云南小時(shí)降水的時(shí)空分布變化研究*

蘇錦蘭 張萬(wàn)誠(chéng) 宋金梅 徐安倫

1 中國(guó)氣象局大理山地氣象野外科學(xué)試驗(yàn)基地，大理 671003 2 大理國(guó)家氣候觀象臺(tái)，大理 671003 3 云南省氣象科學(xué)研究所，昆明 650034 4 云南大理機(jī)場(chǎng)氣象臺(tái)，大理 671003

提 要： 利用2005—2018年125個(gè)國(guó)家級(jí)臺(tái)站小時(shí)降水觀測(cè)數(shù)據(jù)研究云南小時(shí)降水時(shí)空分布特征。結(jié)果表明：云南年總降水量、不同持續(xù)時(shí)間降水量、極端強(qiáng)降水量及降水日變化空間分布差異很大。年降水量自西北向南增加，雨強(qiáng)自北向南增強(qiáng)，降水時(shí)長(zhǎng)西部大于東部、南部略大于北部，年降水量受降水時(shí)長(zhǎng)和雨強(qiáng)共同影響，降水時(shí)長(zhǎng)影響最強(qiáng)，雨強(qiáng)影響較弱，這種特征在滇西北最突出，但滇東北的降水量與雨強(qiáng)相關(guān)更好。云南大部夜雨量多于晝雨量，滇東北和北部邊緣夜雨特征最顯著；降水日變化特征在云南北部為夜間單峰，西部邊緣為清晨單峰，中部為夜間與午后峰值相當(dāng)?shù)碾p峰，南部也為夜間和午后雙峰，但南部不同區(qū)域間主峰和次峰出現(xiàn)時(shí)間不同。云南南部降水貢獻(xiàn)以短、中歷時(shí)降水為主，北部則以長(zhǎng)、超長(zhǎng)歷時(shí)降水為主。云南短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生次數(shù)的空間分布表現(xiàn)為自西北向東南增加；年發(fā)生站次數(shù)具有增加趨勢(shì)，日變化特征為顯著單峰，多在傍晚至入夜出現(xiàn)，且極端短時(shí)強(qiáng)降水更易在凌晨出現(xiàn)。這些小時(shí)降水時(shí)空分布特征很大程度上代表了低緯高原地區(qū)的降水特征。由于低值天氣系統(tǒng)多影響低緯高原中北部，熱帶天氣系統(tǒng)多影響南部，且低緯高原地形復(fù)雜，局地?zé)崃l件差異明顯，這些因素造成該區(qū)域小時(shí)降水時(shí)空分布特征差異顯著。

引 言

近百年來(lái)全球氣候正經(jīng)歷一次以變暖為主要特征的顯著變化，水資源作為響應(yīng)氣候變化最為敏感的因素之一，其時(shí)空分布及趨勢(shì)演變一直是自然科學(xué)界普遍關(guān)注的核心問(wèn)題。覆蓋第一階梯和第二階梯地形的青藏高原、橫斷山脈、云貴高原、四川盆地等復(fù)雜地形區(qū)的降水資源的穩(wěn)定開(kāi)發(fā)利用，是我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)文明發(fā)展的前提和基礎(chǔ)，因此，對(duì)這些區(qū)域的降水資源時(shí)空演變特征進(jìn)行深入研究具有重要意義。陳峪等(2005)在分析我國(guó)十大流域降水特征時(shí)指出北方流域降水量少、年際變化大、水資源缺乏不穩(wěn)定，南方流域降水較多、年際變化較小、水資源相對(duì)充足穩(wěn)定；張萬(wàn)誠(chéng)等(2006)分析1901—2002年西南縱向嶺谷區(qū)降水時(shí)空變化特征，指出縱向嶺谷區(qū)年、夏季和冬季降水量主要分布型式為降水量一致偏多或一致偏少；劉曉冉等(2007)利用1960—2000年月降水量資料分析得出西南地區(qū)年降水資源變化趨勢(shì)存在顯著區(qū)域差異；張琪和李躍清(2014)指出近48年西南地區(qū)夏季降水量和雨日呈減少趨勢(shì)，降水量和雨日分別存在準(zhǔn)16 a和17 a的周期變化；張濤等(2015)指出1998—2012年橫斷山區(qū)年降水量從東南向西北遞減，并呈減少趨勢(shì),減少地區(qū)分布在南部及中西部。這些研究多用日、月、季、年降水資料開(kāi)展。隨著我國(guó)高時(shí)空分辨率探測(cè)資料的出現(xiàn)，不少學(xué)者開(kāi)始從小時(shí)尺度出發(fā)對(duì)降水資源分布進(jìn)行研究，如：Yu et al(2007a；2007b)利用1991—2004年自動(dòng)觀測(cè)逐時(shí)降水資料分析指出我國(guó)夏季降水日變化特征區(qū)域差異顯著；姚莉等(2009；2010)分析得出我國(guó)1 h雨強(qiáng)日變化具有明顯地區(qū)差異；于文勇等(2012)指出我國(guó)降水持續(xù)時(shí)間的季節(jié)演變能反映出典型雨帶隨季節(jié)的變化特征。與此同時(shí)，一些研究開(kāi)始關(guān)注青藏高原和西南區(qū)域的小時(shí)降水特性。王夫常等(2011)分析指出西南降水夜雨特征明顯，且降水日變化存在東西區(qū)域差異；白愛(ài)娟等(2011)指出青藏高原中部與四川盆地在降水日變化上有明顯不同，兩者的降水日變化具有不同峰值時(shí)間；薛羽君等(2012)指出四川盆地降水夜雨特征明顯，但川西高原、盆中與盆地西南邊緣山地、盆地東北邊緣山地的降水峰值特點(diǎn)存在顯著區(qū)域差異；胡迪和李躍清(2015)分析得到四川盆地西南部的夜雨占日降水量的比例最大,川西高原東北與川東北則為明顯比例小值區(qū)；蘇錦蘭等(2015)指出橫斷山脈中高大山脈點(diǎn)蒼山東西側(cè)谷地年降水日變化存在顯著差異，東側(cè)為夜間單峰，西側(cè)具有夜間主峰和傍晚次峰；計(jì)曉龍等(2017)利用 2008—2014年逐小時(shí)空間分辨率為0.1°×0.1°的全國(guó)自動(dòng)站觀測(cè)降水資料研究了青藏高原夏季降水日變化特征，探討不同持續(xù)時(shí)間和等級(jí)降水對(duì)降水量日變化的影響。這些研究豐富了青藏高原、西南復(fù)雜地形區(qū)降水精細(xì)化分布特征的認(rèn)識(shí)。

