巴丹吉林沙漠西南缘不同强度降水的基本气候特征

ClimateChangeResearchLetters气候变化研究快报,2019,8(1),1-17PublishedOnlineJanuary2019inHans.://doi.org/10.12677/ccrl.2019.81001FundamentalClimaticCharacteristicsofRainfallEventsofDifferentIntensitiesovertheBadanjaranDesert’sSouthwesternBorderAreaWanyuanLi1*,GuangzhouFan2,YueqingLi31KeyLaboratoryofLandSurfaceProcessandClimateChangeinColdandAridRegions,ChineseAcademyofSciences,LanzhouGansu2PlateauAtmosphereandEnvironmentKeyLaboratoryofSichuanProvince,ChengduUniversityofInformationTechnology,ChengduSichuan3InstituteofPlateauMeteorology,ChinaMeteorologicalAdministration,ChengduSichuanReceived:Nov.26th,2018;accepted:Dec.4th,2018;published:Dec.11th,2018AbstractThroughanalysisontherainfallintensity,frequencyanditsspatialscale,togetherwiththepreci-pitationamount,overtheBadanjaranDesert’ssouthwesternborderarea,thefollowingresultshavebeendisclosed:1)Eachintensitygradeofrainfalleventshappenmostfrequently(infre-quently)andtheprecipitationamountresultingfromthemreachesthemaximum(minimum)insummer(winter),withtheirfrequencyandamountinspringbeingbothequivalenttothoseinautumn;Eachseasonisalwaysseeingalessfrequencyofheavierrainfallevents;Inwintertheprecipitationamountduetoheavierrainfalleventsisalwayssmaller,butinspring,summerandautumn,thatduetorainfalleventsuptotheChinesetraditionally-determinedmiddleintensitygrade(10.1-17mm·day−1)alwaysreachesthelargestofall.2)Ineachseason,rainfalleventsofeachintensitygradehappenmorefrequentlyandtheprecipitationamountduetothembecomeslargerathigherplaces,andespeciallyinwarmerseasons,heavy(light)rainfalleventsmakealarger(smaller)contributionoverthere.3)Ineachseasontherainfalleventsonalargerspatialscaleoftenhappenmoreinfrequently;Therainfalleventsoneachscaleoccurmostfrequently(in-frequently)insummer(winter),andtheirfrequencyinspringisequivalenttothatinautumn;Thelarger-scale(smaller-scale)rainfalleventsaremorereadytohappeninsummer(winterandspring);Onaverage,therainfallspatialscalereachesthelargest(smallest)insummer(winter)anditislargerinautumnthaninspring.4)Thehigherplaceisalwaysmorereadytobecometherainfallcenterineachseason,forexample,Minle,asthehigheststation,ismuchmorepossibletoactasthatcenter.5)Therainfalleventwhosecenterseesahighergradeofintensityalwayshasalargerspatialscaleineachseason,however,thelarge-scaleandhigh-intensity-gradeeventssel-domoccur,andespeciallywintercanmainlyseelightrainfallevents.*通讯作者。文章引用:李万元,范广州,李跃清.巴丹吉林沙漠西南缘不同强度降水的基本气候特征[J].