（气象学专业论文）中南半岛和我国华南夏季降水日变化的观测分析与数值模拟.pdf

中文摘要 利用t r m m ( t r o p i c a l r a i n f a l lm e a s u r i n gm i s s i o n ) 3 8 4 2 r t 和3 g 6 8p r1 9 9 8 2 0 0 5 年8 年的观测资料，考察了中南半岛和我国华南夏季( 6 - 8 月) 降水日变化的特征，结论表明： 陆地上平原地区和远海海面降水主要出现在1 6 1 9 l s t ：沿海海面降水主要出现在 0 7 1 0 l s t 。降水在白天由沿海分别向内陆和远海海面传播；夜间，降水从远海海面向沿海 地区回传，但没有发现内陆向沿海地区回传。陆地上一些地形区域如长山山脉西北侧迎风 坡、青藏高原东南侧迎风坡、四川盆地的降水主要出现在凌晨，不同于其他内陆区域。同 处于长山山脉西侧迎风坡的两个区域明显表现出不同的降水日变化特征，四川盆地和高原 东南侧两地的降水最大值出现时间不同于其他内陆区域，其原因都与降水的传播有关。 利用美国夏威夷大学国际太平洋研究中心的区域气候模式( i p r c r e g c m ) 对中南半 岛降水日变化进行了数值模拟。设计了控制试验( c n t r l ) 和去除中南半岛地形的敏感性试 验( n o - t o p ) 方案，通过对c n t r l 和n o - t o p 试验结果的对比，揭示了地形强迫对局地环 流，降水分布日变化及降水传播的影响。 模拟结果表明：c n t r l 试验很好地模拟出了降水日变化和降水由沿海向内陆的传播， 但没有能模拟出由沿海海面向远海的传播及回传的过程；模拟出了长山山脉西侧降水由南 向北的传播，清楚地揭示出长山山脉西侧南北两个区域的降水明显存在一定的关系。去掉 了地形后，低层流场，降水量和降水日变化分布都发生了显著的改变。中南半岛西侧沿岸 早上的降水，仍存在日闯向内陆的传播，但降水大大减少；而长山山脉西侧不再存在降水 的传播特征。 通过c n t r l 和n o - t o p 试验结果的对比发现，中南半岛西侧沿海的降水日变化受海 陆差异和地形强迫的共同作用，长山山脉西侧的降水日变化主要是受地形的影响。陆地上 的降水日变化以及降水传播主要是由太阳辐射日变化和海陆差异引起的，但地形与大尺度 流场的相互作用能够改变降水日变化的分布特征。地形通过对低层平均气流的阻挡和偏转 作用，引起垂直速度，云量，水汽通量混合比和云水混合比的变化，增加了低层的水汽辐 合，从而影响降水的分布。陆地上地形的存在和分布调整了降水日变化分布的一般特征， 这使得陆地上山脉、盆地和峡谷等地形迎风区出现明显不同的降水日变化特征。 i 关键词：t r m m 卫星观测资料，降水日变化，地形，降水传播，i p r c - r e g c m ，数值模拟 i i a b s t r a c t t r m m ( t r o p i c a lr a i n f a l lm e a s u r i n gm i s s i o n ) s a t e l l i t eo b s e r v a t i o n s3 8 4 2 r ta n d3 g 6 8 a v e r a g e df o rj u n et oa u g u s td u r i n g1 9 9 8 2 0 0 5a r eu s e dt oi n v e s t i g a t ed i u r n a lv a r i a t i o n so f s u m m e rr a i n f a l lo v e ri n d o - c h i n ap e n i n s u l aa n ds o u t ho fc h i n a c o n c l n s i o n sa r ca sf o l l o w s ： p r e c i p i t a t i o n so v e rf l a tl a n do fi n d o - c h i n ap e n i n s u l aa n do f f s h o r er e a c ht h e i rp e a k sa t 1 6 1 9 l s tw h i l ea t0 7 - - 1 0 l s to v e rt h ec 筑a la r e a s r a i n f a l lp e a k sm i g m mf r o mc o a s t a l 田铘 s e p e r a t e l yt ot h ei n l a n da n do f f s h o r ei nt h ed a y t i m e ，a n dm i g r a t i o n f r o mo f f s h o mt oc o a s t a la r e a s i nt h en i g h t t i m ei sf o u n d , b u tf r o mi n l a n dt oc o a s t a la r e a si sn o tf o u n d a n dp r e c i p i t a t i o n so v e r t h er e g i o n sw i t ht e r r