云南夜雨氣候特征分析

楊竹云，段瑋，孫績?nèi)A，李華宏

(1.云南省氣象臺，昆明650034；2.云南省氣象科學(xué)研究所，昆明650034)

引言

夜雨作為降水日變化中的一種重要現(xiàn)象，對溫度、濕度、農(nóng)牧業(yè)及生態(tài)環(huán)境等都具有重要影響(Rickenbach，2004)。以往的研究表明，青藏高原及其周邊地區(qū)夜雨現(xiàn)象十分明顯，如青藏高原主體的西藏地區(qū)(張國平等，2002；張核真等，2010；于忠水等，2011)，青藏高原東側(cè)的四川、重慶和貴州地區(qū)(唐紅玉等，2011；于忠水等，2011；段春峰等，2013；胡迪等，2015)，并且青藏高原及其周邊地區(qū)夜雨有明顯的區(qū)域差異(王夫常等，2011)。

云南地處低緯高原，是青藏高原南延部分，受強盛的印度季風和東亞季風共同影響，具有明顯的干濕季，區(qū)域降水存在著區(qū)別于周邊地區(qū)的特殊性(許美玲，2011；段瑋，2015)。周國蓮等(2007)研究指出，云南降水的年變化全省位相比較一致，夏秋季受中小尺度的影響比較大，其降水變化比冬春季大。劉瑜等(2010)分析了云南近46 a降水變化趨勢，指出云南由于地形和天氣系統(tǒng)影響的差異,出現(xiàn)了降水的區(qū)域差異，滇東北、滇西北、滇中均有各自的降水特點。陶云等(2014)研究了云南冬季降水的演變特征及成因，發(fā)現(xiàn)冬季降水主要受大尺度天氣系統(tǒng)影響，基本呈南北型分布，并且表現(xiàn)為全省一致性。彭貴芬等(2009)和符傳博等(2011)研究了云南各量級降水量和雨日的氣候特征和變化。李華宏等(2017)針對短時強降水的研究指出云南傍晚至夜里對流性天氣多發(fā)，常伴隨短時強降水高發(fā)期。劉櫻等(2012)指出夏季貝加爾湖地區(qū)阻塞活動異常對云南旱澇有一定影響。段瑋等(2017)利用川滇切變影響下的暴雨典型個例分析了切變線、地形對降水分布和不穩(wěn)定條件的形成、分布和維持的影響。楊芳園等(2018)利用地面觀測、雷達資料和再分析資料分析了2016 年4 月19 日出現(xiàn)在云南的颮線大風天氣典型過程。沈曉琳等(2019)分析了2015年冬季云南兩次強降水的環(huán)流異常演變特征以及大氣低頻振蕩在其中的影響。從已有研究可以發(fā)現(xiàn)，目前針對云南降水特征的分析研究主要集中在降水時空分布及影響因子、典型降水個例等方面，針對云南夜雨的研究尚不多見。

此外，由于夜間處于人們休息時段，夜間降水及其衍生的災(zāi)害相對日間更難應(yīng)對。由于云南是降水誘發(fā)型地質(zhì)災(zāi)害的重災(zāi)區(qū)，夜間降水誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害事件也時有發(fā)生。如2015 年9月15日20時—16日08時(北京時，下同)，在云南麗江市華坪縣和保山市昌寧縣部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)特大暴雨天氣，最大累積降水均超過220 mm，引發(fā)了嚴重的山洪泥石流災(zāi)害。其中，華坪縣造成10人死亡，4人失蹤，造成經(jīng)濟損失30 083.1萬元；昌寧縣造成7人死亡，經(jīng)濟損失為20 020萬元(陳小華等，2017；和菊芳等，2018)。2018年9月2日夜間，云南文山州麻栗坡縣猛硐鄉(xiāng)出現(xiàn)單點大暴雨，引發(fā)了特大山洪泥石流災(zāi)害，造成10人死亡，11人失蹤，7人受傷，直接經(jīng)濟損失達14億元(陳志等，2019)。因此，加強區(qū)域夜雨研究在業(yè)務(wù)和防災(zāi)減災(zāi)工作中也十分迫切。

