新疆昌吉市主汛期降水的日变化特征

黄秋霞，方雯，王春燕，田喜凤

（昌吉州气象局，新疆昌吉 831100）

新疆昌吉市主汛期降水的日变化特征

黄秋霞，方雯，王春燕，田喜凤

（昌吉州气象局，新疆昌吉 831100）

基于昌吉市2009—2015年逐时自动降水资料，分析了主汛期（5—8月）降水的日变化特征。结果表明，降水主要集中在夜间21:00至翌日03:00，最大值出现在00:00，最小值出现在14:00；逐时降水频次为明显的单峰型，降水易发生在21:00至翌日08:00，降水频次的高峰值出现在01:00，降水最不易产生于午后14:00—18:00；降水强度变化的波动性较大，大值区出现在21:00至翌日02:00和15:00—19:00，最高值出现在18:00，最低值出现在03:00—08:00；在≥0.1 mm、≥1 mm和≥3 mm的逐时降水频次中，夜间降水频次较白天高，≥0.1 mm的降水出现次数较多；降水主要以夜雨，且以短时间（1～4 h）的降水为主，贡献率最大的是持续7 h的降水。

主汛期；日变化；降水频次；降水强度；昌吉市

随着研究气候变化的工作趋于细致深入，诸多学者开始关注日降水资料，甚至是逐时降水资料，并开展了很多研究[1-4]。降水日变化是地球气候系统的基本演变模态之一，具有很大的时间和空间变化，作为气候系统中最基本的变化形式，已成为检验数值模式正确性的关键[5]。降水强度和频率的变化对地表水文有很大的影响，其日变化的改变亦可以调节地表温度变化，对了解降水形成机理，评估区域气候特征和改进气候模式性能方面都有很重要的作用[6-7]。公众气象服务和决策气象服务对精细化天气预报有着迫切的要求，因此，研究逐时降水对降水的预报越来越有参考价值。

观测事实表明，夏季降水的日变化存在显著的时空分布不均，其中东北和华南地区日降水峰值出现在傍晚，青藏高原东部出现在午夜[8]，西南部年平均降水日变化表现为凌晨为主峰值和下午为次峰值的双峰型特征，降水频次峰值出现在凌晨，谷值出现在正午，降水强度则在午后至午夜增强，四川、重庆和贵州部分地区的夜雨频繁，云南以昼雨为主[1，6]。我国西北地区1954—2003年近50 a来降水强度、频率和总降水量变化趋势中，西北西部年降水频率呈增加趋势，年平均降水强度也呈增强趋势，而东部地区年平均降水强度增强，年降水频率呈显著减少趋势[9]。北京市夏季降水发生了结构性调整，短持续性降水的降水总量逐步增多，而长持续性降水事件的降水总量大幅度减少[2]。

新疆降水稀少，处于典型的内陆干旱气候区，水资源主要来源于高海拔的山区降水[10-12]。有关新疆降水方面的研究主要集中月、季、年等相对较大的时间尺度上，且有关降水的日变化方面的研究很少。有研究表明，夏季印度降水变化与其西北侧的西亚—中亚地区对流层平均温度呈显著正相关，与新疆夏季降水呈反相关的关系，新疆夏季降水的区域性差异明显，其平均降水量最接近于南疆干旱少雨的气候特征[13-14]。新疆极端降水强度无显著变化，极端降水频次显著增多导致极端降水量的显著增加[15-18]。新疆北部夏季强降水呈增多、增强趋势，天山山区和伊犁河谷尤为显著[19]。新疆多年平均的降水量为夜大于昼，且昼、夜降水量均呈显著增加趋势；昼降水日数小于夜降水日数，且两者降水日数都呈现增加趋势，昼降水日数增加趋势大于夜降水日数；夜雨区分别位于西天山北坡和西昆仑山北坡，昼雨区位于阿尔泰山南坡和天山南坡等地[20-21]。喀什市日降水集中在20时至翌日06时，以1～3 h的短时降水为主，小雨、中雨、大雨降水过程最易发生在前半夜[22]。随着极端降水频次显著增加，且对降水量贡献呈增大趋势的背景下，需进一步研究降水的日变化特征，为进一步提高降水预报准确性提供参考价值。本文选取处于天山北麓、准噶尔盆地南缘的昌吉市佃坝乡站2009—2015年逐时降水资料，对主汛期降水量、降水频次、强度和降水不同持续时间进行全面分析，以深入了解天山北坡首推城市的降水特征。

1 研究区概况

昌吉市佃坝乡属于昌吉回族自治州昌吉市，位于天山北麓、准噶尔盆地东南缘，总面积105.4 km2。昌吉市佃坝乡为广袤的冲积平原，此区域为横亘南部天山的北坡，属中温带区，为典型的大陆性干旱气候，具有冬季寒冷、夏季炎热、昼夜温差大的特点，年总降水量183 mm，年平均温度7.6℃，无霜期170～185 d。观测站四周为大片农田和农村居民区，海拔高度为515.7 m。