a i n , s u c ha st h en o r t h w e s t e r nw i n d w a r ds i d eo ft h ea n n m nc o r d i l l e r a , t h e w e s to fs i c h u a nb a s i n , t h es o u t h e a s ts i d eo f t i b e tp l a t e a ur e a c ht h e i rp e a k si nt h ee a r l y - m o r n i n g , w h i c hi sc o n t r a s tt ot b 越i nt h el a n dr e g i o n s t w oa r e a so l lt h ew i n d w a r ds i d eo ft h ea n n a m c o r d i l l e r as h o wg r e a td i f f e r e n c ei nt h ed i u r n a lv a r i a t i o no f r a i n f a l l ，a n dt h ew e s to f s i c h u a nb a s i n a n dt h es o u t h e a s ts i d eo ft i b e tp h t n us h o wg r e a td i f f e r e n c ei nt h ed i u r n a lv a r i a t i o nw i t ha n y o t h e rl a n dr e g i o n s ，w h i c hm a yl i ei nm i g r a t i o no f m i n f a l l a n dt h e nn u m e r i c a ls i m u l a t i o n sa r em a d eo l lt h ed i u r n a lv a r i a t i o no fr a i n f a l lo v e r i n d o c h i n a p e n i n s u l a 峭i i 培t h e i p r c r e g c m v l 2 t h e a b o v e f e a t u r e sa r es i m u l a t e dr e a s o n a b l y w e l li nac o n t r o le x p e r i m e n tw i t ht h eh i g h - r e s o l u t i o nm o d e l as e n s i t i v ee x p e r i m e n tw i t ht h e t e r r a i nr e m o v e do v e ri n d e c h i n ap e n i n s u l ai sc o n d u c t e dt oe x a m i n et h er o l eo fo r o g r a p h i c f o r c i n gi nt h ed i u r n a le v o l u t i o no fb o t ht h el o c a lc i r c u l a t i o na n dr a i n f a l lp a t t e r n s t h ed i u r n a l c h a r a s t e r a s t i c so f l o wf l o wa n dp r e c i p i t a t i o nc h a n g ew i t ht h et e r r a i nr e m o v e d c o m p a r i n gr e s u l t s f r o mt h et w oe x p e r j m e n t s i ts h o w s1 l l md i u r n a lv a r i a t i o n so f r a i n f a l li nt h ew e s t e r nc o a s ? , a la r 嘲 o fi n d o - c h i n ap e n i n s u l ai si n f l u e n c e db yl a n d - s e ac o n 台a s ta n dt e r r a i nf o i n gw h i l e0 1 1 ei nt h e w i n d w a r ds i d eo f t h ea u n m nc o r d i l l e r ai sm a i n l yc a u s e db yt o n a l nf o r c i n g s o l a rr a d i a t i o na n d l a n d s e ac o 口缀r e a l l yc o n t r i b u t et ot h ed i u r n a lc h a r a c t e r a s t i c so v e rt h el a n dw h i l e i n t e r a c t i o n s b e 阳nt h r