廣東降水的日變化特征

高翠翠，陳浩偉，鄧月珍，肖芳進(jìn)

（1.韶關(guān)市氣象局，廣東韶關(guān) 512000；2.乳源縣氣象局，廣東乳源 512000）

降水日變化是天氣氣候系統(tǒng)最基本的變化模態(tài)之一，研究降水的日變化特征，對(duì)理解降水形成機(jī)理，評(píng)估區(qū)域天氣和氣候特征以及提升數(shù)值模式預(yù)報(bào)能力等方面有重要作用［1］。Yu等［2］指出中國(guó)大陸夏季降水存在顯著的日變化，并且區(qū)域差異較大，陸地降水日變化振幅較大，峰值主要出現(xiàn)在午后，也有的區(qū)域峰值出現(xiàn)在午夜至凌晨；Li等［3］的研究表明夏季我國(guó)南方地區(qū)降水日峰值出現(xiàn)時(shí)間存在明顯的東西差異，西南地區(qū)峰值出現(xiàn)在夜間至清晨，東南地區(qū)峰值則較一致地出現(xiàn)在午后；冷季西南和東南地區(qū)的日位相差異較??；李建等［4］、戴澤軍等［5］、孫嫻等［6］利用當(dāng)?shù)刂饡r(shí)降水觀測(cè)站資料分別對(duì)北京、湖南、西安夏季降水日變化特征進(jìn)行了分析，更加細(xì)致地認(rèn)識(shí)了當(dāng)?shù)亟邓娜兆兓卣?；潘巧英?］利用TRMM衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)分析了珠三角地區(qū)的降水日變化特征。

目前對(duì)廣東降水特征的研究多采用日、月降水量資料［8－11］，關(guān)于降水日變化特征的研究較少。因此，研究廣東省降水日變化特征能夠豐富對(duì)降水特征的認(rèn)識(shí)，同時(shí)可為提高數(shù)值預(yù)報(bào)模式對(duì)降水日變化的模擬提供參考依據(jù)，進(jìn)而提高模式對(duì)降水的精細(xì)化預(yù)報(bào)水平。

1 資料與方法

本研究所用降水資料為經(jīng)過(guò)質(zhì)量控制的2008—2020年的廣東省86個(gè)國(guó)家站的逐時(shí)降水?dāng)?shù)據(jù)。本研究定義小時(shí)降水量≥0.1 mm時(shí)判定為有降水發(fā)生；降水量、降水頻率和降水強(qiáng)度按照24個(gè)時(shí)次統(tǒng)計(jì)，其中降水量是指00：00—23：00（北京時(shí)，下同）各時(shí)刻累計(jì)降水量除以相應(yīng)時(shí)刻的總觀測(cè)次數(shù)；降水頻率是各時(shí)刻有降水的次數(shù)除以相應(yīng)時(shí)刻總觀測(cè)次數(shù)的百分比形式；降水強(qiáng)度指各時(shí)刻累計(jì)降水量除以相應(yīng)時(shí)刻的降水次數(shù)。一天24 h內(nèi)降水量的最大值定義為日峰值，降水量、降水頻率和降水強(qiáng)度日變化的振幅能夠反映降水日變化幅度的大小，將降水日振幅定義為A＝Rmax／Ravg，其中A表示振幅，Rmax表示降水量、降水頻率或降水強(qiáng)度的日峰值，Ravg表示日平均降水量、降水頻率或降水強(qiáng)度。在研究降水的日變化隨季節(jié)的變化時(shí)，為了消除降水在各季節(jié)降水量存在的差異，本研究計(jì)算了各月降水量在00：00—23：00的距平值，即先計(jì)算各月降水量的日平均值，然后以各月各時(shí)次降水量減去相應(yīng)月份降水量的日平均值。