然而，專(zhuān)門(mén)針對(duì)擁有大地形、低緯度、熱帶海洋三個(gè)氣象熱點(diǎn)研究課題的低緯高原地區(qū)的小時(shí)降水特性系統(tǒng)研究尚不多見(jiàn)。云南作為我國(guó)低緯高原的典型代表，降水分布極其復(fù)雜多變(張萬(wàn)誠(chéng)等，2014)，唐紅玉等(2011)利用 1960—2000年西南地區(qū)91個(gè)氣象站的小時(shí)降水量資料，分析得出四川、重慶和貴州部分地區(qū)夜雨頻繁，而云南的降水則以白天為主。僅有的小時(shí)降水特性分析所使用站點(diǎn)過(guò)于稀疏，且關(guān)注點(diǎn)較單一，很難完全揭示云南的降水日分布特征。因此，本文利用云南省125個(gè)國(guó)家級(jí)地面氣象觀測(cè)站點(diǎn)的小時(shí)降水資料，關(guān)注年總降水、不同持續(xù)時(shí)間降水、短時(shí)強(qiáng)降水、降水日變化的分布特征，揭示低緯高原區(qū)域降水資源分布及日變化的一些事實(shí)，為區(qū)域數(shù)值模式評(píng)估、精細(xì)化天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)、水資源合理開(kāi)發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源和研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

降水資料是云南省氣象信息中心提供的全省125個(gè)國(guó)家級(jí)地面氣象觀測(cè)站(圖1)2005—2018年逐日逐小時(shí)自動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)，觀測(cè)儀器為雙翻斗雨量傳感器，極少數(shù)高海拔臺(tái)站冬季改為人工觀測(cè)降雪(降水)，針對(duì)氣候?qū)W界限值、時(shí)間一致性、空間一致性及內(nèi)部一致性檢查，對(duì)降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)備級(jí)、臺(tái)站級(jí)、省級(jí)、國(guó)家級(jí)四級(jí)質(zhì)量控制。

地形資料使用地理空間數(shù)據(jù)云的GDEMDEM 30 m分辨率數(shù)字高程數(shù)據(jù)，如圖1所示，云南地勢(shì)北高南低，呈西北—東南階梯狀下降，西部屬橫斷山系縱谷區(qū)，東部為云貴高原西部，境內(nèi)金沙江、南盤(pán)江、元江、瀾滄江、怒江、獨(dú)龍江六大水系縱橫交錯(cuò)。