a i na n dt h em e , a nf l o wc a nm o d i f yd i u r n a lc t i c s t h eo r o g r a p h i cf o r c i n g a f f e c t st h ed i u r n a lp r e c i p i t a t i o nt h r o u g hi n c r e a s i n gt h em o i s t u r ec o n v e r g e n c ea tl o wl e v e l sb y m b l o c k i n ga n dd e f l e c t i n gt h em 啪f l o wt oc u ev e r t i c a lv e l o c i t y , c l o u da m o u n t , m i xr a t i o so f w a t e rv a p o ra n dc l o u du q 试dw a t e r t e r r a i n sm o d i f yc o m m o nc k 哦c e 】f a s t i 馏o fd i u m a lr a i n f a l l o v e rt h el a n d , w h i c hc a u s e sd i f f e r e n td i u r n a lc h a r a c t e r a s f i c si nt h ew i n d w a r ds i d eo f c o a s ta r e a s , m o u n t a i n sa n db a s i n s 1 畸w o r d s ：t r l v i b ts a t e l l i t eo b s e r v a t i o n s ，d h n a lv a r i a t i o n so fr a l n f a l 。t e r r a i n ，r a i n f a l l m i g r a t i o n , i p r c - r e g c m , n u m e r i c a ls i m u l a t i o n i 、， 学位论文独创性声明 本人郑重声明： 1 、坚持以。求实、创新。的科学精神从事研究工作 2 、本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究 成果。 3 、本论文中除引文外，所有实验、数据和有关材料均是真实的 4 、本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或其它机构 已经发表或撰写过的研究成果 5 、其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表示 了谢意。 作者签名；邑细 日期：圣塑l ：5 学位论文使用授权声明 本人完全了解南京信息工程大学有关保留、使用学位论文的规 定，学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论 文的电子版和纸质版；有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制 并允许论文进入学校1 1 1 t 书馆被查阅；有权将学位论文的内容编入有 关致据库进行检索；有权将学位论文的标题和摘要汇编i t t 版保密 的学位论文在解密后适用本规定 作者签名； 吕麴 日期：型f ： 第一章引言 气候变化己成为世界各国科学家和政府普遍关注的重要问题。其中，全球变化对恶劣 天气和极端气候事件的影响尤为受到重视。在全球气候系统中，由于太阳的辐射变化，最 基本的变化形式是日变化和季节变化。日变化作为最基本的气候变化形式，已经成为检验 一个数值模式正确性的关键。正确地模拟日变化振幅和位相不仅可以为大气模式参数化提 供理想的试验基础，而且为研究海洋表面，边界层和自由大气的相互作用同样提供了重要 依据。云和降水的模拟及预测一直是气候模式的难点，是提高气候模式观测模拟能力的关 键。揭示热带云和降水的日变化与长期气候平均和变率的关系，正确地模拟云和降水日变 化为大气模式中各种物理参数化方案的选择提供了一个重要的测试手尉“。 而且降水具有很大的空问和时间的变化，是较难测量的大气参数之一；大量降水所释 放的凝结潜热也是驱动全球大气环流的一个重要能量来源1 2 】。对于集中地球上三分之二降 水的热带地区，研究其降水的时间和区域变化也有助于进一步了解全球能量和水循环系统， 并且对大尺度的能量和水循环例如亚洲季风系统的研究也有重要影响。 1 1 国内外关于降水日变化研究的现状与进展 长时间以来，国内外学者一直对热带地区云和降水日变化的研究有所关注，做出了大 量的研究成果。研究表明h 川，对流和降水的日变化主要是与太阳加热有关，但是这种日变 化也表现出很明显的区域性和季节性，并在很大程度上受大尺度环流和区域性强迫的影响， 例如海陆差异和地形强迫作用。热带地区陆地上的降水峰值出现在下午和傍晚，而临近海 岸的海面降水峰值出现在凌晨m 。n i t t a 等f i 。