2 降水日變化的基本特征

2.1 降水日峰值出現(xiàn)時(shí)間的空間分布

降水量、降水頻率和降水強(qiáng)度都是反映降水特性的重要指標(biāo)［12］。從廣東省86個(gè)國(guó)家站全年降水量、降水頻率和降水強(qiáng)度的日峰值出現(xiàn)時(shí)間和日變幅的空間分布（圖略）可以看出，廣東大部分地區(qū)降水量的日峰值出現(xiàn)在14：00—18：00，且緯度較低的站點(diǎn)達(dá)到日峰值的時(shí)間較緯度稍高的站點(diǎn)達(dá)到日峰值的時(shí)間略早，即緯度越低，達(dá)到日峰值的時(shí)間越早；韶關(guān)和清遠(yuǎn)的個(gè)別站點(diǎn)降水量日峰值則出現(xiàn)在05：00—06：00；而沿海地區(qū)降水量日峰值主要出現(xiàn)在兩個(gè)時(shí)段，分別為08：00—10：00和14：00—17：00。由全年降水量振幅空間分布可以看出韶關(guān)、清遠(yuǎn)和沿海地區(qū)降水量日變化幅度相對(duì)較小，其他地區(qū)降水日變化幅度較大。另外，降水頻率和降水量達(dá)到日峰值的時(shí)間并不一致，其中韶關(guān)中北部、清遠(yuǎn)北部降水頻率的日峰值出現(xiàn)在05：00—08：00；沿海地區(qū)出現(xiàn)在07：00—09：00；其他站點(diǎn)降水頻率的日峰值主要出現(xiàn)在15：00—19：00，且降水頻率的日變幅明顯比降水量小。而降水強(qiáng)度與降水量達(dá)到日峰值的時(shí)間基本較一致，與降水量不同的是韶關(guān)和清遠(yuǎn)降水強(qiáng)度日峰值均出現(xiàn)在午后到傍晚，降水強(qiáng)度日變幅較降水量略小或持平。

對(duì)廣東降水日峰值出現(xiàn)時(shí)間和日變化幅度的分析表明降水量、降水頻率和降水強(qiáng)度大部分站點(diǎn)日峰值出現(xiàn)在午后至傍晚，三者在韶關(guān)、清遠(yuǎn)和沿海一些站點(diǎn)與其他地區(qū)有差異；降水量日變化幅度較降水強(qiáng)度略大，降水頻率日變化幅度明顯小于降水量和降水強(qiáng)度。

2.2 不同區(qū)域降水的日變化

從降水日變化的空間分布特征可以看出，不同地區(qū)降水的日變化存在一定的差異，由于降水日變化的區(qū)域差異與廣東省的行政區(qū)域較為對(duì)應(yīng)，因此在分析不同區(qū)域降水日變化的特征時(shí)，按照廣東省的行政區(qū)域劃分為5個(gè)區(qū)域：粵西北（韶關(guān)、清遠(yuǎn)）、粵東北（河源、梅州）、粵中（云浮、肇慶、佛山、廣州、東莞）、粵東南（惠州、深圳、汕尾、揭陽(yáng)、汕頭、潮州）、粵西南（珠海、中山、江門、陽(yáng)江、茂名、湛江）。各個(gè)區(qū)域降水的日變化特征是各區(qū)域中所包含站點(diǎn)的降水量、降水頻率和降水強(qiáng)度的平均值。圖1給出了廣東5個(gè)區(qū)域降水的日變化曲線。

圖1 粵西北（a）、粵東北（b）、粵中（c）、粵東南（d）和粵西南（e）降水量、降水頻率和降水強(qiáng)度的日變化

粵西北地區(qū)（圖1a）降水量的日變化表現(xiàn)為雙峰型，從12：00開(kāi)始降水量逐漸增多，16：00降水量達(dá)到峰值，17：00降水量較16：00略少，隨后降水量迅速減少，次峰值出現(xiàn)在05：00。降水頻率的日變化也表現(xiàn)為雙峰型，00：00降水頻率開(kāi)始增大，06：00達(dá)到降水頻率的日峰值，隨后降水頻率迅速減小，13：00降水頻率再次增大，18：00—20：00達(dá)到降水頻率的次峰值。降水強(qiáng)度的日變化表現(xiàn)為單峰型，從00：00開(kāi)始緩慢增大，17：00達(dá)到最大，18：00之后降水強(qiáng)度迅速減小。

