勢；晝降水日數(shù)小于夜降水日數(shù)，且兩者降水日數(shù)都呈現(xiàn)增加趨勢，晝降水日數(shù)增加趨勢大于夜降水日數(shù)；夜雨區(qū)分別位于西天山北坡和西昆侖山北坡，晝雨區(qū)位于阿爾泰山南坡和天山南坡等地[20-21]。喀什市日降水集中在20時至翌日06時，以1～3 h的短時降水為主，小雨、中雨、大雨降水過程最易發(fā)生在前半夜[22]。隨著極端降水頻次顯著增加，且對降水量貢獻呈增大趨勢的背景下，需進一步研究降水的日變化特征，為進一步提高降水預(yù)報準(zhǔn)確性提供參考價值。本文選取處于天山北麓、準(zhǔn)噶爾盆地南緣的昌吉市佃壩鄉(xiāng)站2009—2015年逐時降水資料，對主汛期降水量、降水頻次、強度和降水不同持續(xù)時間進行全面分析，以深入了解天山北坡首推城市的降水特征。

1 研究區(qū)概況

昌吉市佃壩鄉(xiāng)屬于昌吉回族自治州昌吉市，位于天山北麓、準(zhǔn)噶爾盆地東南緣，總面積105.4 km2。昌吉市佃壩鄉(xiāng)為廣袤的沖積平原，此區(qū)域為橫亙南部天山的北坡，屬中溫帶區(qū)，為典型的大陸性干旱氣候，具有冬季寒冷、夏季炎熱、晝夜溫差大的特點，年總降水量183 mm，年平均溫度7.6℃，無霜期170～185 d。觀測站四周為大片農(nóng)田和農(nóng)村居民區(qū)，海拔高度為515.7 m。

2 資料和方法

本文所使用的氣象數(shù)據(jù)來源于昌吉市國家一般氣象站，位于昌吉市佃壩鄉(xiāng)，經(jīng)降水自記紙記錄，數(shù)字信息化處理后所得到的逐小時降水?dāng)?shù)據(jù)，在數(shù)字信息化處理過程中，已對數(shù)據(jù)進行了人工檢驗，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制。該數(shù)據(jù)選取2009—2015年主汛期（5—8月）降水較為充沛的時段來研究昌吉市逐時降水的變化特征，所用時間為北京時間。

分析過程中，小時降水量≥0.1 mm的時次判定為有降水發(fā)生，并分時次對降水進行累加，得到逐小時累積降水序列，并分析降水頻次、降水強度、不同持續(xù)時間降水量和貢獻率等。為了更客觀地判斷降水的持續(xù)性，只有當(dāng)某一降水時次之后連續(xù)2 h沒有降水時，才判定一次降水過程的結(jié)束，并將一次降水事件開始至結(jié)束間的小時數(shù)定義為其持續(xù)時間。降水頻次是指在統(tǒng)計時間段內(nèi)所發(fā)生的降水總次數(shù)，降水量與降水頻次之比為降水強度[2]。

3 降水的日變化特征分析

3.1 降水的日變化特征

利用2009—2015年昌吉市主汛期降水資料，計算了逐時累積降水量（圖1）。可以看出近7 a昌吉市逐時累積降水量呈明顯的波動性，夜雨降水量明顯大于晝雨降水量，21:00—03:00降水量大于平均值，占總降水量的42.62%，降水量低值區(qū)出現(xiàn)在午后14:00—17:00，占總降水量的9.36%。降水量最大值出現(xiàn)在00:00，為41.3 mm，其次為02:00的36.2 mm；最小值出現(xiàn)在14:00，為9.3 mm。可以看出，逐時累積降水中，降水量較大的時段主要出現(xiàn)在夜間21:00—03:00，午后降水量較小。

通過對5—8月逐月降水量日變化進行分析，發(fā)現(xiàn)，5月、6月逐時累積降水量的變化趨勢與5—8月一致，均為夜間降水量多于晝間降水量，其中21：00—03:00時段的降水量占總降水量的48%和55%，最大降水量均出現(xiàn)在00:00，最小降水量分別出現(xiàn)在16:00和12:00；5月累積降水量存在雙峰特征，次峰出現(xiàn)在09:00—12:00，降水量占總降水量的24%。7月、8月累積降水量呈明顯的波動性；7月仍為夜雨降水量（69%）多于晝雨量（31%），最大降水量出現(xiàn)在05:00，最小降水量出現(xiàn)在16:00；8月逐時降水量晝夜差異不明顯，最大降水量出現(xiàn)在02:00，最小值出現(xiàn)在14:00。逐月降水量，8月（140.3 mm）＞5月（140.1 mm）＞6月（139 mm）＞7月（95.6mm）。