l 和o h s a w a 等发现在亚洲季风区的几个区域， 如中南半岛的东北部、安达曼海、加里曼丹岛的西北沿海和苏门答腊岛的西南沿海对流 活动存在明显的日变化。y a n g 等1 1 】也在印度尼西亚岛屿、盂加拉湾、墨西哥谣南海岸和非 洲西岸发现了相似的对流日变化特征。但由于对流活动与降水在日变化上存在一定的位相 差，因此采用等卫星资料来研究降水的日变化可能使所得结果出现误差，从而影响研 究的准确性。s a t o m u m l l l 和o 岫曲吼等分别用区域大气环流模式和雷达资料考察了中南 半岛内陆区域降水的传播特征，发现它在晚上是向东传的。m a p e s 等“嘲和w a r n e r 等【1 6 1 分别研究了赤道东太平洋和中美洲沿海降水的日变化，发现降水明显表现为从南美西北海 岸向西传播的特征。并指出这种西传特征可能与沿岸对流产生的重力波有关。 近些年来，新的观测手段以及雷达、卫星气象学的发展带来了大量高分辨率的观测资 料揭示了许多以前常规资料无法观测到的新现象、新事实。但有研究表明i i ”，同步卫星 上的红外传感器( h l 翻糟d ，简称1 1 ) 观测到的日降水峰值比地面雷达和降水站观测的要推 后3 , - 4 h ，原因是由于红外传感器不能直接探测到降水而只能借助于云顶温度进行降水估 计，易受云层影响，因此会造成降水估计上的误差。1 9 9 8 年发射的热带测雨卫星( t r o p i c a l r a i 疵a l lm e a s u r i n gm i s s i o n , 简称t r m m ) 星载降水雷达( p r e c i p i t a t i o nr a d 戤简称p r ) 的 使用为研究降水的日变化提供了一个难得的机会，因为t r m m 卫星直接从空中探测到雨 滴，能够立体观测降雨的状态，从而能够更精确地揭示全球降水的日变化特征【6 1 7 1 。 k i s h t a w a i 等1 1 1 采用t r m m 微波图象仪( t r m m 崛c r o w a v ei m a g e l , 简称t m l ) 和p r 观测 资料考察了台湾地区夏季降水的日变化，发现3 6 d 以上的t m i 资料能够反映出台湾地区降 水日变化的特征，但由于降水的瞬时性和局地性可能会使卫星观测所揭示的日变化出现误 差：t r m mp r 也揭示了台湾地区对流云和层云降水的一些日变化特征：还发现在相同时 段的地形区，t m i 资料反映了相对较多的降水。n e s b i t t 等【6 j 采用t r m mp r 和t m i 资料对 热带大陆和海洋上降水日变化的振幅和位相及对流降水和层云降水的比例做了总体的考 察。一些研究【，t l 蟠1 利用高分辨率的卫星观测资料已经揭示出热带一些地区降水日变化的许 多细节特征，表明热带地区陆地上的降水峰值出现在下午和傍晚，而临近海岸的海面降水 峰值出现在凌晨，并揭示出降水的一些传播特征。m o r i 等1 卿用1 1 m 订3 0 6 8p r 资料考察 了印度尼西亚海洋大陆降水的日变化，揭示了相似的海陆降水峰值出现时间，并且降水在 白天由海岸向内陆传播，晚上则由海岸向海面传播。z h o u 等口”用t r m m3 g 6 8p r 资料研 究了印尼耨几内亚岛雨季( 1 - 3 月) 的降水日变化，发现岛内沿海区在中午前后发展出降 水带，并由于海陆风的发展向岛内传播；傍晚时刻，岛中部的山脊发展出一条对流雨带； 午夜至凌晨，山顶雨带断裂成两支并从山脊分别往南北向传开，直到早上抵达沿海区域， 最终各自向远海传播。 2 目前，国内有关降水日变化的研究还相对较少，已有的研究主要是应用各地气象观测 站的降水资料做出的，刘德祥等伽和周泽英8 ”分别对甘肃省和四川达县作了降水日变化的 分析，得出大陆和山顶多昼雨、谷地多夜雨的结论。 此外，随着高性能巨型计算机的出现和高分辨率模式的发展，人们可以利用各种数值 模式进行数值模拟。为了提高气候模式的模拟能力，弄清影响气候模式偏差因素，揭示热 带云和降水的日循环变化与长期气候平均和变率的关系，从而调整气候模式中的参数化方 案，是非常必要的。 现在，区域气候模式已经越来越多地应用到气候研究上。区域气候模式的模拟效果已 经得到证明，它能够在很多细节方面改进区域尺度的模拟结果，尤其是在受复杂地形或海 岸线，或者两者共同作用的影响区域，并能使气候变量的区域分布规则化删”。区域气候 模式模拟方法对我们进一步的理解许多气候过程，如云辐射强迫，积云对流和地表过程 等都有很大的帮助【”“。过去十年，区域气候模式模拟取得了显著的成果，但仍然存在许 多不足之处。最普遍的问题就是对热带地区区域气候的模拟效果相对不好印i 。主要有两个 原因：( 1 ) 现有的区域气候模式中没有准确的表示出热带地区起重要作用的积云对流；( 2 ) 热带地区大尺度强迫作用要比中高纬削弱很多，这样造成模式内部误差的积累，因此影响 到热带地区区域气候的长期模拟效果。目前的区域气候模式还有一个重要的薄弱点就是对 云的处理，这不论对于全球模式还是区域气候模式来说，都是一个亟待改进的地方【删。在 些区域气候模式中，尽管对每个网格点的湿过程处理都进行复杂的云微物理过程参数化， 但是对于次网格积云对流和网格点湿过程之间复杂的相互作用还是处理得相当粗糙。