1.2 研究方法

降水資料統(tǒng)計(jì)方法和定義：①降水時(shí)長(zhǎng)。某小時(shí)降水量≥0.1 mm表示該小時(shí)發(fā)生降水，降水時(shí)長(zhǎng)記為1 h；②平均小時(shí)雨強(qiáng)。某時(shí)次平均小時(shí)雨強(qiáng)指該時(shí)次累積降水量除以該時(shí)次累積降水時(shí)長(zhǎng)；③降水事件。若降水進(jìn)行過(guò)程中有≥1 h 沒(méi)有發(fā)生降水，則定義該次降水事件結(jié)束，該次降水事件持續(xù)時(shí)間即為降水開(kāi)始1 h至結(jié)束1 h之間的小時(shí)數(shù)。根據(jù)降水持續(xù)時(shí)間定義短歷時(shí)(1～3 h)、中歷時(shí)(4～6 h)、長(zhǎng)歷時(shí)(7～12 h)、超長(zhǎng)歷時(shí)(≥13 h)降水事件；④短時(shí)強(qiáng)降水。指每小時(shí)降水量≥20 mm 的降水。文中視小時(shí)降水量≥50 mm的強(qiáng)降水為極端短時(shí)強(qiáng)降水。時(shí)間均指北京時(shí)，夜間和白天分別是20時(shí)至次日08時(shí)、08—20時(shí)，上半夜、下半夜、上午、下午分別是20時(shí)至次日02時(shí)、02—08時(shí)、08—14時(shí)、14—20時(shí)。文中降水統(tǒng)計(jì)值均指2005—2018年全年總值的多年平均。

2 結(jié)果分析

2.1 降水總體空間分布特征

圖2是云南地區(qū)年降水量、年降水時(shí)長(zhǎng)、平均小時(shí)雨強(qiáng)的空間分布結(jié)果。云南年降水量空間差異大，范圍在500～2 300 mm，年降水量及其變化梯度均表現(xiàn)出南部大于北部、西部大于東部的特點(diǎn)，大體上自西北向南增多，西部、南部、東南部年降水量多，尤其以南部邊緣最多，達(dá)2 100 mm·a-1以上，中部、東北部、北部年降水量少，以滇西北迪慶高海拔區(qū)域和金沙江、元江、南盤(pán)江等干熱河谷流域?yàn)樽钌?，不?00 mm·a-1，但在東北角和滇西北華坪有

圖1 云南地區(qū)高程地形及地面氣象觀測(cè)站點(diǎn)分布Fig.1 Distribution of terrain elevation and surface meteorological stations in Yunnan Province

相對(duì)大值區(qū)(圖2a)，與張萬(wàn)誠(chéng)等(2014)研究一致。年降水時(shí)長(zhǎng)的空間分布差異較大，變化范圍在300～1 900 h·a-1，其分布形勢(shì)與年降水量略有不同，表現(xiàn)為西部大于東部、南部大于北部，但最大值中心不是出現(xiàn)在南部和西南部，而位于滇西北怒江流域，達(dá)1 300～1 900 h·a-1，次大值中心出現(xiàn)在東北角，達(dá)1 100～1 500 h·a-1，中部和北部為小值區(qū)，最小值中心位于賓川、永仁、易門(mén)等干熱河谷，不足500 h·a-1(圖2b)。年平均小時(shí)雨強(qiáng)自北向南增加，變化范圍在0.6～2.0 mm·h-1，空間差異較大，大值區(qū)出現(xiàn)在南部普洱、西雙版納、紅河，普遍超過(guò)1.6 mm·h-1，部分區(qū)域可達(dá)2.0 mm·h-1，小值區(qū)發(fā)生在滇西北怒江、香格里拉、麗江和滇東北昭通及曲靖局部，部分區(qū)域小于0.8 mm·h-1(圖2c)。

結(jié)合年降水量與降水時(shí)長(zhǎng)、小時(shí)雨強(qiáng)之間相關(guān)系數(shù)的空間分布結(jié)果(圖3)可知，云南地區(qū)年降水量受降水時(shí)長(zhǎng)和小時(shí)雨強(qiáng)共同影響，并以降水時(shí)長(zhǎng)影響最強(qiáng)，雨強(qiáng)影響略弱，但存在區(qū)域差異。滇東北昭通區(qū)域年降水量與雨強(qiáng)相關(guān)更好；滇西北怒江流域、滇西邊緣德宏、滇西南大部、滇東南大部、滇中昆明局部、滇西楚雄局部的年降水量受降水時(shí)長(zhǎng)和雨強(qiáng)共同影響，但降水時(shí)長(zhǎng)影響更強(qiáng)，這種特征在滇西北最突出；北部邊緣金沙江流域、滇西大理和保山接壤區(qū)、滇東曲靖、滇南大部的年降水量主要受降水時(shí)長(zhǎng)影響，雨強(qiáng)影響較弱。