气候变化研究快报,2019,8(1):1-17.DOI:10.12677/ccrl.2019.81001李万元等KeywordsRainfallIntensity,RainfallFrequency,PrecipitationAmount,RainfallSpatialScale,Seasonality巴丹吉林沙漠西南缘不同强度降水的基本气候特征李万元1*，范广州2，李跃清31中国科学院寒区旱区陆面过程与气候变化重点实验室，兰州2成都信息工程学院高原大气与环境四川省重点实验室，成都3中国气象局成都高原气象研究所，成都收稿日期：2018年11月26日；录用日期：2018年12月4日；发布日期：2018年12月11日摘要经分析巴丹吉林沙漠西南缘降水的强度、雨量、频次及空间尺度，发现：1)夏(冬)季各级强度降水发生最多(少)、雨量最大(小)，春、秋季相当；各季都是越强的降水越少发生；冬季较强降水所致雨量总是较小，其余三季都是中雨所致雨量最大；2)各季各级强度降水的雨量和频次都随海拔升高而增加，尤其在暖季，海拔越高，较强(弱)降水的贡献越大(小)。3)各季都是尺度越大的降水越少发生；所有尺度的降水都以夏季最多，冬季最少，春、秋季相当；尺度较大(小)的降水在夏(冬、春)季的配额较大；平均而言，夏季降水的空间尺度最大，秋季次之，冬季最小。4)在任何季节，海拔越高的地方越易成为降水中心，相对而言，民乐在各季成为降水中心的可能性远高于其它测站。5)四季都是降水中心强度越大其空间尺度也越大，但大尺度强降水很少发生，冬季更是以弱降水为主。关键词降水强度，降水频次，雨量，降水空间尺度，季节变化Copyright©2019byauthorsandHansPublishersInc.ThisworkislicensedundertheCreativeCommonsAttributionInternationalLicense(CCBY).引言鉴于巴丹吉林沙漠特殊的地理位置(位于世界最大的中纬度干旱半干旱区——我国西北干旱半干旱区——东部、东亚季风区西北边缘，及青藏高原和祁连山东北侧[1][2])、地形地貌和周围环境(高大沙山与沙漠湖泊并存[3][4])，及其在我国干旱与季风气候形成和演变中的重要作用(作为我国第二大沙漠，其强感热输送是我国西北干旱气候形成的重要因子，同时也强烈影响着我国乃至东亚季风系统的变异OpenAccessDOI:10.12677/ccrl.2019.810012气候变化研究快报李万元等[5]-[12])，与其在干旱区水资源研究方面的重要价值(沙漠湖泊的水源早已受到全球关注[13]-[18])，文献[19][20]已基于现有历史资料，对其周边地区降水频次和雨量(降水是表征气候的重要参数，也是地下水和沙漠湖泊的重要水源，对全球气候变化极为敏感[21]-[27])的时空变化特征进行了较为详细的分析。一般而言，不同时空尺度的云雨天气系统会导致不同强度的降水，而不同强度的降水是由不同性质的云雨天气过程或系统所致；云雨天气系统通常会在时空尺度及水汽来源上表现出明显的季节性差异，这就会导致不同强度降水的频次和雨量表现出各不相同的空间差异和季节性变化：例如，暴雨一般由强对流天气过程导致，大多发生在夏季，而小雨(雪)却不需要很强的对流系统激发[28][29][30][31]。降水的这种季节性变化可在某种程度上直接或间接地反映出云雨天气系统及局地乃至整个大气环流系统的变化。为此，本文将利用搜集到的有限降水资料(由甘肃省气象局和中国气象科学数据共享服务网提供)，详细分析巴丹吉林沙漠西南缘8个测站(图1)在1951~2005年间(某些测站某些年份的资料有所缺失，表1)各季各级强度降水的雨量和频次，以期深入理解该区域不同强度降水在不同季节的分配情况及其空间差异和影响因子，并试图据此把握导致该区域降水的主要天气系统在不同季节间的演变，最终为理解巴丹吉林沙漠周边降水气候对全球气候变化的响应提供依据。Figure1.SelectedgaugestationsovertheBadanjaranDesert’ssouthwesternborderarea图1.巴丹吉林沙漠西南缘的站点分布Table1.Beginningyearoftheprecipitationdataateachselectedgaugestation表1.所选测站降水资料的起始年份测站鼎新临泽民乐永昌高台张掖山丹民勤起始年份19551967195819591953195119531953气象学上常用日降水量定义降水强度[32][33][34]，强度为0.1~5mm∙day−1的降水为小雨，5.1~10mm∙day−1为“小到中雨”，10.1~17mm∙day−1为中雨，17.1~25mm∙day−1为“中到大雨”，25.1~38mm∙day−1为大雨，38.1~50mm∙day−1为“大到暴雨”，50mm∙day−1以上为暴雨。就巴丹吉林沙漠西南缘各站的日降水量而言，只有民乐95%的分位点超过17mm，各站各季大部分降水强度都在10mm∙day−1以下，中雨以上(特别是“大到暴雨”)很少发生[19][20]。以下将降水强度划分为15个等级：0.1~0.9、1~2、2.1~3、3.1~4、4.1~5、5.1~6、6.1~7、7.1~8、8.1~9、9.1~10、10.1~17、17.1~25、25.1~38、38.1~50、50.1~66mm∙day−1，特别将0.1~0.9mm∙day−1的小雨称为弱降水；降水日可视为降水事件，故降水频次即为降水日数[31][32][33][34][35]。DOI:10.12677/ccrl.2019.810013气候变化研究快报李万元等2.分析和讨论2.1.不同强度降水的季节和空间变化2.1.1.不同强度降水量的季节和空间变化不同季节出现的主要天气过程不同，不同性质的天气过程和云雨系统在同一季节出现的概率也各不相同[36]。图2给出巴丹吉林沙漠西南缘各季和全年各级强度