研究 表明p “，区域气候模式受高质量的初始场驱动时有能力模拟出年际变化，然而在较短时间 尺度上，如日变化的模拟上，需要对模式模拟气候变化的能力进行更多的分析和改进。隧 着区域气候模式模拟分辨率的提高，能够模拟出更宽尺度的天气事件，从而可以改进日降 水强度分布的模拟效果。这对于提高模式模拟气候敏感性或气候变化情况的能力是非常重 要的。 现有的各种区域气候模式中，能较好地模拟东亚季风降水的较少。研究表明h 2 4 3 1 ，在东 亚季风区区域气候模式所采用的一些积云参数化方案效果似乎并不好。由于东亚地区区域 气候系统的复杂性，需要具体对一些参数化方案进行有效的改进。由美国夏威夷大学国际 太平洋研究中心( i n t e m a d o n a lp a c i f i cr e s e a r c hc e n t e r ，简称i p r c ) 的王玉清研制的区域气 候模式( i p r c - r e g c m ) 是在高分辨率的热带气旋模式t c m 3 的基础上发展而成的。它补 充了精确的辐射收支计算“5 】和显式云微物理方案，改进了云参数化和b a t s 陆面模块， 并包含了一个湍流垂直混合参数化方案，还考虑到气候系统中一些细节的反馈过程，例如 云、辐射和地表之间直接的相互作用，次网格和网格点云过程的相互作用，云浮力对产生 扰动造成的影响和耗散热量的计算等。这些工作使i p r c - r 艇：c m 能够真实模拟与东亚夏季 风相关的特大洪涝事件闱以及热带和副热带大洋东岸的层状云p 7 删，是一个能较好模拟东 亚季风气候的区域气候模式。研究表a 耕5 0 ，模式已经能够非常适用于气候研究，能够较好 地模拟东亚季风气候。王玉清等陋“1 利用i p r c - r e g c m 已经开展了很多数值试验，包括控 制试验以及对深对流和浅对流夹卷率的敏感性试验，以揭示云和降水日变化对区域气候模 式参数方案的影响；分析大尺度陆地海洋山地相互作用及小尺度区域特征。 1 2 拟研究区域和研究意义 亚洲特别箕南部是全球最显著的季风区嘲。中南半岛地处亚洲南部季风区，是连接南 海、印度和孟加拉湾季风的关键区，在甄洲季风的形成和变化过程中具有特殊的重要性， 并且中南半岛及附近地区对流的建立对北半球从冬至夏的季节转换过程中北半球副高带的 断裂、西太平洋副高东退和南海夏季风的爆发有重要作用，因此研究这一地区的降水变 化特征具有重要意义。中南半岛北靠我国的青藏高原，东濒南海，南灏泰国湾，西临盂加 拉湾，安达曼海，半岛中部有狭长的马来半岛向南延伸，直至赤道附近的新加坡海峡。岛 内地形复杂( 图1 2 1 ) ，整个地形结构犹如掌状，山川纵向并列的特点十分显著，自西向 东高低交错，依次排列着阿拉干山地、伊洛瓦底江谷地、掸邦高原，湄南河谷地、湄公河 谷地、老挝高原和长山山脉等。中南半岛周围的海陆分布状况，由于不同的辐射特性和局 地环流可引发强烈的海气相互作用，因此降水的时空变化都会呈现出显著的特点。鉴于中 南半岛地区在整个南亚季风区的重要性及其独特的地形特征，本文拟用两组高分辨率的卫 星观测资料对该地区夏季降水的日变化特征进行分析，并将着重分析地形对于降水日变化 的影响。 4 图1 2 1 中南半岛地形( 单位) ( 图中区域1 、2 及斜线a b 、 c d 、e f 、g h 将在后面的分析中用到) 华南处于东亚季风区，濒临热带海洋，水汽来源充分，是全国雨量最丰沛的区域。周 围地形复杂多变( 图1 2 2 ) 。西面是全球最大最高的青藏高原和对流活动异常活跃的中南 半岛，它们对我国南海及华南气候系统的影响不容忽视。南面濒临我国南海，在夏季盛行 西南风作用下为华南地区提供了充足的永汽，是降水的主要来源。因此研究这一地区的降 水变化特征具有重要意义。本文拟用两组高分辨率的卫星观测资料对该地区夏季降水的日 变化特征进行分析，并考察其传播特征。 1 3 主要研究内容和所用资料、方法 本文采用两组高分辨率的t r m m 卫星观测资料3 8 4 2 r t 和3 g 6 8 考察中南半岛和华南 夏季降水日变化特征。 3 8 4 2 r t 资料是实时多卫星降水观测资料。由于微波具有不受云层影响的优点，故通常 是用来反演降水最适合的工具，但缺点是时间分辨率较低，因此运用多个卫星上的微波器 来提高时间分辨率。它结合3 8 4 0 r t ( h q ) 和3 8 4 1 r t ( v a r ) 两种资料，即微波和红外 共同反演全球表面降水。该产品的水平分辨率为0 2 5 0 x 0 2 5 经纬度，时间分辨率为3 h 一 次，每天共8 个时次。本文中采用的降水观测时段为1 9 9 8 年1 月2 0 0 5 年1 2 月，共8 年。 3 g 6 8 是t r m m 降水估量仪器观测的每小时全球格点产品。它具有0 5 0 x0 5 。经纬度 的水平分辨率，时间分辨率为l h 一次。包含2 a 2 5 ( p r ) ，2 a 1 2 ( t m i ) 和2 8 3 l ( p r 和 t m i 的联合) 三种统计降水率。本文中采用的降水观测时段为1 9 9 8 年1 月2 0 0 5 年1 2 月， 共8 年，主要用到3 g 6 8 p r 产品。 研究表明仅用微波估计来解决陆地上的降水率问题是很困难的“9 1 。