2.2 夜雨、晝雨分布特征

夜雨對(duì)于空氣和土壤的濕度、溫度、云輻射收支日循環(huán)、氣候生態(tài)環(huán)境構(gòu)成等都具有潛在影響(Rickenbach，2004)。夜雨指夜間降水，以20時(shí)至次日08時(shí)的降水統(tǒng)計(jì)值作為夜雨值。同樣的，晝雨指白天降水，以08—20時(shí)的降水統(tǒng)計(jì)值作為晝雨值。圖4是云南地區(qū)夜雨量、晝雨量、夜晝雨量差值、差值占日降水量百分比的空間分布。從圖4a可知，云南地區(qū)夜雨量表現(xiàn)為滇東北和西南偏多、西北大部和東南局部及中部偏少，極大值區(qū)位于南部邊緣，夜雨量達(dá)1 000 mm以上，小值區(qū)主要分布于滇中昆明和玉溪、西部楚雄和大理接壤地帶、麗江等局部地區(qū)，夜雨量不足400 mm。由圖4b可知，晝雨量空間分布型態(tài)和夜雨差異大，主要表現(xiàn)出自滇西北向南增加的特點(diǎn)，這與年降水量空間分布型態(tài)(圖2a)相似，滇東北至滇中北部為極小值區(qū)，晝雨量不足300 mm，南部邊緣為極大值區(qū)，晝雨量達(dá)900 mm以上，滇中昆明和玉溪、大理和楚雄接壤區(qū)、麗江局部的晝雨量可達(dá)400～500 mm。綜合圖4c 和4d可知，云南晝雨量多于夜雨量的區(qū)域較少，呈星點(diǎn)狀分布于滇南西雙版納和普洱大部、滇西南保山與德宏大部、臨滄西部、麗江局部、大理和楚雄接壤區(qū)域、滇中昆明和玉溪局部、文山大部，其余大部地區(qū)的夜雨量比晝雨量多，這些區(qū)域包括橫斷山脈大部、云南北部、哀牢山東西部、滇東高原及南部局部。夜晝雨量差值大值區(qū)分布于滇東北、金沙江流域、東南邊緣，其夜雨量比晝雨量多200 mm以上，并以滇東北差值最大，達(dá)400 mm，其成因不僅與地形有關(guān)，更與影響天氣系統(tǒng)有關(guān)，云南中北部多受低渦切變線影響。但是，夜雨量多于晝雨量的區(qū)域不全是夜雨特征最突出地區(qū)，如東南部邊緣，其夜晝雨量差值只占全天雨量的20%左右；而滇東北和金沙江流域則是夜雨特征明顯區(qū)，其夜晝雨量差值占全天雨量的20%～60%，并以東北角永善、綏江最突出。夜晝雨量差值極小值區(qū)出現(xiàn)在西南，夜雨量比白天少200～300 mm，其余區(qū)域普遍少100 mm左右；除滇中昆明外，晝雨量多的區(qū)域的晝雨特征并不突出。

圖2 2005—2018年云南地區(qū)年降水量(a)，年降水時(shí)長(zhǎng)(b)，平均小時(shí)雨強(qiáng)(c)的空間分布Fig.2 Spatial distributions of annual precipitation amount (a), duration (b), average hourly rainfall intensity (c) in Yunnan Province during 2005-2018

圖3 2005—2018年云南地區(qū)年降水量與年降水時(shí)長(zhǎng)(a)和平均小時(shí)雨強(qiáng)(b)相關(guān)系數(shù)空間分布Fig.3 Spatial distributions of correlation coefficients between annual precipitation amount and duration (a), average hourly rainfall intensity (b) in Yunnan Province during 2005-2018

圖4 2005—2018年云南地區(qū)年夜雨量(a)，晝雨量(b)，夜晝雨量差值(c)，夜晝雨量差值占日總降水量百分比(d)的空間分布Fig.4 Spatial distributions of annual nighttime precipitation amount (a), annual daytime precipitation amount (b), difference of the precipitation amount between night and day (c), percentage of the difference between night and day precipitation amount in total daily precipitation amount (d) in Yunnan Province during 2005-2018

2.3 降水日變化特征

以降水量為要素分析云南地區(qū)降水日變化特征及其空間差異。圖5是云南區(qū)域平均年降水量的逐小時(shí)分布，降水量日變化主峰值出現(xiàn)在04—05時(shí)，次峰值在16—17時(shí)，12時(shí)為最低谷，22時(shí)為次低谷，由此可見(jiàn)，云南地區(qū)年降水量日變化具有明顯的雙峰雙谷特征。結(jié)合表1可知，云南區(qū)域平均夜雨量為545.4 mm，占全天的53%，多于晝雨量(478.1 mm)，其中，下半夜最多，占全天的30%，其次是午后至傍晚，占全天的26%，入夜后至凌晨的降水量也較多，占全天的23%，上午時(shí)段最少，占全天的21%。

圖5 2005—2018年云南地區(qū)年降水量日變化Fig.5 Diurnal variation of annual precipitation amount in Yunnan Province during 2005-2018