圖1 昌吉市主汛期逐時降水量累積日變化

3.2 逐時降水頻次和降水強度的日變化

從昌吉市累積日降水頻次分布來看（圖2a），逐時降水頻次特征表現(xiàn)為明顯的單峰型。一天中降水最易發(fā)生在21:00—08:00，即夜雨的發(fā)生頻次大于晝雨，該時間段降水發(fā)生次數(shù)為395次，占日降水總次數(shù)的64.54%；降水頻次的高峰值出現(xiàn)在01:00，達41次，降水最不易產(chǎn)生的時間段為午后14:00—18:00，占總降水頻次的11.11%。從逐月降水頻次分布的分析來看，5—8月逐時降水頻次分布與總降水頻次相似，均為夜間大于晝間，午后降水頻次較小，其中5月和6月降水頻次的高峰值均出現(xiàn)在01:00、02:00和01:00；7月降水頻次的高峰值出現(xiàn)在04:00；8月降水頻次高峰值為06:00，可見，逐月降水頻次的高峰值呈逐時后推的趨勢。

圖2 昌吉市主汛期降水頻次（a）和降水強度（b）日變化

通過對主汛期降水強度的日變化特征來看（圖2b），降水強度的波動性較大，呈多個峰值。降水強度的大值區(qū)出現(xiàn)在21:00—02:00和15:00—19:00；最高值出現(xiàn)在18:00，對比累積降水量來看，18:00的降水量偏少；其次為00:00，00:00的降水量為峰值，可見00:00的降水量和雨強均較大。降水強度最低值出現(xiàn)在03:00—08:00，此時間段的累積總降水低于平均值。

從降水強度和多年累積降水量的相關(guān)性分析來看，相關(guān)性為0.30，降水頻次和多年累積降水量呈顯著正相關(guān)，相關(guān)性為0.76，較降水強度和多年累積降水量的相關(guān)性較高。

由于西北地區(qū)干旱少雨，新疆氣象局根據(jù)本地氣象業(yè)務(wù)部門的標(biāo)準(zhǔn)，按小時降水量≥0.1 mm、≥1 mm和≥3 mm的標(biāo)準(zhǔn)分類（小時降水量≥0.1 mm作為一次微雨的標(biāo)準(zhǔn)，小時降水量≥1 mm作為一次小雨的標(biāo)準(zhǔn)，≥3 mm作為一次小到中雨以上的量級標(biāo)準(zhǔn)）作逐時降水頻次統(tǒng)計[23-24]。從圖3可以看出，≥0.1 mm的降水出現(xiàn)次數(shù)較其他量級多，從23:00—03:00上是一個降水頻次上升的趨勢，其中，03:00的頻次最高，為28次，此后降水次數(shù)呈明顯的下降趨勢，18:00達最低，整體來看≥0.1 mm量級的夜間的降水頻次較白天高。≥1 mm量級的降水頻次變化趨勢與≥0.1 mm相似，也為夜晚降水次數(shù)較白天多，其中23:00—01:00為降水頻次的高峰，頻次最高出現(xiàn)在01:00，最低值出現(xiàn)在15:00。由于降水強度達到≥3 mm量級的很少，與其他量級不同，逐時降水頻次有出現(xiàn)0的情況，可以看出≥3 mm量級的降水變化趨勢平緩，降水頻次較小，最大在02:00，為4次。

圖3 各級降水逐時頻次分布

3.3 不同持續(xù)時間降水的日變化及晝夜分布特征

從不同持續(xù)時間的多年降水頻次可以看出，降水主要以短時降水為主，隨著降水持續(xù)時間的增加，降水次數(shù)不斷減少。其中，持續(xù)1、2、3、4 h的降水分別為55、33、23和24次，共135次，分別占到總降水次數(shù)的31.07%、18.64%、13%和13.56%，持續(xù)1～4 h的降水次數(shù)占降水總次數(shù)的76.27%；5、6、7和8 h的降水次數(shù)分別為9、8、9和6次；持續(xù)時間8 h以上的降水頻次較小，在1～3次之間。

從不同持續(xù)時間降水量的貢獻率來看，降水貢獻率存在多個峰值，分別有4、7和13 h。貢獻率最大的是持續(xù)7 h的降水，有16.01%的貢獻率，其次為持續(xù)13 h的降水，其降水量貢獻率為13%，其中持續(xù)3、4、5、6、7、8和13 h的降水貢獻率高于平均值。降水量貢獻率最小的為12 h，其貢獻率為1.76%。可以看出，持續(xù)1 h的降水雖然降水頻數(shù)最高，但貢獻率不是最大；長持續(xù)時間的降水頻次不大，但個別持續(xù)時間的降水貢獻率較大。

從昌吉市多年降水發(fā)生時段來看，晝雨（08:00—20:00）共發(fā)生59次，夜雨（20:00—08:00）共120次，總降水次數(shù)為179次，晝雨占總降水過程的32.96%，夜雨占總降水過程的67.04%，說明昌吉市近幾年的降水主要是夜雨，且以短時間的降水為主。

