有关中国西南部四川盆地及周边地区雨季降水的研究外文翻译资料

 2022-12-04 15:08:00

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有关中国西南部四川盆地及周边地区雨季降水的研究

QIAN Ting-ting

中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室，北京

ZHAO Ping

中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室，北京

南京大学气象灾害预报与评估协作创新中心，南京信息工程大学，南京

ZHANG Fuqing

美国宾夕法尼亚州立大学宾夕法尼亚州立大学气象系，美国 宾夕法尼亚州

BAO Xinghua

中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室，北京

(投稿于2013年5月15日，定稿于2014年9月4日)

摘要: 利用高时空分辨率卫星降水资料，研究四川盆地（SCB）和邻近山区的夏季雨季（2003至2010年）平均降水的空间变异性和日变化。SCB位于青藏高原东部，易发生强降水，多产生于夜间和清晨。SCB上空的大范围环流背景在雨季期间表征为，青藏高原背风坡和北部对流层高空急流向低中低层辐合减弱。在这种配置下，此次将降水模式和传播的日变化与该地区独特的地形相联系起来进行研究。研究发现，在雨季，四川盆地从白天到夜间日最大降水量的最大值出现在下行坡和东南走向；从傍晚到清晨，次高值向云南-贵州高原的东北侧下坡向四川盆地移动。由于该盆地与周围山脉之间的地形高度差异较大，因此四川盆地及邻近地区降水的移动与多个区域尺度的山地螺线管紧密相关。

1 引言

四川盆地（SCB）地处中国西南地区，是世界上人口最多的地区之一，人口超过1亿。它位于青藏高原（TP）（世界上最高的山脉）以东，云贵高原（YGP）以北，乌山山脉（WuM）以西，大巴山脉以南（DaM）。由于四川盆地独特的地形特征，该地区在温暖的季节易发生频繁的强降雨事件，这往往会引发致命的洪水和山体滑坡，造成严重的人员伤亡和惨重的经济损失。例如发生于2010年7月15日至26日（14人死亡，11人失踪）和2013年7月7日至12日期间长期持续的暴雨事件（31人死亡，160人失踪）。

先前的研究表明，TP和SCB的降雨峰值通常发生在傍晚或午夜（Yanai和Li 1994[1]; Yu等2007[2]; Yin等2009[3]）。一些研究发现，TP和SCB上的夏季降水往往是由中国东南部附近的中尺度气旋（称为西南涡）、东亚地区的西风带、切变线和锋面引起的（Jiao et al.2005[4] ; Xiao和Chen 2010[5]）。另有研究人员提出，SCB地区的降雨可能直接来自TP（Jiang and Fan 2002[6]; Wang et al.2004[7]; Yang and Tao 2005[8]; Yang and Smith 2006[9]; Bai et al.2008[10]）。例如Wang等人[7]（2004）指出，青藏高原东部附近的对流通常在下午或傍晚达到高峰，然后向东传播。Bai等人[10] （2008）也研究了SCB上的夜间降水与源自TP的东传波对流系统之间的联系。Wang等人[11]（2005）和Johnson[12]（2010）讨论了东部至南部的降水的东南向传播和从到南部沿海的东北方向的传播机制。

最近，鲍等人[13]（2011，以下简称BZS 11）利用高分辨率卫星估算探索了中国东部暖季降水的日变化。他们发现东部地区的平均降水日高峰开始于下午，并向东扩展至平原。他们的动力分析进一步表明，由于山脉和平原（或海洋）之间热力性质的差异，昼夜降雨的传播与多个热力驱动的东西部山脉平原螺线管（MPS）有关。下午，MPS的上行分支出现在高地斜坡上，下行分支出现在平原上。然而在午夜，下行分支出现在高地的山坡上，上行分支出现在平原上。向上分支可以增强当地降水的昼夜高峰。中国和美国其他山区也出现类似的降雨特征（Zhang和Koch，2000[14]; Koch等，2001[15]; Yang和Slingo，2001[16]; Carbone等,2002[17]; Chen等，2008[18]; He and Zhang 2010[19]; Huang等，2010[20]; Trier等，2010[21]）。

作为BZS11的后续，本次研究着眼于探索SCB和邻近山坡的暖季降水的日变化和传播，与该地区独特的盆地地形和大尺度流动模式之间的关系。研究重点为地形坡度的不同取向（不完全是由于BZS11假设的东西向）以及下游山脉的存在对昼夜降雨峰值演变的影响。沿着经线，即沿BZS11的时间-经度图（即沿纬向）表明，昼夜降雨峰值以东南向以近似恒定的速度从TP传播到SCB，然后传播到平原。He和Zhang（2010）[19]的研究考察了区域MPS对华北地区的影响，此次也是对其的补充研究。