表1 2005—2018年云南區(qū)域平均年降水量的日分布特征Table 1 General temporal features daily distribution of annual mean precipitation amount in Yunnan Province during 2005-2018

進(jìn)一步分析云南地區(qū)降水量在上半夜、下半夜、上午、下午4個(gè)時(shí)間段累計(jì)值的空間分布，如圖6所示，總體來(lái)看，云南夜間降水量多于白天，下半夜最多，下午次之，上半夜略少，上午最少。綜合可知，云南北部、中部、南部降水量日分布特征具有明顯空間差異。對(duì)于北部，西北怒江流域下半夜降水量最多(300～600 mm)，上半夜、上午、下午均維持弱降水(150～400 mm)，為下半夜單峰型日變化(圖略，本段下同)；北部邊緣金沙江流域下半夜降水量最多(210～420 mm)，上半夜次之(150～290 mm)，下午(100～230 mm)和上午(100～170 mm)很少，屬下半夜單峰型日變化；東北角區(qū)域上半夜降水量最大(250～450 mm)，下半夜次之(200～400 mm)，上午(100～200 mm)和下午(50～250 mm)維持弱降水，屬上半夜單峰型日變化；但是，滇西北局部(香格里拉、麗江、鶴慶、劍川)表現(xiàn)出下午降水量峰值遠(yuǎn)大于下半夜降水量次峰值的雙峰型日變化。對(duì)于中部，西南和滇西邊緣(保山西部和德宏)的降水量最大值從下半夜(350～550 mm)持續(xù)到上午(350～550 mm)，下午顯著減少(180～350 mm)，入夜后更少，屬清晨單峰型日變化；其余大部分中部區(qū)域(保山東部、大理南部、臨滄北部、楚雄大部、昆明南部、玉溪大部、曲靖南部)降水量的夜間峰值和午后峰值均存在，從西向東存在“夜雨偏多—晝夜偏多—夜雨偏多—晝夜偏多”的雙峰型日變化特點(diǎn)。南部降水量日變化分布復(fù)雜，西南偏西區(qū)域(臨滄南部、普洱西部)下半夜降水量最大(300～620 mm)，下午次之(250～500 mm)，上半夜和上午較弱，屬下半夜主峰值強(qiáng)于午后次峰值的雙峰型日變化；西南偏東區(qū)域(西雙版納、普洱東部)午后降水量最大(400～600 mm)，下半夜次大(300～450 mm)，上半夜和上午較弱，屬午后主峰值強(qiáng)于夜間次峰值的雙峰型日變化；東南偏西區(qū)域(紅河大部)下半夜降水量最大(200～600 mm以上)，下午次之(200～500 mm)，上半夜和上午較少(150～450 mm)，屬下半夜主峰值強(qiáng)于午后次峰值的雙峰型日變化；東南偏東區(qū)域(文山大部)下午降水量最大(300～400 mm)，下半夜次之(200～350 mm)，上半夜偏少(200～300 mm)，上午最少(200～250 mm),屬午后主峰值強(qiáng)于夜間次峰值的雙峰型日變化。

綜上所述，云南北部包括橫斷山脈區(qū)大部、四川盆地邊緣區(qū)域、東北部區(qū)域的降水日變化多屬夜間單峰，其原因與影響上述區(qū)域的天氣系統(tǒng)有關(guān)，尤其雨季多受低值天氣系統(tǒng)影響，如：高原低渦切變、西南渦等；西部邊緣降水量日變化多屬清晨單峰；中部區(qū)域的夜間和午后降水量都較顯著；南部區(qū)域降水量的下半夜峰值和午后峰值存在區(qū)域差異，其原因與影響南部的熱帶天氣系統(tǒng)和地形有關(guān)?？傮w而言，云南北部和西部邊緣的夜間降水量多于白天，夜間單峰型日變化顯著，而云南中部、南部的夜間和白天降水量均較多，雙峰型日變化特征突出，且由于南部、西南部降水量豐富，對(duì)區(qū)域平均日變化特征的貢獻(xiàn)也大。

圖6 2005—2018年云南地區(qū)年降水量在日尺度不同時(shí)段的空間分布(a)上半夜，(b)下半夜，(c)上午，(d)下午Fig.6 Spatial distributions of annual precipitation amount at four time periods in Yunnan Province during 2005-2018(a) before midnight, (b) after midnight, (c) morning, (d) afternoon

2.4 降水事件空間分布及對(duì)降水量的貢獻(xiàn)