因为陆地上微波的 比辐射率比海洋上高，且在时空上是非均匀的；而且由于陆地和海洋区域都包括在一个图 象象素上，会在沿海岸线地区出现一个系统误差【1 9 】。降水雷达具有最好的空间和垂直分辨 率，能够最直接有效的测量地表降水量。然而它每次扫描的带宽比较小，只有t m i 带宽的 l ，3 ，这样所得到的样本就比较少，在对其作气候平均时会引起一定的样本误差。所以采用 两种不同的观测资料，目的是为了使得到的结果具有更高的可信性，并相互印证所得的结 果。另外，3 8 4 2 r t 和3 0 6 8p r 降水资料时间单位均采用的是世界时( u n i v e r s a lt m a e c o o r d i n a t e d ，简称t r r c ) ，本文在处理资料时将时间单位转换为所研究区域的当地时间 ( i , o e a ls t a n d a r dt m a e ，简称l s t ) 。 本文将8 年夏季( “8 月) 共2 4 月的3 8 4 2 r t 和3 g 6 8 p r 降水资料分别对各观测时次 求气候平均，并将平均得到的一天8 个时次的3 8 4 2 r t 资料通过3 次样条插值得到每小时 一次的资料，以达到与3 g 6 8p r 资料相同的时f 司分辨率，便于做比较分析。采用这两组资 料来考察中南半岛和华南降水日变化的气候特征。然后利用区域气候模式i p r c - r e g c m 对 中南半岛进行控制试验和去除地形的敏感性试验，得出高时空分辨率的输出结果，用以检 验模式对降水日变化的模拟能力并验证观测分析的一些结果。 具体各章的主要内容如下：第一章引言，阐述了有关降水日变化的研究现状和进展，选 题的目的和意义，以及本文主要研究内容和所用资料、方法等；第二章对中南半岛夏季的 降水日变化特征进行了分析：第三章对我国华南夏季的降水日变化特征进行了诊断分析； 第四章利用i p r c r e g c m 模式对中南半岛的降水日变化进行控制试验和去除中南半岛地形 的敏感性试验，对模拟结果进行检验，并作了初步分析；第五章给出了观测分析和模拟研 究后的主要成果和结论，提出有待进一步研究的问题，展望今后所要开展的研究工作。 6 第二章中南半岛夏季降水日变化特征分析 2 1 中南半岛夏季降水日变化特征 图2 1 1 a 给出了3 8 4 2 r t 资料计算的平均每小时降水量。由图可见，在整个孟加拉湾 东部即中南半岛西部沿海岸线一带，泰国湾东部沿岸地区及中南半岛上的长山山脉迎风坡 一带，都对应着比较大的降水量，尤其注意到长山山脉西南侧迎风坡存在两个明显的沿山 脉走向的降水大值区；而在中南半岛上各大纵向山脉的背风坡基本为无雨区。大值雨区均 出现在海陆交界及地形迎风坡处，这说明海陆差异和地形确实对降水有着重要的影响。对 照图1 2 1 还可以看出，中南半岛西部沿海岸线一带同时有地形分布，海陆气相互作用再加 上地形作用，使得这一带出现相当强的沿海岸线走向的狭长降水带。图2 1 2 a 是3 g 6 8p p 得出的平均每小时降水量。图中降水大值区的分布与图2 1 1 a 基本一致，即中南半岛西部 海陆交界和地形迎风坡处都分布大值降水区，只是3 8 4 2 r t 资料计算的泰国湾东部沿岸地 区有着较多的降水。 图2 1 1 a 和图2 1 2 a 揭示出了中南半岛地区夏季降水的强弱分布情况，为了考察降水 日变化的强弱情况，图2 1 1 b 和图2 1 2 b 分别给出了由3 8 4 2 r t 资料和3 g 6 8p r 计算的日 方差图。由两张图都可以看出，日方差较大区域与降水量大的区域是基本重合的，降水量 大的区域其降水量的日变化也相应较大。长山山脉西南侧迎风坡同样也存在两个大值变化 区，其位置与图2 1 1 a 和图2 1 2 a 中两个降水大值区基本重合，由3 8 4 2 r t 资料计算的泰 国湾东部沿岸地区存在较大的降水日方差。 图2 1 13 8 4 2 r t 夏季平均 ( a ) 每小时降水量( 单位：姗) ；( b ) 降水日方差( 单位：2 ) 图2 1 23 g 6 8 p r 夏季平均 ( a ) 每小时降水量( 单位：锄) ；( b ) 降水日方差( 单位：m m2 ) 7 为了揭示日降水的演变过程，图2 1 3 给出了用3 8 4 2 r t 资料计算的8 个时次的每小时 降水分布。从图上可以看到一天八个时次降水分布的演变过程：从凌晨0 1 l s t 开始，中南 半岛的西部沿海一带及长山山脉西北侧就出现了降水，并逐渐加强；至0 4 l s t , 长山山脉西 北侧达到降水最大值，而中南半岛的西部沿海一带降水则继续增强，至0 7 一l o l s t 达到最 大值；而这时长山山脉西北侧区域的降水已经开始逐渐减弱，1 0 l s t 达到一天中的最小值， 随后，中南半岛西侧沿海降水自上午1 0 l s t 以后也逐渐减弱，并逐步向远海和内陆传播； 到下午1 6 l s t ，中南半岛内大部分区域都出现了较大的降水，并一直维持到凌晨0 1 l s t 。 这种降水的日变化特征与前人的许多研究结果基本一致f 8 - 9 1 ，即热带地区降水在陆地上的峰 值出现在下午和傍晚，而邻近海岸的海面降水峰值出现在凌晨。但值得指出的是，长山山 脉西北侧存在一个降水峰值出现在凌晨的区域，这种降水日变化的不同特征可能与地形对 降水的作用有关。 