因此，為了揭示和深入認識云南地區(qū)夜雨的時空變化特征，本文以1977—2017年云南省124站氣象觀測降水資料為基礎(chǔ)，結(jié)合多種統(tǒng)計方法對夜雨量、夜雨率和夜雨頻次等進行細致分析。

1 資料和方法

所用資料為按照中國氣象局要求整編的云南省從建站到2017年12月31日的133站地面氣象觀測逐小時降水資料，并由云南省氣象信息中心提供。該資料集早期歷史資料來自于降水自記儀紙質(zhì)記錄，經(jīng)紙質(zhì)記錄數(shù)字化處理后，再通過定量信息識別得到小時降水量。在數(shù)字化提取降水量過程中，已對降水自記跡線、時間、自記紙掃描和數(shù)據(jù)提取等進行了嚴格的檢測和質(zhì)量控制。2007 年以后該資料來源于日常業(yè)務(wù)自動站降水量數(shù)據(jù)，同樣經(jīng)過了嚴格的質(zhì)量控制?？紤]到資料的連續(xù)性、拆站和遷站等情況，最終選取了質(zhì)量較好的124 站1977—2017 年的資料進行分析。圖1 給出了分析所用站點的空間分布。由圖可見，站點分布均勻。

圖1 觀測站(黑點)空間分布與地形(單位:m)Fig.1 Spatial distribution of observation stations(black points)and terrain(unit:m).

在資料處理分析時遵循以下定義(于忠水等，2011；胡迪等，2015)：(1)夜雨量為某日20時—次日08時的12 h 降水量。若夜雨量＞0 mm，該日記為一個夜雨日。將20 時—次日20 時24 h 降水量作為日降水量，若日降水量＞0 mm，該日記為一個雨日。(2)夜雨率為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%。如果某日夜雨量為0 mm，則當日夜雨率為0。(3)夜雨平均強度為某時段內(nèi)的夜雨量與夜雨頻次的比，即夜雨強度=夜雨量/夜雨頻次，單位為mm/夜。由于一夜時段為某日20時—次日08時的12 h，因此單位也常記作mm·(12 h)-1。(4)文中的季節(jié)劃分采用常見定義，即春季為3—5 月、夏季為6—8月、秋季為9—11月和冬季為12月—次年2月。

研究方法主要為常用的氣候統(tǒng)計分析，如時間(年、季、侯)平均、空間平均等，其中分析年內(nèi)變化時，候的滑動平均為7候滑動。

2 結(jié)果與分析

2.1 夜雨率

圖2 給出了云南省多年平均(1977—2017 年)的年與季節(jié)夜雨率空間分布。由圖2a 可見，除東南、西南部分地區(qū)外，云南大部地區(qū)年夜雨率均在50%以上，即云南地區(qū)夜雨對日降水貢獻過半。按照夜雨貢獻過半即夜雨區(qū)的定義(崔彩霞等，2008)，云南大部均可認定為夜雨區(qū)。同時，云南年夜雨率有自東北向西南呈遞減的特征，夜雨率較大的區(qū)域主要位于云南東北部和北部邊緣地區(qū)，夜雨率大于60%，特別是大值區(qū)的云南東北部夜雨率甚至高達70%，這些地區(qū)降水以夜雨為主。并且夜雨率相對較小的東南、西南地區(qū)，其年均夜雨率也基本在45%以上，說明這些地區(qū)夜雨對年降水的貢獻也十分可觀。

為深入分析夜雨率的季節(jié)變化，圖2b—e給出春、夏、秋、冬四個季節(jié)多年平均夜雨率空間分布。由圖可見，云南夜雨率空間分布有明顯的季節(jié)差異，但云南東北部四季均是夜雨率大值中心。