降水事件持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短與大尺度環(huán)流、云頂輻射冷卻效應(yīng)、中尺度對(duì)流及局地?zé)崃l件緊密相連，能有效指示降水天氣系統(tǒng)性質(zhì)。圖7是云南地區(qū)不同類(lèi)型降水事件年發(fā)生次數(shù)的空間分布，從圖7a和7b可知，短歷時(shí)和中歷時(shí)事件發(fā)生次數(shù)的空間分布相似，表現(xiàn)為西部多于東部、南部多于北部，金沙江流域的華坪、賓川、永仁、會(huì)澤等地為最小值區(qū)(短歷時(shí)低于140 次·a-1，中歷時(shí)低于30 次·a-1)，東北角、西北怒江流域、西南部邊緣臨滄局部、南部邊緣金平為4個(gè)極大值中心區(qū)(短歷時(shí)高于260 次·a-1，中歷時(shí)高于50 次·a-1)，另外，從短歷時(shí)到中歷時(shí)，隨著降水事件持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)，西北怒江流域極大值中心變得更明顯，而南部和西南部的極大值區(qū)域面積有所減少。由圖7c可知，長(zhǎng)歷時(shí)事件發(fā)生次數(shù)西部略大于東部，南部略小于北部，最小值區(qū)出現(xiàn)于滇中昆明、玉溪和滇西楚雄、大理(低于15 次·a-1)，滇西北怒江流域?yàn)樽畲笾祬^(qū)(超過(guò)30 次·a-1)，滇東北為次大值區(qū)(25 次·a-1左右)。超長(zhǎng)歷時(shí)降水事件發(fā)生次數(shù)的空間分布格局與長(zhǎng)歷時(shí)一致，呈中間小、周?chē)蟮奶卣?圖7d)。

圖8是云南地區(qū)不同持續(xù)時(shí)間降水事件的累積降水量對(duì)年降水量貢獻(xiàn)率的空間分布，總體而言，短歷時(shí)、中歷時(shí)降水事件的貢獻(xiàn)率南部大于北部，對(duì)滇西南貢獻(xiàn)最大，對(duì)滇西北怒江流域和滇東北貢獻(xiàn)最??；長(zhǎng)歷時(shí)、超長(zhǎng)歷時(shí)降水事件的貢獻(xiàn)率則北部大于南部，對(duì)滇西南的貢獻(xiàn)最小，長(zhǎng)歷時(shí)貢獻(xiàn)最大區(qū)位于滇東北，而超長(zhǎng)歷時(shí)貢獻(xiàn)最大區(qū)則出現(xiàn)在滇西北怒江流域。從各區(qū)域貢獻(xiàn)率的主次來(lái)看，滇西北怒江流域以超長(zhǎng)歷時(shí)降水貢獻(xiàn)最大(達(dá)40%)、長(zhǎng)歷時(shí)次之、中歷時(shí)偏弱、短歷時(shí)最弱；短歷時(shí)降水對(duì)中部、南部大部分區(qū)域貢獻(xiàn)最大(可達(dá)40%以上)，中歷時(shí)次之，長(zhǎng)歷時(shí)稍弱，超長(zhǎng)歷時(shí)最弱，但滇西邊緣德宏大部則表現(xiàn)為長(zhǎng)歷時(shí)貢獻(xiàn)較大(25%～35%)，短歷時(shí)次之，中歷時(shí)略弱，超長(zhǎng)歷時(shí)最弱。

圖7 2005—2018年云南地區(qū)短歷時(shí)(a)，中歷時(shí)(b)，長(zhǎng)歷時(shí)(c)，超長(zhǎng)歷時(shí)(d)年降水事件發(fā)生次數(shù)的空間分布Fig.7 Spatial distributions of annual times of precipitation events in Yunnan Province during 2005-2018(a) short duration, (b) medium duration, (c) long duration, (d) ultra-long duration

圖8 2005—2018年云南地區(qū)短歷時(shí)(a)，中歷時(shí)(b)，長(zhǎng)歷時(shí)(c)，超長(zhǎng)歷時(shí)(d)降水事件的降水量對(duì)年降水量貢獻(xiàn)率的空間分布Fig.8 Spatial distributions of contribution rates of precipitation amount in precipitation events to annual precipitation amount in Yunnan Province during 2005-2018(a) short duration, (b) medium duration, (c) long duration, (d) ultra-long duration