在第2节中，我们将划定研究区域以定义SCB中的“雨季”，并描述所用数据和方法。第3节研究雨季昼夜降雨的各种特征，包括降水的传播和日变化。第4节研究了大尺度环境和多种热力驱动的区域尺度MPSs对雨季降水的影响。我们将在第5节中给出总结和讨论。

2资料及分析方法

图1a显示了中国西南地区的地图，海拔以阴影显示。研究的重点区域是标记为ABHG和DFNM的重合区域。根据赵等人（2010）[27]的研究，我们使用1960 - 2000年期间雨量站测得的日降水量从气候学角度定义了雨季。图1b显示了SCB内所有可用雨量计的侯平均（五天）时间序列。对于这一区域，年平均降雨率为1.7毫米/21天。我们将SCB雨季定义为侯平均降雨率超过3 mm / 21d的时间区间，从6月20日开始到9月11日结束。

图1.（a）平行四边形ABHG和DFNM中突出的地形高度，其中东部的TP，SCB，SCB东部的WuM，SCB南部的YGP，SCB北部 的DaM。黑色轮廓适用于1000米的地形高度。（b）气候（1960-2000）和区域（SCB）系列5日平均降雨量（mm day21），其中水平黑色实线代表日降水的年平均值。灰色阴影表示雨季。

其余地区我们将使用通过气候预报中心网格技术（CMORPH;乔伊斯）的水平网格间距约为8公里、时间间隔为30分钟的降水产品，该时间间隔来自若干低轨道卫星微波数据等。CMORPH降水估算已被用于调查中国的降水特征[8,10]（He and Zhang 2010; Shen et al。2010; BZS11）。他们的结果表明，CMORPH估算非常适合于研究中国暖季降水的详细空间格局和时间变化，包括本研究中的SCB重点区域。

为了更好地理解大尺度流场和区域尺度环流，我们还使用了国家环境预测中心（NCEP）最终（FNL）运行的大气温度、位势高度、风和相对湿度全球分析数据集（http://rda.ucar.edu/ datasets / ds083.2）。FNL数据集的经度和纬度水平网格间距为1° 1°，包括垂直网格的表面水平和26个压力水平。FNL每天有四次。

8年（2003-10）的平均值被用来研究降水的日变化、大尺度环境以及重点地区的大范围流域大气环流。为了更好地表示地形对SCB降水（及其日变化）的影响，在Ahijevych等人的基础上，应用了具有与地形坡度直接垂直的平均截面的偏斜坐标，（2004）和贺和张（2010）。沿着线BH（图1a）的横截面是从平行四边形ABHG中的平均方向平行线CD的偏斜坐标获得的。

3降水的日变化特征

图2a显示了月平均降水的空间分布情况，平均总降水量（从2003年到2010年）超过SCB以及来自CMORPH数据集的雨季的周边地区。月平均降雨量几乎整个盆地都在140毫米以上，月最高量超过200毫米[21]，位于西南角（在YGP的中间部分/东北部以及背景为TP），而在盆地东南侧。在TP的大部分背风坡和YGP背斜坡的西北部，月降水量超过140毫米，在两个地形坡度上的一些局部地区，其值大于210毫米。

图2（a）雨季期间平均月降水总量（毫米）的分布。 黑色轮廓适用于1000米的地形高度。 蓝色平行四边形区域是焦点区域。（b）雨季平均总降水量的昼夜贡献的百分比（BZS11中定义）。

图2b显示了按照BZS11和He和Zhang（2010）所述的计算方法计算的雨季总降水日均贡献的百分比。昼夜百分比（DP）在BZS11中定义为

其中rt是每小时的平均降雨率，r是每小时平均降水率，rd是平均日降水量。降水日变化对重点区域（此次主要研究目标）的重要性显而易见：占有三分之二面积的SCB西南部，在雨季期间的降水总量中有近50%来自日照，其中TP和YGP的大部分斜坡的所占的百分比甚至更高。昼夜因素对乌巴山脉上游斜坡的贡献迅速减小。