從春季(圖2b)和冬季(圖2e)空間分布可見，云南春、冬季夜雨率大致呈現(xiàn)東部和西部大而中部小的分布特征，這與冬季和春季同屬干季，有相似的降水分布背景有關(guān)。因為冬、春季云南降水主要受南支槽和昆明準靜止鋒影響。其中，由青藏高原南側(cè)自西向東移動的南支槽在與云南高原接觸后促使云南西部成為相對季節(jié)多雨區(qū)；而昆明準靜止鋒是冬、春季云南東部地區(qū)的半永久系統(tǒng)(段旭等，2017)，直接導(dǎo)致了云南的東部季節(jié)多雨區(qū)。另外，冬、春季夜雨分布也存在差異。春季云南東部和西北部夜雨率在50%以上，其中云南東北部是春季夜雨率的大值區(qū)，夜雨率均超過65%，其北部地區(qū)甚至超過了80%；云南南部邊緣地區(qū)是夜雨率次大值區(qū)域，夜雨率超過60%，而云南西南部夜雨率低于50%，即春季這些地區(qū)晝雨略多。冬季全省大部夜雨率都在50%以上，相對春季地區(qū)間差異小一些，這與雖然同屬干季，但冬季降水少于秋季有關(guān)。冬季夜雨大值區(qū)域仍位于云南東北部，西北部是次大值中心。

從夏季(圖2c)和秋季(圖2d)的夜雨率空間分布分析可見，其與年均夜雨率(圖2a)分布特征基本一致，都有自東北向西南遞減的特征，是因為夏、秋季是云南雨季，盛行風及水汽輸送均以偏南氣流為主，加之夏、秋季自北向南移動的切變線系統(tǒng)等均利于降水呈現(xiàn)緯向分布特征(段瑋等，2017)。云南東北部仍是夏、秋季夜雨率的大值區(qū)，北部地區(qū)是次大值區(qū)，東南和西南部是夜雨率小值區(qū)，但夏、秋季云南大部地區(qū)夜雨率均在50%以上。

為分析夜雨率的年變化，圖3給出了云南多年平均的年內(nèi)逐侯夜雨率分布。可以看出，云南1—12月逐侯夜雨率變化范圍在49.3%～60.8%，平均值為54.3%。四季中，冬季夜雨率最大，平均為56.4%，春季次之，平均為55.1%，夏季和秋季最小，在53%上下波動。年內(nèi)夜雨率逐候變化整體呈現(xiàn)三峰型特征：夜雨率在冬末的2月第3候達到第一個峰值，夜雨率可達61%。進入春季，夜雨率仍可維持57%以上的高值；在進入4月后夜雨率才逐漸下降，4月第6候夜雨率達到第一個谷值，夜雨率略低于50%，也是全年最低點。5月之后，夜雨率再次上升，在6月第3候達到第二峰值，但此時夜雨率只略高于全年平均值；之后，夜雨率逐漸下降，到7月第4—5候進入年內(nèi)第二個谷值，夜雨率接近50%。8月夜雨率回升，在9月第1候達到年內(nèi)第三個峰值，但夜雨率主要圍繞全年平均值上下波動；10月第2候是年內(nèi)第三個夜雨率谷值，大小與年內(nèi)第二個谷值接近。進入11月后，夜雨率迅速回升，并于次年2月達到峰值，完成一個年循環(huán)。綜上可知，在云南地區(qū)年降水貢獻中，在干季夜雨明顯占優(yōu)；而在雨季，夜雨也略微占優(yōu)。

圖2 云南省多年平均(1977—2017年)的年(a)以及春(b)、夏(c)、秋(d)、冬(e)季夜雨率空間分布(單位: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.