2.5 短時(shí)強(qiáng)降水特征

短時(shí)強(qiáng)降水是短時(shí)間內(nèi)降水強(qiáng)度較大的天氣現(xiàn)象，是強(qiáng)對(duì)流的重要形式之一，預(yù)報(bào)難度大，了解其時(shí)空分布對(duì)預(yù)報(bào)預(yù)警具有重要指示意義。圖9是云南短時(shí)強(qiáng)降水總體空間分布特征。由圖9a可知，云南≥20 mm·h-1的降水發(fā)生次數(shù)自西北向東南增加，空間差異明顯，表現(xiàn)為東部大于西部、南部大于北部；南部大部、滇西南邊緣和滇東區(qū)域發(fā)生次數(shù)普遍可達(dá)4 次·a-1以上，其中，最大值中心位于南部邊緣，達(dá)7～12 次·a-1，滇西南邊緣龍陵和西盟及滇東羅平存在3個(gè)次大值中心，達(dá)7 次·a-1左右；中部和北部大部每年發(fā)生不足3次，尤其是滇西北，年均不足1次，但滇西北華坪和滇東北鹽津是2個(gè)相對(duì)大值區(qū)，約為6 次·a-1。由圖9b可知，云南極端短時(shí)強(qiáng)降水年發(fā)生次數(shù)仍表現(xiàn)為南部大于北部、東部大于西部，大值區(qū)集中于滇南及滇東南邊緣，為0.2 次·a-1以上，最大值出現(xiàn)在河口站，為1.1 次·a-1，東北角鹽津發(fā)生概率較高，為0.3 次·a-1。圖9c給出2005—2018年云南各站點(diǎn)最大小時(shí)雨強(qiáng)的空間分布，可見(jiàn)，云南地區(qū)多年極端小時(shí)雨強(qiáng)空間分布差異大，變化范圍在22～107 mm·h-1，滇西北怒山和云嶺沿線極端小時(shí)雨強(qiáng)相對(duì)較小，普遍在50 mm·h-1以下，滇中、滇東、滇南極端小時(shí)雨強(qiáng)大，基本在50 mm·h-1以上，其中，出現(xiàn)3個(gè)極大值區(qū)，一個(gè)分布在滇東邊緣，為70～80 mm·h-1，一個(gè)在滇南邊緣可達(dá)90～98 mm·h-1，第三個(gè)出現(xiàn)在滇中景東、祿豐、嵩明等區(qū)域，極端小時(shí)雨強(qiáng)可達(dá)90～107 mm·h-1。

圖10是云南地區(qū)年短時(shí)強(qiáng)降水和極端短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生站次數(shù)的逐年演變和逐小時(shí)分布。從圖10a 可知，云南短時(shí)強(qiáng)降水每年發(fā)生站次數(shù)均有差別，年際變化明顯，總體來(lái)說(shuō)具有增加趨勢(shì)(4.9站次·a-1)，2013年出現(xiàn)陡增，從平均360站次·a-1增加至416站次·a-1，這與2013年起云南氣候干旱背景轉(zhuǎn)變相對(duì)應(yīng)。極端短時(shí)強(qiáng)降水也具有增加趨勢(shì)(0.05站次·a-1)，2014年發(fā)生最多(15站次·a-1)，2008年次多(13站次·a-1)，2013年最少(5站次·a-1)。對(duì)于云南地區(qū)，在旱澇急轉(zhuǎn)下容易出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水頻率高峰年，這種特征在≥50 mm·h-1的極端事件上更突出。從圖10b可知，短時(shí)強(qiáng)降水主要發(fā)生在夜間，為每年212站次，白天僅有171站次，其中，下午發(fā)生最多(122站次)，其次是上半夜(107站次)和下半夜(105站次)，上午最少(49站次)，日變化表現(xiàn)出明顯單峰結(jié)構(gòu)，峰值出現(xiàn)在17—18時(shí)，谷值則在11—12時(shí)。極端短時(shí)強(qiáng)降水主要也發(fā)生在夜間，為每年6.3站次·a-1，白天有3.9站次·a-1，但是，上半夜發(fā)生最多(4.0站次·a-1)，下午次之(3.0站次·a-1)，下半夜略少(2.3站次·a-1)，上午最少(0.9站次·a-1)，即極端短時(shí)強(qiáng)降水日變化也呈單峰型，但峰值發(fā)生在01時(shí)，谷值出現(xiàn)在10時(shí)。可見(jiàn)，云南地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水事件具有顯著日變化特征，主要發(fā)生在下午和夜間，但隨著降水強(qiáng)度顯著增強(qiáng)，入夜后至凌晨的時(shí)間段更容易出現(xiàn)極端小時(shí)降水。

圖9 2005—2018年云南地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水年發(fā)生次數(shù)(a，b)及多年內(nèi)最大小時(shí)雨強(qiáng)(c)的空間分布(a)≥20 mm·h-1,(b)≥50 mm·h-1Fig.9 Spatial distributions of annual times of short-time severe rainfall events (a， b) and the maximum hourly rainfall intensity (c) in Yunnan Province within multiple years during 2005-2018(a) ≥20 mm·h-1, (b) ≥50 mm·h-1

圖10 2005—2018年云南地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水、極端短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生站次數(shù)的逐年(a)和逐小時(shí)變化(b)Fig.10 Interannual variation (a) and diurnal variation (b) of the stations with short-time severe rainfall and extremely short-time severe rainfall events in Yunnan Province during 2005-2018