图3显示了在北京时间1400（BJT，比UTC早8小时）开始的每3小时的SCB和周边地区雨季降水的平均日变化周期。当地降雨量最大值出现在东经100°E东侧东部正午（比BJT后2 h）的东坡上; 前一天的剩余日降水量位于SCB的东北部一半（图3a）。在早午之后，TP的东部斜坡上的日降水量随着面积覆盖的加大和强度的增强而增加，高峰降水线向东北-西南方向移动，向SCB西部边缘滑动下坡（图3b）。与此同时，SCB的东南侧出现了一个短暂的短期二级降水峰值，表明上升降雨开始的可能性与独立于原始峰值（这引发了TP的下坡）无关。

图 3.雨季平均降雨量的分布（阴影间距为0.2 mm h21，大于0.2 mm h21）

（a）1400，（b）1700，（c）2000，（d）2300，（e）0200，（f）0500，（g）0800和（h）1100 BJT。 黑色轮廓适用于1000米的地形高度。

TP东部斜坡的初级昼夜降水峰值在2000BJT附近开始到达SCB西部，此时又出现了另一个准独立的次生降雨最大值，这让SCB向YGP的下降坡方向移动（图3c）。这两个昼夜降水最大值在傍晚（2300BJT;图3d）重合，覆盖了SCB的西半部。从午夜到清晨，整个SCB区域昼夜降水盛行，而TP斜率先行消失，其后YGP斜率也随之消失（图3e-g）。 最终到深夜，昼夜降水减弱并退到南部海域的东北部（图3h）。

从上述分析得到一个特别的发现，昼夜降雨从TP的东部向东南方向于下午移动至SCB，但是在夜间不会继续向东南或向东方传播穿过SCB。这可以在图2a中看到，就SCB东部的总降雨量而言，在图2b中以昼夜贡献百分比表示，而在图3中以昼夜峰值地图的时间演变分配表示。

图4显示了盒装焦点区ABHG（从图1中的TP到SCB）沿上游地形坡度的平均综合分析。在这种复合体中，昼夜峰值在1400到2000 BJT中位置几乎相同（在TP的东部边缘）且持续存在，但是从0200到0800BJT转变为在盆地中心附近持续存在。这种相当不连续的昼夜峰值演变可以在图5a中更清晰地看到，图5a显示了沿这个地形坡度的雨季平均降雨的组合时间-距离Hovmouml;ller图。值得注意的是，在这个斜坡上有两个明显的不连续点：一个为深夜降水日变化峰值信号向TP斜坡(近600km)东南方过渡，另一个几乎突然终止 SCB东侧的东南向传播（近1000 km;上面讨论的图3）。

图 4. 1400（蓝色虚线），2000（紫色虚线），0200（红色实线）和0800 BJT（黑色虚线）的地形高程（黑色实线）和小时平 均降雨量（mm h21） 沿着西北-东南（平行线BH）方向平均在雨季的盒装焦点区ABHG上。 垂直粗线用于DM（左）和FM（右）线。

这些不连续性是当前研究的一个独特发现。与BZS11相比，该研究重点关注SCB和周边地区的地表降水峰值降水局部演变，仅检查了composite 沿纬向（东西）方向平均。为了直接与BZS11比较，我们再现了图5b中纬度278和358N之间的雨季平均降雨量的复合时间距离Hovmler图，该图显示了昼夜降水峰值向东传播到TP的东边且具有相当的连续性。很显然，这种纬度平均的日降雨量综合体并不代表该地区日降雨量的真正的东北向进展; 相反，这里采用的倾斜坐标（图5a）更好地捕捉与地形有关的不连续性[1]。

尽管如此，两种复合体之间的比较表明，最强的降水在夜间转移到背风侧（图5a），但大尺度中层卫星的转向流也可能对观测到的东向传播有重要贡献（图5b），如下所述（见图6）。

图5.雨季平均降雨量的时间距离Hovmouml;ller图（mm h21），其中为了清晰起见循环重复两次。（a）沿着西北-东南（平行线BH）方向在盒装焦点区域ABHG上平均。垂直粗线用于线（左）DM和（右）FM。（b）沿纬度278-358N之间的平均截面。

图 6（a）平均500 hPa位势高度（低纬等高线间距51，高纬度等高线2;单位为gpm）和200 hPa高空急流大于26 m s21（阴影区域;等高线间隔 5 2 m /21s;最大风速5 35.1 m /21s）雨季。 蓝色的轮廓是国家地图。紫色的paral-lelograms是重点区域。（b）研究区平均500 hPa位势高度（等值线），700 hPa正相对涡度（阴影）和500 hPa水平风（矢量）。

4 昼夜

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