2 资料和方法

本文所使用的气象数据来源于昌吉市国家一般气象站，位于昌吉市佃坝乡，经降水自记纸记录，数字信息化处理后所得到的逐小时降水数据，在数字信息化处理过程中，已对数据进行了人工检验，实现了数据的质量控制。该数据选取2009—2015年主汛期（5—8月）降水较为充沛的时段来研究昌吉市逐时降水的变化特征，所用时间为北京时间。

分析过程中，小时降水量≥0.1 mm的时次判定为有降水发生，并分时次对降水进行累加，得到逐小时累积降水序列，并分析降水频次、降水强度、不同持续时间降水量和贡献率等。为了更客观地判断降水的持续性，只有当某一降水时次之后连续2 h没有降水时，才判定一次降水过程的结束，并将一次降水事件开始至结束间的小时数定义为其持续时间。降水频次是指在统计时间段内所发生的降水总次数，降水量与降水频次之比为降水强度[2]。

3 降水的日变化特征分析

3.1 降水的日变化特征

利用2009—2015年昌吉市主汛期降水资料，计算了逐时累积降水量（图1）。可以看出近7 a昌吉市逐时累积降水量呈明显的波动性，夜雨降水量明显大于昼雨降水量，21:00—03:00降水量大于平均值，占总降水量的42.62%，降水量低值区出现在午后14:00—17:00，占总降水量的9.36%。降水量最大值出现在00:00，为41.3 mm，其次为02:00的36.2 mm；最小值出现在14:00，为9.3 mm。可以看出，逐时累积降水中，降水量较大的时段主要出现在夜间21:00—03:00，午后降水量较小。

通过对5—8月逐月降水量日变化进行分析，发现，5月、6月逐时累积降水量的变化趋势与5—8月一致，均为夜间降水量多于昼间降水量，其中21：00—03:00时段的降水量占总降水量的48%和55%，最大降水量均出现在00:00，最小降水量分别出现在16:00和12:00；5月累积降水量存在双峰特征，次峰出现在09:00—12:00，降水量占总降水量的24%。7月、8月累积降水量呈明显的波动性；7月仍为夜雨降水量（69%）多于昼雨量（31%），最大降水量出现在05:00，最小降水量出现在16:00；8月逐时降水量昼夜差异不明显，最大降水量出现在02:00，最小值出现在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）。

图1 昌吉市主汛期逐时降水量累积日变化

3.2 逐时降水频次和降水强度的日变化

从昌吉市累积日降水频次分布来看（图2a），逐时降水频次特征表现为明显的单峰型。一天中降水最易发生在21:00—08:00，即夜雨的发生频次大于昼雨，该时间段降水发生次数为395次，占日降水总次数的64.54%；降水频次的高峰值出现在01:00，达41次，降水最不易产生的时间段为午后14:00—18:00，占总降水频次的11.11%。从逐月降水频次分布的分析来看，5—8月逐时降水频次分布与总降水频次相似，均为夜间大于昼间，午后降水频次较小，其中5月和6月降水频次的高峰值均出现在01:00、02:00和01:00；7月降水频次的高峰值出现在04:00；8月降水频次高峰值为06:00，可见，逐月降水频次的高峰值呈逐时后推的趋势。

图2 昌吉市主汛期降水频次（a）和降水强度（b）日变化

通过对主汛期降水强度的日变化特征来看（图2b），降水强度的波动性较大，呈多个峰值。降水强度的大值区出现在21:00—02:00和15:00—19:00；最高值出现在18:00，对比累积降水量来看，18:00的降水量偏少；其次为00:00，00:00的降水量为峰值，可见00:00的降水量和雨强均较大。降水强度最低值出现在03:00—08:00，此时间段的累积总降水低于平均值。

从降水强度和多年累积降水量的相关性分析来看，相关性为0.30，降水频次和多年累积降水量呈显著正相关，相关性为0.76，较降水强度和多年累积降水量的相关性较高。

由于西北地区干旱少雨，新疆气象局根据本地气象业务部门的标准，按小时降水量≥0.1 mm、≥1 mm和≥3 mm的标准分类（小时降水量≥0.1 mm作为一次微雨的标准，小时降水量≥1 mm作为一次小雨的标准，≥3 mm作为一次小到中雨以上的量级标准）作逐时降水频次统计[23-24]。从图3可以看出，≥0.1 mm的降水出现次数较其他量级多，从23:00—03:00上是一个降水频次上升的趋势，其中，03:00的频次最高，为28次，此后降水次数呈明显的下降趋势，18:00达最低，整体来看≥0.1 mm量级的夜间的降水频次较白天高。≥1 mm量级的降水频次变化趋势与≥0.1 mm相似，也为夜晚降水次数较白天多，其中23:00—01:00为降水频次的高峰，频次最高出现在01:00，最低值出现在15:00。由于降水强度达到≥3 mm量级的很少，与其他量级不同，逐时降水频次有出现0的情况，可以看出≥3 mm量级的降水变化趋势平缓，降水频次较小，最大在02:00，为4次。