粵東北地區(qū)（圖1b）降水量從午夜到清晨都較小，04：00到08：00有小幅增加，08：00—11：00降水量有小幅減小，隨后從11：00到16：00降水量迅速增加，16：00達(dá)到日峰值，17：00開(kāi)始降水量迅速減小，在00：00減小至最小值。降水頻率的日變化表現(xiàn)為雙峰型，降水頻率從11：00的最小值開(kāi)始迅速增大，17：00達(dá)到主峰值，隨后降水頻率減小，00：00開(kāi)始降水頻率緩慢增大，07：00達(dá)到次峰值；降水強(qiáng)度的日變化表現(xiàn)為單峰型，04：00降水強(qiáng)度最小，14：00降水強(qiáng)度最大。

粵中地區(qū)（圖1c）降水量的日變化表現(xiàn)出與粵東北相似的變化特征，但各時(shí)次降水量均明顯較粵東北多，且降水量的主峰值出現(xiàn)在16：00—17：00。降水頻率的日變化也表現(xiàn)為雙峰型，主峰值出現(xiàn)在16：00—18：00，次峰值出現(xiàn)在07：00。降水強(qiáng)度日峰值出現(xiàn)在14：00—17：00，00：00降水強(qiáng)度最小，粵中地區(qū)16：00—17：00的降水頻率和降水強(qiáng)度均較大，因此降水量在16：00—17：00也較大。

粵東南地區(qū)（圖1d）降水量從00：00到07：00逐漸增加，07：00到09：00略有減小，09：00再次增加，在14：00達(dá)到最大，14：00之后降水量迅速減小。降水頻率的日變化表現(xiàn)為雙峰型，23：00降水頻率最小，隨后開(kāi)始增大，在07：00達(dá)到主峰值，16：00—18：00是降水頻率的次峰值。降水強(qiáng)度日變化為單峰型，21：00—00：00降水強(qiáng)度均較小，01：00降水強(qiáng)度開(kāi)始增大，14：00降水強(qiáng)度達(dá)到最大，粵東南地區(qū)降水量、降水頻率和降水強(qiáng)度的主峰值均明顯小于其他地區(qū)。

粵西南地區(qū)（圖1e）降水量的日變化表現(xiàn)為00：00到08：00快速增加，08：00到10：00減少，10：00—16：00快速增加，16：00達(dá)到峰值后迅速減小的特征。降水頻率的日變化為雙峰型，兩個(gè)峰值基本持平，分別出現(xiàn)在07：00和16：00。降水強(qiáng)度日峰值出現(xiàn)在16：00，且西南地區(qū)午后的降水強(qiáng)度峰值較其他地區(qū)大。

綜上，降水量的日峰值主要出現(xiàn)在16：00—17：00，其中粵東南地區(qū)出現(xiàn)在14：00；粵西北降水量的日變化表現(xiàn)為雙峰型，清晨降水量達(dá)到次峰值；其他區(qū)域降水量在清晨有不同程度的增大。各個(gè)區(qū)域降水頻率的日變化均表現(xiàn)為雙峰型，其中粵西北和粵東南清晨降水頻率更大；粵西南清晨和午后降水頻率相當(dāng)；粵中和粵東北午后降水頻率更大。降水強(qiáng)度主要表現(xiàn)為單峰型的日變化特征，峰值出現(xiàn)在14：00到18：00。

3 降水日變化的季節(jié)變化特征

圖2給出了各區(qū)域降水日變化隨季節(jié)的變化圖，為了消除降水在各季節(jié)降水量存在的差異，圖中填色部分為各月降水量在00：00—23：00的距平值，正距平表示降水量較大。從圖2可以看出，降水日變化特征在汛期（4—9月）更明顯。

圖2 粵西北（a）、粵東北（b）、粵中（c）、粵東南（d）和粵西南（e）降水量日變化隨季節(jié)變化的距平（單位：mm）

粵西北地區(qū)（圖2a）1—2月降水量日峰值出現(xiàn)在05：00—06：00。3到6月降水量日峰值則表現(xiàn)為隨季節(jié)變化日峰值出現(xiàn)時(shí)間延遲現(xiàn)象，其中前汛期降水主要為鋒面降水，并以層狀云降水為主，降水日峰值出現(xiàn)在清晨到上午，隨著季節(jié)的變化，對(duì)流性降水趨于明顯，降水日峰值出現(xiàn)時(shí)間逐漸延遲。6—9月降水量日峰值（16：00—19：00）出現(xiàn)的時(shí)間比較一致，這是由于該時(shí)期傍晚前后不穩(wěn)定能量較大，有利于對(duì)流降水的出現(xiàn)；從降水強(qiáng)度日變化的季節(jié)差異（圖略）也可以看出，6—9月降水強(qiáng)度在傍晚前后明顯較其他季節(jié)大。