图2 1 33 8 4 2 r t 夏季平均0 1 l s t ( a ) ，0 4 l s t 0 ，) ，0 7 l s t ( c ) ，1 0 l s t ( d ) 1 3 l s t ( e ) , 1 6 l s t ( f ) ，1 9 l s t ( g ) ，2 2 l s t ( h ) f l g 降水率分布( 单位：m m 1 ) 图2 1 4 是用3 8 4 2 r t ( 图2 1 4 a ) 和3 g 6 8p r ( 图2 1 4 b ) 资料计算的晚上( 1 2 - - 2 3 l s t ) 与 早上( 0 0 一1 1 l s t ) 两个时段的降水差值图。两张图都同样清楚地揭示出了各区域早上和 晚上降水的差异。由两张图都可以看出，中南半岛上大部分区域和孟加拉湾远离海岸的一 块海区，呈现正值区，表明这些区域的降水主要出现在下午至晚上，并且在中南半岛上的 两块正降水差值较大区同处于地势平坦区；而中南半岛西侧沿海一带、泰国湾东部沿海及 长山山脉西北一侧都显示了一个相当明显的负值区，即这些区域的降水主要出现在凌晨至 上午。两种资料的结果都表明沿海海面降水主要出现在早上，内陆的平坦地区以及远海的 降水主要出现在晚上，这与前人的研究结果是一致的。但值得注意的是，前面我们已指出 长山山脉的西侧存在两个降水大值区，而图2 1 4 则清楚地反映出这两个区域的降水日变化 存在明显不同的特征，北部区域的降水主要出现在早上，而南部区域的降水主要出现在晚 上，二者明显呈现不同的变化特征。两种资料揭示的降水差值分布和强度是基本一致的 8 图2 1 4 夏季平均0 0 - - 1 1 l s t 与1 2 - - 2 3 l s t 两个时段的降水差值分布 ( a ) 3 8 4 2 r t ；( b ) 3 g 6 8p r ( 单位：1 1 1 1 1 1 ) 为了进一步揭示中南半岛上降水日变化的差异特征，利用3 g 6 8p r 降水资料对各时次 求平均，并从中选取了凌晨和晚上各两个时次的降水量分布( 图2 i 5 ) 。可以看到凌晨的 两个时次0 4 、0 5 l s t 和晚上的两个时次1 9 、2 0 l s t 降水区的分布有着明显不同。凌晨0 4l s t ( 图2 1 5 a ) 、0 5 l s t ( 图2 i 5 b ) ，降水主要出现在中南半岛西侧沿海一带，长山山脉西北侧 也存在一个强降水区，其位置与用3 8 4 2 r t 得到的日降水演变图中的位置完全一致。晚上 1 9l s t ( 图2 1 5 0 、2 0 l s t ( 图2 1 5 d ) ，主要的降水区出现在中南半岛大片陆地上，与凌晨 0 4 、0 5 l s t 降水呈现出明显的不同，其中长山山脉西南侧有一个强降水区，如同图2 1 3 与图2 1 4 所示，与长山山脉西北侧的降水峰值出现时间基本相反。3 g 6 8p r 降水资料与前 面用3 8 4 2 r t 资料所揭示的降水日变化特征基本相同，表明由于海陆差异和地形的作用， 使中南半岛上不同地区的降水日变化明显表现为不同的特征。 图2 1 53 g 6 8p r 夏季平均0 4 l s t ( a ) ，0 5 l s t c o ) ，1 9 l s t ( c ) , 2 0 l s t ( d ) 的降水率分布( 单位：咖h ) 从图2 1 3 215 上都可以看到长山山脉西侧的日降水呈反位相变化的一南一北两个区 域。为了进一步揭示以上2 个区域降水的日变化位相及振幅，在长山山脉西侧相应选取了 2 个区域( 见图1 2 1 中区域1 ，2 ) ，分别利用3 8 4 2 r t 和3 g 6 8 p r 资料计算了这2 个区域 在一日内降水量随时间的变化( 图2 1 6 ) 。两种资料计算出的区域1 的降水最大值都出现 在凌晨0 3 l s t ；而在区域2 ，降水最大值则都出现在晚上1 9 l s t 。由图可见，2 个区域的降 水日变化曲线明显呈相反位相变化。两种资料计算的日变化曲线位相基本一致，只是在振 幅上有一些差异。3 8 4 2 r t 计算的区域2 的晚上降水要多于区域1 的早上降水，而3 g 6 8p r 计算的区域1 有着更多的降水。两种资料都表明区域l 和区域2 的降水日变化存在明显差 异，但两区域同处于地形迎风坡，降水为什么会出现不同的日变化特征，在下一节中将进 9 一步讨论这个问题。 图2 1 6 夏季平均降水量日变化曲线( 单位：m ) ( a ) 3 8 4 2 r t ；( b ) 3 c - 6 8p r 2 2 中南半岛夏季降水的日传播特征 为了探讨同处于长山山脉迎风坡两个区域的降水为什么会显现不同的日变化特征，分 别沿这两个区域的降水大值中心纬度作降水的时闻一经度剖面，着重考察长山山脉迎风坡这 两个区域降水的传播特征。 图2 2 1 是沿1 8 n 的地形剖面和降水时间经度剖面。由图可以看出，在凌晨至早上的 这段时间，中南半岛西侧沿海海面出现多个降水大值中心，至上午1 0 l s t ，沿海海区降水 分别向远海海面和内陆传播。在长山山脉西侧，降水在傍晚1 6 l s t 左右由谷地向山坡移动， 在凌晨0 1 - - 0 4 l s t 山坡上降水达到最大。 