3 結(jié)論與討論

通過(guò)分析云南地區(qū)降水日變化分布、降水持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)降水量貢獻(xiàn)的區(qū)域差異、短時(shí)強(qiáng)降水分布及日變化等特征，得到如下結(jié)論：

(1)云南年降水量、降水時(shí)長(zhǎng)、平均小時(shí)雨強(qiáng)空間分布差異顯著，降水量自滇西北向南增加，小時(shí)雨強(qiáng)自北向南增強(qiáng)，而降水時(shí)長(zhǎng)則西部大于東部、南部略大于北部。云南年降水量受降水時(shí)長(zhǎng)和小時(shí)雨強(qiáng)共同影響，并以降水時(shí)長(zhǎng)影響最強(qiáng)，雨強(qiáng)影響略弱，這種特征在滇西北表現(xiàn)最突出，但滇東北年降水量則與雨強(qiáng)相關(guān)更好。

(2)云南大部分區(qū)域夜雨量多于晝雨量，并以滇東北和北部邊緣的夜雨特征最為突出，而晝雨量多于夜雨量的區(qū)域范圍較小，星點(diǎn)狀分散于滇中、滇西南和南部，且以滇中昆明的晝雨特征最為明顯。

(3)云南降水日變化特征區(qū)域差異顯著。降水量日變化在北部為夜間單峰型、西部邊緣為清晨單峰型、中部為夜間和午后峰值相當(dāng)?shù)碾p峰型，南部也屬雙峰型，但南部不同地區(qū)的主、次峰出現(xiàn)時(shí)間有差異，由于南部年降水量大，其雙峰型降水量日變化造成云南區(qū)域平均日變化總體表現(xiàn)出雙峰雙谷特征，主峰值出現(xiàn)在04—05時(shí)，次峰值在16—17時(shí)，12時(shí)和22時(shí)為最低值時(shí)段。

(4)云南短歷時(shí)和中歷時(shí)降水發(fā)生次數(shù)的空間分布差異很大，總體表現(xiàn)為西部多于東部、南部多于北部，而長(zhǎng)歷時(shí)和超長(zhǎng)歷時(shí)降水出現(xiàn)次數(shù)的空間分布差異略小。云南表現(xiàn)出南部以短歷時(shí)和中歷時(shí)降水貢獻(xiàn)為主，北部則以長(zhǎng)歷時(shí)和超長(zhǎng)歷時(shí)降水貢獻(xiàn)為主的特點(diǎn)，其中滇西北怒江流域以超長(zhǎng)歷時(shí)降水貢獻(xiàn)最大、長(zhǎng)歷時(shí)次之，中部和南部大部的短歷時(shí)降水貢獻(xiàn)最大、中歷時(shí)次之，而西部邊緣則為長(zhǎng)歷時(shí)貢獻(xiàn)最大、短歷時(shí)次之。

(5)云南短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生次數(shù)空間分布差異很大，自西北向東南增加，小值區(qū)分布在滇西北，年均不足1次，大值中心位于南部邊緣，每年7～12次，滇西南和滇東邊緣、滇西北和滇東北局部均出現(xiàn)相對(duì)大值區(qū)；極端短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生次數(shù)大值區(qū)集中于滇南及滇東南邊緣，東北角局部發(fā)生概率也高；多年極端小時(shí)雨強(qiáng)在滇南和滇東邊緣及滇中局部出現(xiàn)3個(gè) 大值區(qū)，值在70 mm·h-1以上。云南短時(shí)強(qiáng)降水事件逐年變化具有增加趨勢(shì)，且在連續(xù)干旱轉(zhuǎn)澇的氣候背景下容易出現(xiàn)極端短時(shí)強(qiáng)降水頻率高峰年；短時(shí)強(qiáng)降水事件主要發(fā)生在下午和夜間，極端短時(shí)強(qiáng)降水事件更容易在子夜過(guò)后出現(xiàn)。

上述研究立足于云南全省小時(shí)降水，對(duì)全年范圍內(nèi)的降水總體特征、降水日變化、降水事件貢獻(xiàn)、極端降水分布的區(qū)域差異做了詳細(xì)分析，獲得云南地區(qū)小時(shí)降水特性及空間差異，這些結(jié)論很大程度上可以代表低緯高原地區(qū)小時(shí)降水時(shí)空分布特征。但是，低緯高原地區(qū)(云南省、貴州省、四川南部)季風(fēng)氣候顯著，季節(jié)降水空間分布差異很大，如春季滇西北縱向嶺谷區(qū)怒江“桃花汛”和冬季昆明準(zhǔn)靜止峰影響下的云貴高原地區(qū)持續(xù)性陰云寡照，限于篇幅原因，針對(duì)這些具有明顯季節(jié)特征的低緯高原小時(shí)降水特性及物理機(jī)制需要下一步再做詳細(xì)闡述。