粵東北地區(qū)（圖2b）10月到次年3月降水日峰值出現(xiàn)在01：00—06：00；4到9月日峰值則出現(xiàn)在午后到傍晚時(shí)段，降水日峰值出現(xiàn)的時(shí)間隨季節(jié)的變化表現(xiàn)出延遲特征；6月降水量日峰值出現(xiàn)在14：00—16：00；9月降水量日峰值則出現(xiàn)在18：00—19：00。

粵中地區(qū)（圖2c）11月到次年2月降水量日峰值出現(xiàn)在04：00—08：00；2到4月降水量日峰值出現(xiàn)的時(shí)間也表現(xiàn)出延遲特征；4到9月降水量日峰值則表現(xiàn)為隨季節(jié)有所提前的特征；5和6月降水量日峰值出現(xiàn)在16：00—18：00；7月降水日峰值出現(xiàn)在16：00；8到9月則出現(xiàn)在14：00—16：00。

粵東南地區(qū)（圖2d）10月到次年3月降水量在清晨較大，日峰值出現(xiàn)在07：00—08：00；3到9月降水量大值出現(xiàn)的時(shí)間表現(xiàn)出隨季節(jié)變化先提前后延遲的特征，其中3月降水最大值出現(xiàn)在19：00；5和6月逐漸提前至14：00前后；而7到9月又逐漸延遲至16：00—17：00。

粵西南地區(qū)（圖2e）11到12月降水日峰值出現(xiàn)在05：00；1到3月降水量表現(xiàn)出延遲的特征，日峰值出現(xiàn)在06：00—10：00；4到10月粵西南地區(qū)降水日峰值較一致的出現(xiàn)在15：00—17：00。

總之，不同區(qū)域降水的日變化表現(xiàn)出隨季節(jié)變化提前或推后的特征；不同季節(jié)降水日峰值出現(xiàn)時(shí)間不同，各區(qū)域降水雙峰型的日變化特征主要是由于不同季節(jié)降水日峰值出現(xiàn)時(shí)間不同造成的。

4 結(jié)論

1）大部分站點(diǎn)降水量、降水頻率和降水強(qiáng)度日峰值出現(xiàn)在午后至傍晚，三者在韶關(guān)、清遠(yuǎn)和沿海一些站點(diǎn)與其他地區(qū)有差異；降水量日變化幅度較降水強(qiáng)度略大，降水頻率日變化幅度明顯小于降水量和降水強(qiáng)度。

2）各個(gè)區(qū)域降水頻率的日變化均表現(xiàn)為雙峰型，粵西北和粵東南清晨降水頻率更大，粵西南清晨和午后降水頻率相當(dāng)，粵中和粵東北午后降水頻率更大。各區(qū)域降水強(qiáng)度則表現(xiàn)為單峰型的日變化特征，峰值出現(xiàn)在14：00到18：00。降水量的日峰值主要出現(xiàn)在16：00—17：00，其中粵東南地區(qū)出現(xiàn)在14：00；粵西北降水量的日變化表現(xiàn)為雙峰型，清晨降水量達(dá)到次峰值，說(shuō)明降水強(qiáng)度的日變化對(duì)降水量的日變化的影響更明顯。

3）不同季節(jié)降水日峰值出現(xiàn)時(shí)間不同，各區(qū)域降水雙峰型的日變化特征主要是由于不同季節(jié)降水日峰值出現(xiàn)時(shí)間不同造成的。不同區(qū)域降水的日變化表現(xiàn)出隨季節(jié)變化提前或延遲的特征：粵西北3—6月、粵東北4—9月、粵中2—4月、粵西南1—3月降水量日峰值出現(xiàn)時(shí)間均表現(xiàn)為隨季節(jié)變化延遲的現(xiàn)象。另外，粵西南4—10月降水日峰值較一致的出現(xiàn)在15：00—17：00；粵東南3—9月降水量日峰值出現(xiàn)時(shí)間表現(xiàn)出隨季節(jié)變化先提前后延遲的特征。