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

2.2 夜雨頻次

圖4a 為云南省多年平均的年夜雨頻次空間分布?？梢钥闯觯颇弦褂昴觐l次空間差異大，呈現(xiàn)東、西部頻次高，中部低的特征。省內(nèi)年頻次在70 ～190 d·a-1變化。年頻次大值中心位于云南西北部、東部和南部地區(qū)，夜雨年頻次均可達120 d·a-1以上，即全年中1/3 的夜晚存在降水現(xiàn)象。其中，云南東北部(威信)和西北部(貢山)甚至超過185 d·a-1，即全年中過半的夜晚存在降水現(xiàn)象。云南中部地區(qū)是夜雨頻次較少的地區(qū)，年頻次在100 d·a-1以下，部分地區(qū)甚至在80 d·a-1以下。

圖4b—e 為春、夏、秋、冬四個季節(jié)的多年平均夜雨頻次空間分布。由圖可見，夜雨頻次的季節(jié)差異也十分明顯，但四季云南西北部都是夜雨高頻次區(qū)，而滇中始終是夜雨低頻次區(qū)。

春季(圖4b)和冬季(圖4e)的夜雨頻次分布與多年平均總體分布特征相似，呈現(xiàn)東、西部頻次高，中部低的特征。需要注意的是：冬季夜雨最高頻的區(qū)域在云南東部地區(qū)，在20 d·s-1以上，特別是云南東北部的部分地區(qū)可高達50 d·s-1，這與昆明準靜止鋒的冬季影響此區(qū)域有關(guān)(段旭等，2017)。而春季，夜雨高頻區(qū)位于云南西北部邊緣地區(qū)，超過60 d·s-1，這與青藏高原東南側(cè)的云南西北部至緬北地區(qū)存在春雨有關(guān)(肖潺等，2013；段瑋等，2015)。

夏季(圖4c)和秋季(圖4d)夜雨頻次分布相似，出現(xiàn)由云南西南部高頻次向東北部低頻次變化的特征，但夏季夜雨頻次大值區(qū)大致是秋季的2 倍。夏季，云南西部和南部地區(qū)是夜雨的高頻地區(qū)，可達60 d·s-1以上；而秋季相同地區(qū)，僅為30 d·s-1左右。

需要注意的是：雖然夏、秋季是云南的主雨季，但夏、秋季夜雨頻次空間分布與夜雨年頻次分布明顯不同，而年夜雨頻次分布與冬、春季分布更接近，這說明冬、春季夜雨頻次對年頻次貢獻相當明顯。冬、春季影響云南的南支槽等青藏高原南側(cè)南支西風系統(tǒng)和昆明準靜止鋒對云南東、西部夜雨高頻次有重要影響。同時，由圖1地形分布可見，冬、春季云南東、西部都處于地形由低向高變化區(qū)域。對于來自東、西兩側(cè)的天氣系統(tǒng)而言，均是迎風坡，有利于降水形成，這與晝間降水也是一致的。

圖5 為云南多年平均1—12 月逐侯夜雨頻次變化?？梢钥闯觯褂觐l次呈單峰型年變化，變化范圍在0.1 ～0.6 d·p-1，平均每侯出現(xiàn)夜雨0.3 d。最大值出現(xiàn)在7月第4—5候，最小值出現(xiàn)在12月第5候。夜雨頻次年變化與云南干濕季相對應(yīng)。

2.3 夜雨強度

圖6a 為云南省多年平均(1977—2017年)的年夜雨強度空間分布。由圖可見，云南夜雨年強度空間分布差異明顯，變化范圍在2.9 ～9.5 mm·(12 h)-1，北部和南部邊緣地區(qū)分別有兩個夜雨強度大于6 mm·(12 h)-1的大值區(qū)。其中，北部的大值中心夜雨強度可達8 mm·(12 h)-1以上，但其夜雨年頻次卻較低(圖4a)，說明這些地區(qū)夜雨發(fā)生頻次少，但強度大。與北部地區(qū)不同的是，南部地區(qū)夜雨強度和頻次都高，屬于區(qū)域內(nèi)夜雨發(fā)生頻次多，且強度也較大的地區(qū)。云南東北部和西北部為夜雨年強度的小值區(qū)，平均夜雨強度小于5 mm·(12 h)-1，而夜雨頻次卻是大值區(qū)，說明這些地區(qū)夜雨發(fā)生頻次多，但強度相對較小。