图3 各级降水逐时频次分布

3.3 不同持续时间降水的日变化及昼夜分布特征

从不同持续时间的多年降水频次可以看出，降水主要以短时降水为主，随着降水持续时间的增加，降水次数不断减少。其中，持续1、2、3、4 h的降水分别为55、33、23和24次，共135次，分别占到总降水次数的31.07%、18.64%、13%和13.56%，持续1～4 h的降水次数占降水总次数的76.27%；5、6、7和8 h的降水次数分别为9、8、9和6次；持续时间8 h以上的降水频次较小，在1～3次之间。

从不同持续时间降水量的贡献率来看，降水贡献率存在多个峰值，分别有4、7和13 h。贡献率最大的是持续7 h的降水，有16.01%的贡献率，其次为持续13 h的降水，其降水量贡献率为13%，其中持续3、4、5、6、7、8和13 h的降水贡献率高于平均值。降水量贡献率最小的为12 h，其贡献率为1.76%。可以看出，持续1 h的降水虽然降水频数最高，但贡献率不是最大；长持续时间的降水频次不大，但个别持续时间的降水贡献率较大。

从昌吉市多年降水发生时段来看，昼雨（08:00—20:00）共发生59次，夜雨（20:00—08:00）共120次，总降水次数为179次，昼雨占总降水过程的32.96%，夜雨占总降水过程的67.04%，说明昌吉市近几年的降水主要是夜雨，且以短时间的降水为主。

图4 昌吉市主汛期降水持续时间最长（a）和降水量最多（b）的降水过程分析

图4是昌吉市2009—2015年降水过程中持续时间最长（22 h）和单次降水过程降水量最大（26.6 mm）的2次降水过程，分别发生在2009年5月25—26日（图4a）和2011年8月27—28日（图4b）。从降水持续时间最长的过程来看，降水刚发生的4 h波动性较小，5:00—13:00的降水波动较大，18:00、21:00和1:00是整个降水过程中降水量最大的时刻，为1.6 mm，20:00是降水量最小的时刻，为0.1 mm；13:00—22:00降水量的波动性减小，且降水量较小。从整个降水过程来看，降水初期降水量较小，中期降水量变化波动性较大，且降水量较大，后期降水量减小，波动性减小。从过程降水量最多的时段来看，初期降水量较后期大，16:00—20:00降水呈逐渐减小趋势，16:00降水量最大，为8.2 mm，17:00—20:00降水量变化平缓，21:00降水量最少，为0.2 mm，可以看出降水前期波动性较大，中期变化平缓，后期逐渐减小。

4 结论

昌吉市累积逐时降水量呈明显的波动性，夜雨降水量明显大于昼雨量，降水量最大值出现在00:00，最小值出现在14:00；逐时降水频次特征表现为明显的单峰型,一天中降水最易发生在21:00—08:00，降水频次的高峰值出现在01:00，降水最不易产生的时间为午后14:00—18:00；降水强度的波动性较大，呈多个峰值，大值区出现在21:00—02:00和午后15:00—19:00；最高值出现在18:00，其次为00:00，00:00的降水量为峰值，可见00:00的降水量和雨强均较大，最低值出现在03:00—08:00，此时间段的累积降水量低于平均值。各级降水中，≥0.1 mm的降水出现次数较多，各量级的降水表现为夜间的降水频次较白天高。降水频次和降水强度均与多年累积降水量成显著的正相关关系。

昌吉市降水主要以短时间降水为主，随着降水持续时间的增加，降水次数不断减少；降水贡献率存在多个峰值，贡献率最大的是持续7 h的降水，其次为持续13 h的降水，降水量贡献率最小的为12 h。近7 a的降水主要以夜雨，且以短时间的降水为主。从降水个例来看，降水持续时间最长和降水量最大的2次过程，前期和中期降水量均存在较大的波动性，后期降水量变化平缓。

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

HUANG Qiuxia，FANG 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

新疆气象局科学技术研究项目“基于EC细网格数值预报产品的昌吉州乡镇短期要素预报方法研究”资助。

黄秋霞（1989-），女，工程师，主要从事短期天气预报与气候变化研究。E-mail：huangqiuxia0718@163.com

黄秋霞，方雯，王春燕，等.新疆昌吉市主汛期降水的日变化特征[J].沙漠与绿洲气象，2016，10（6）：19-23.