圖4 昌吉市主汛期降水持續(xù)時間最長（a）和降水量最多（b）的降水過程分析

圖4是昌吉市2009—2015年降水過程中持續(xù)時間最長（22 h）和單次降水過程降水量最大（26.6 mm）的2次降水過程，分別發(fā)生在2009年5月25—26日（圖4a）和2011年8月27—28日（圖4b）。從降水持續(xù)時間最長的過程來看，降水剛發(fā)生的4 h波動性較小，5:00—13:00的降水波動較大，18:00、21:00和1:00是整個降水過程中降水量最大的時刻，為1.6 mm，20:00是降水量最小的時刻，為0.1 mm；13:00—22:00降水量的波動性減小，且降水量較小。從整個降水過程來看，降水初期降水量較小，中期降水量變化波動性較大，且降水量較大，后期降水量減小，波動性減小。從過程降水量最多的時段來看，初期降水量較后期大，16:00—20:00降水呈逐漸減小趨勢，16:00降水量最大，為8.2 mm，17:00—20:00降水量變化平緩，21:00降水量最少，為0.2 mm，可以看出降水前期波動性較大，中期變化平緩，后期逐漸減小。

4 結(jié)論

昌吉市累積逐時降水量呈明顯的波動性，夜雨降水量明顯大于晝雨量，降水量最大值出現(xiàn)在00:00，最小值出現(xiàn)在14:00；逐時降水頻次特征表現(xiàn)為明顯的單峰型,一天中降水最易發(fā)生在21:00—08:00，降水頻次的高峰值出現(xiàn)在01:00，降水最不易產(chǎn)生的時間為午后14:00—18:00；降水強度的波動性較大，呈多個峰值，大值區(qū)出現(xiàn)在21:00—02:00和午后15:00—19:00；最高值出現(xiàn)在18:00，其次為00:00，00:00的降水量為峰值，可見00:00的降水量和雨強均較大，最低值出現(xiàn)在03:00—08:00，此時間段的累積降水量低于平均值。各級降水中，≥0.1 mm的降水出現(xiàn)次數(shù)較多，各量級的降水表現(xiàn)為夜間的降水頻次較白天高。降水頻次和降水強度均與多年累積降水量成顯著的正相關(guān)關(guān)系。

昌吉市降水主要以短時間降水為主，隨著降水持續(xù)時間的增加，降水次數(shù)不斷減少；降水貢獻率存在多個峰值，貢獻率最大的是持續(xù)7 h的降水，其次為持續(xù)13 h的降水，降水量貢獻率最小的為12 h。近7 a的降水主要以夜雨，且以短時間的降水為主。從降水個例來看，降水持續(xù)時間最長和降水量最大的2次過程，前期和中期降水量均存在較大的波動性，后期降水量變化平緩。

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The Characteristics of Rainfall Diurnal Variation during Flood Season in Changji City，Xinjiang

HUANG Qiuxia，F(xiàn)ANG Wen，WANG Chunyan，TIAN Xifeng
（Changji Meteorological Bureau，Changji 831100，China）

Based on the hourly automatic rainfall data in Changji station from 2009 to 2015,the characteristics of rainfall diurnal variation during main flood season（5-8 month）were analyzed. The results showed that the rainfall was mainly concentrated between 21:00 pm to 03:00 am（BT）, with the maximum value of rainfall appearing at 00:00 am（BT）,the minimum value appearing at 14:00 pm（BT）.Hourly precipitation frequency was obviously single peak type,the high value of rainfall frequency occurred at 21:00 pm to 08:00 am（BT）,the precipitation frequency peak appeared at 01:00 am,it was not easy to generate at 14:00 pm to 18:00 pm（BT）.The fluctuation of rainfall intensity was large,the large value area was appeared at 21:00 pm to 02:00 am and 15:00 pm to 19:00 pm,the maximum appeared at 18:00 pm（BT）and the minimum occurred at 03:00 am to 08:00 am(BT).According to the different levels,defined by the hourly rainfall of≥0.1 mm or≥1 mm or≥3 mm respectively,rainfall easily occurred at night than day,and the hourly rainfall≥0.1 was more frequent than other levels.Precipitation mainly occurred in night,mostly 1-4 hours rainfall,the duration of 7h made the greatest contribution to the total rainfall.

main flood season；rainfall diurnal variation；rainfall frequency；rainfall intensity；Changji city

P426.614

：B

1002-0799（2016）06-0019-05

10.3969/j.issn.1002-0799.2016.06.003

2016-06-02；

2016-08-15

新疆氣象局科學(xué)技術(shù)研究項目“基于EC細網(wǎng)格數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品的昌吉州鄉(xiāng)鎮(zhèn)短期要素預(yù)報方法研究”資助。

黃秋霞（1989-），女，工程師，主要從事短期天氣預(yù)報與氣候變化研究。E-mail：huangqiuxia0718@163.com

黃秋霞，方雯，王春燕，等.新疆昌吉市主汛期降水的日變化特征[J].沙漠與綠洲氣象，2016，10（6）：19-23.