图2 2 1 沿1 8 州a ) 地形剖面； ( b ) 3 g 6 sp r 夏季平均降水时间- 经度剖面( 单位：m m x 其中时间轴表示2 个重复的日循环周期 图2 2 2 沿1 4 n 的地形剖面和降水时间- 经度剖面。0 1 - - 0 8 l s t ，中南半岛西侧沿海海 面同样出现多个降水大值中心，并从o $ l s t 开始，沿海海区降水向远海传播，至傍晚1 8 l s t ， 出现一个远海降水向沿海海区回传的过程，直到凌晨0 1l s t 降水大值区重新占领沿海海 面，新的b 循环又重新开始。长山山脉西侧，降水在傍晚1 6 l s t 左右由平地向山坡移动， 山坡上达到最大降水的时间是晚上1 9 - - 2 2 l s t 。 1 0 中南半岛西侧沿海海面出现多个降水大值中心的原因可能是因为沿海岸的山脉引发复 杂的海陆气相互作用，是海陆热力差异和地形动力、热力强迫共同作用的结果。 为了能够更准确的揭示出中南半岛夏季降水的日传播特征，我们大致沿中南半岛夏季 盛行风向作了两条平行斜线( 图1 2 1 中斜线a b 、c d ) ，沿垂直于斜线的方向在两条线间 对3 g 6 8p r 资料求平均，考察降水沿整个斜切面方向随时间的平均传播情况( 图2 2 3 ) ， 以便能够从盛行风与地形互相作用的角度来考查传播特征。从整个传播趋势看，降水大值 区沿斜切面a b c d 东传，贯穿了整个中南半岛。1 9 l s t ，最明显的大值降水区处于长山山 脉西侧。这就是前面分析中提到的长山山脉西南侧在傍晚达到最大降水的一个区域。由此 可见，这个区域的降水是泰国湾东部和中南半岛西南侧沿海地区凌晨的降水经由整个日间 传播过来的。图中泰国湾东部沿海地区和长山山脉西南侧都呈现很强的降水，注意到这两 块均处在地形的迎风坡区域，进一步反映出盛行风与地形的相互作用对降水日变化的影响。 图2 2 3 沿图1 2 1 中所示斜切面a b c d 平均降水量的时闯剖面( 单位：锄) ， 其中时间轴表示2 个重复的日循环周期， 两条垂直线分别表示中南半岛的西南和东北海岸线 圈2 2 4 同圈2 2 3 ，只是选取的两条平行斜线走向不同( 图1 2 1 中斜线e f 、g h ) ，考 察降水沿东南西北走向的斜切面随时间的传播情况，也就是沿长山山脉走向的一个切面， 目的是考察前面分析到的长山山脉西侧里不同日变化特征的两个区域之间的降水传播关 系。从整个传播趋势来看，降水大值区沿斜线由南向北传。从图中还可以发现两个降水大 值区，一个是降水量在傍晚1 9 l s t 达到最大值的长山山脉西南区域，另一个就是降水量在 凌晨o l 0 4 l s t 达到最大值的长山山脉西北区域，达到最大值的时间与前面的分析结果是 一致的。同时图1 0 清楚地揭示出这两个区域的降水明显存在一定的关系，即南部区域降水 量在傍晚1 9 l s t 达到最大值后，降水大值区沿长山山脉走向北传，至凌晨o l 0 4 l s t 传到 北部区域。 图2 2 4 沿图1 2 1 中所示斜切面e f g h 平均降水量的时间剖面( 单位：r a m ) ， 其中时间轴表示2 个重复的日循环周期 2 3 讨论 产生降水日变化的原因，除了太阳的辐射变化外，主要是受地形和海陆热力差异引起 的海陆风环流这两种因素的影响。海陆差异引起的海陆风环流会在日间由海洋吹向陆地， 引起陆地上的低层辐合，从而造成陆地上降水主要集中在下午至傍晚这段时间；夜间由于 海陆风的转向，海岸附近形成辐合区，形成沿海降水主要出现在凌晨至早上这段时间。这 种迁移转向的时间取决于一天中海陆风环流的转向时间。两地形对降水日变化的影响可分 为热力和动力两个方面，即通过对暖湿气流的动力和热力抬升作用而使山地迎风坡造雨 效率提高嘲。复杂下垫面条件下，地表对大气的加热作用往往引起水平温度分布的不均匀， 引起局地气压梯度差，由此激发出环流系统，即地形性热力环流。地形通过热力动力产 生的局地环流与盛行风产生相互作用，形成低层辐合，从而引起降水。 在中南半岛地区，本文用两组高分辨率的卫星资料都很清楚地揭示出了由于地形作用 引起的降水日变化的不同特征。夏季盛行西南季风由孟加拉湾吹向中南半岛，由于其携带 着丰沛的水汽，在中南半岛西南侧沿海海区由于沿海岸山脉的阻挡引起了降水，并由于盛 行西南风的作用向中南半岛岛内传播，使得长山山脉西南大部分区域的降水在下午到傍晚 这段时间达最大值。由于长山山脉的阻挡作用，使盛行西南气流沿山脉走向转向西北，可 能致使雨带沿山脉走向向西北方向传播( 图2 2 4 ) 。在次日0 1 - - 0 4 l s t 降水移动到长山山 脉西北侧，并由于夜间低层有沿山坡向下的下坡风。与绕山的气流在此有显著的低层辐合， 从而在这块区域引起了强降水，这块区域无论在平均降水量和日降水变化上，都处于显著 的大值区。 复杂地形对降水的影响非常明显【”。有关地形对于降水日变化的影响，前人也做过一 些研究工作。o h s a w a 等“谰孟加拉国、泰国、越南和马来西亚的站点资料研究了四国降水 日变化特征，指出孟加拉国、泰国两国境内由于地形原因影响，降水日变化存在明显不同 特征，他又分析了四国地区的对流活动发现其存在着与降水相似的日变化。深夜至凌晨的 对流活动极大值发生在沿海区域以及山脉、盆地和峡谷的迎风区；而且这些区域有一个共 同特征，那就是由于局地环流如山脉一陆地风