圖4 云南省多年平均(1977—2017年)的年(a,單位:d·a-1)以及春(b)、夏(c)、秋(d)、冬(e)季夜雨頻次(單位:d·s-1)空間分布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.

圖5 云南1—12月夜雨頻次的逐侯變化(單位:d·p-1)Fig.5 Evolution of pentad-mean night rainfall frequency from January to December in Yunnan(unit:d·p-1).

圖6b—e 給出了春、夏、秋、冬四個季節(jié)的多年平均夜雨強度空間分布。由圖可見，四個季節(jié)的夜雨強度分布差異較大，但云南南部邊緣在四個季節(jié)中均表現(xiàn)出夜雨強度較大的特征。

從春季(圖6b)和冬季(圖6e)夜雨強度分布可見，春、冬季的夜雨強度分布特征相似，而強度相差1 倍，但均為典型的干季降水特征。空間分布特征具體表現(xiàn)為云南西北和南部地區(qū)夜雨強度大，而其余地區(qū)較小的特征，這可能與云南干季降水與青藏高東南側(cè)偏西氣流下南支槽等系統(tǒng)影響有關(guān)。值得注意的是：云南東部冬、春季夜雨強度不大，卻是夜雨高頻區(qū)，即冬、春季昆明準靜止鋒影響下的云南東部，雖然夜雨發(fā)生頻次多，但強度并不大。

從夏季(圖6c)夜雨強度分布可見，夏季夜雨強度平均為4.2～11.8 mm·(12 h)-1，是全年強度最大的季節(jié)。三個大值區(qū)分別位于云南北部、南部和東部地區(qū)，夜雨強度大于8 mm·(12 h)-1，夏季(即主汛期)的夜雨強度分布情況與李華宏等(2017)研究得到的短時強降水年平均次數(shù)大值中心比較一致，并且其研究也證實夜間是短時強降水發(fā)生的主要時段之一。而云南西北部地區(qū)是夜雨強度小值區(qū)，小于5 mm·(12 h)-1。秋季(圖6d)與夏季分布類似，只是夜雨強度明顯減小，特別是東北部減小更明顯，與云南后汛期季風減弱，降水強度也相應(yīng)減小相對應(yīng)。

圖6 云南省多年平均(1977—2017年)的年(a)以及春(b)、夏(c)、秋(d)、冬(e)季夜雨強度空間分布(單位: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).

圖7為云南多年平均1—12 月逐侯夜雨強度分布?？梢钥闯?，夜雨強度也是典型的單峰型。1—12月逐侯夜雨強度變化范圍在1.4 ～7.4 mm·(12 h)-1，平均值為4.4 mm·(12 h)-1。夜雨強度最大值出現(xiàn)在8 月第2 候，最小值出現(xiàn)在12 月第5 候。夏季夜雨強度最大，夜雨強度為6.8 mm·(12 h)-1，而且變化不大。秋季次之，夜雨強度為4.5 mm·(12 h)-1，冬季夜雨強度最小，為2.2 mm·(12 h)-1。

圖7 云南1—12月夜雨強度的逐侯變化(單位:mm·(12 h)-1)Fig.7 Evolution of pentad-mean night rainfall intensity from January to December in Yunnan (unit:mm·(12 h)-1).

結(jié)合夜雨頻次的年變化(圖5)分析可見，夜雨的頻次與強度的年變化有同位相的協(xié)同性，即干季(冬季和春季)夜雨發(fā)生頻次少，夜雨強度也較小，而雨季(夏季和秋季)夜雨的頻次多，強度也大，表現(xiàn)為典型干雨季年循環(huán)特征。

3 結(jié)論與討論

利用云南地區(qū)124 站1977—2017 年的小時資料對云南夜雨氣候特征進行的綜合分析表明：

(1)云南大部地區(qū)年夜雨率均在50%以上，北部和東北部甚至可以達到年降水的60%～70%，在春季云南東北部地區(qū)甚至可達80%以上，即云南夜雨占日降水量的比例較大，且具有顯著的區(qū)域性差異。夜雨率年內(nèi)逐候變化呈現(xiàn)復(fù)雜和特殊的三峰型變化，但總體上干季夜雨明顯占優(yōu)；而在雨季，夜雨也略微占優(yōu)。

(2)云南地區(qū)夜雨頻次有著明顯的時空差異，省域內(nèi)年頻次在70～90 d·a-1變化。年頻次大值中心位于云南西北部、東部和南部地區(qū)，夜雨年頻次均可達120 d·a-1以上，即全年中1/3 的夜晚存在降水現(xiàn)象。冬、春季，在昆明準靜止鋒、青藏高原南側(cè)南支西風系統(tǒng)和云南地形的共同影響下，云南東、西部夜雨頻次高，中部低，并最終導(dǎo)致年頻次呈現(xiàn)相似的分布。雖然夏、秋季是云南的主雨季，降水頻次多，但冬、春季夜雨頻次對年頻次貢獻有更顯著的影響。

(3) 云南地區(qū)夜雨強度也存在明顯的時空差異。云南北部和南部邊緣在全年多數(shù)時段是夜雨強度的大值區(qū)，而中部常年夜雨強度相對較弱。云南大部地區(qū)夏、秋季夜雨強度大于冬、春季，但云南西北部邊緣夜雨強度冬、春季高于夏、秋季。

與四川等西南地區(qū)、青藏高原的夜雨研究成果相比較，云南夜雨在日降水中的貢獻也非?？捎^，大部地區(qū)在年內(nèi)的多數(shù)時段均能超過50%，這與西南其它地區(qū)相當，夜雨強度也和周邊地區(qū)相近，即云南也屬于典型夜雨區(qū)。值得注意的是：春季云南東北部還存在夜雨率高達80%的特殊夜雨區(qū)，這在周邊地區(qū)并不多見。此外，受季節(jié)環(huán)流與云南地形的共同影響，云南東、西部在冬、春季是夜雨發(fā)生高頻區(qū)，這與周邊其它地區(qū)相比也具有自身的獨特性。夜雨頻次和強度云南與周邊地區(qū)都呈現(xiàn)典型單峰型年變化，但云南夜雨率是特殊的三峰型變化，其中雨季有兩個峰值，這也具有特殊性。

由此次研究可以發(fā)現(xiàn)，云南夜雨具有自身的復(fù)雜性和特殊性。云南處于青藏高原東南緣與云貴高原的結(jié)合部，境內(nèi)地理地形差異較大，且近兩洋(印度洋孟加拉灣和太平洋南海)，夏季受南亞季風、東亞季風影響，冬季受南支西風和東亞冬季風影響。云南及周邊地區(qū)的復(fù)合地形與多個大氣環(huán)流之間的多尺度相互作用，促成了云南夜雨時空變化的多樣性，云南夜雨既具有高頻次-高強度-高貢獻率的地區(qū)，又具有低頻次-低強度-低貢獻率地區(qū)以及高(低)頻次-低(高)強度-平均貢獻率的地區(qū)，而且其各自成因也較復(fù)雜多樣。因此，未來有必要結(jié)合云南獨特的氣候背景、典型的地理地形和不同季節(jié)的大氣環(huán)流形勢針對云南夜雨做進一步深入和細化的研究，以及開展和晝雨比較下的異同分析。