青藏高原东部陡坡地区降水的日变化及区域性降水事件

《Atmospheric Research》：Summer diurnal variation of precipitation and regional precipitation events over the steep eastern slope of the Tibetan Plateau

本研究利用2016-2021年国家气象信息中心CLDAS-V2.0小时降水数据，分析青藏高原东部陡坡夏季降水日变化特征，结合区域降水事件（RPEs）及环流分类，揭示东西部降水峰值时间差异主要源于东向RPEs中槽状（70%）和西太平洋副高（30%）环流的影响，为铁路工程安全提供参考。

　　

周亚轩|姚秀萍|马婷婷

中国气象科学研究院国家重点极端天气气象科学技术实验室，北京10081

摘要

青藏高原东部陡坡（ESTP）是川藏铁路建设的关键区域。了解夏季降水的日变化对于施工和运营安全至关重要。本研究利用2016–2021年国家气象信息中心的CLDAS-V2.0小时降水数据，分析了ESTP东部陡坡夏季降水的日变化特征。结合环流分类，从区域降水事件（RPEs）的角度探讨了这种日变化的根本原因。结果表明，ESTP东部陡坡降水的日变化具有明显的单峰特性，102°E以东和以西地区的降水峰值时间存在显著差异：西部地区（102°E以西）的降水峰值出现在当地时间18时左右，而东部地区（102°E以东）则推迟到约23时。东部地区的降水事件（RPEs）以降水中心从西向东迁移为特征，这是造成东西部峰值时间差异的主要原因。东部RPEs可进一步分为两种环流类型：一种是以槽状系统为主的类型（约占70%），另一种是以西太平洋副热带高压系统为主的类型（约占30%）。降水峰值时间的这种东西部差异源于水汽汇聚和上升过程的时间差异，在槽状系统下异常上升过程占主导，而在副热带高压系统下异常水汽汇聚过程占主导。这些发现有助于加深对复杂地形上降水日变化的理解，并为水文风险评估和铁路规划提供参考。

引言

青藏高原东部陡坡（ESTP）（29–30.5°N, 100.7–102.7°E；图1）位于四川盆地和青藏高原的过渡地带（Thomas, 1997）。该地区包含川藏铁路中海拔落差最大的路段，其中包含了大渡河大桥和宝林山隧道等关键工程（Zhen和Sun, 2017）。由于地形崎岖且下垫面复杂，这里的夏季降水具有高度异质的时空分布特征，并频繁发生自然灾害（Zhang等, 2021; Xu等, 2022; Qi等, 2023）。因此，了解该地区的降水日变化对于阐明复杂地形上的降水机制以及降低可能威胁铁路安全施工和长期运行的水文风险至关重要。

降水的日变化是天气和气候变率最基本的表现形式之一，由大气动力过程和热力学过程对水循环的共同作用产生（Yu等, 2014; Song和Wei, 2021）。它对于理解区域水能量平衡和降水形成机制具有重要意义（Dai等, 2009; Yu等, 2014）。降水日变化受多种因素影响，包括地形（Bhatt和Nakamura, 2005; Chen等, 2012; Guo等, 2014）、陆海温差（Li等, 2010; Wang和Wu, 2022）以及气候变暖（Ma等, 2025），因此表现出强烈的区域差异性。例如，中国东南部和东北部的降水通常在下午（14–18时）达到峰值，这种午后峰值在中国范围内最为普遍，主要由太阳加热驱动；而天山山脉东部和大巴山中部地区的降水则在清晨（6–10时）达到峰值，这与地形强迫和夜间低层不稳定有关（Yu等, 2007; Liu等, 2021）。作为独特的地理单元，青藏高原的降水日变化尤为复杂（Lu等, 2024）。在高原主体区域，降水峰值通常出现在下午或傍晚，而在周边地区则主要出现在夜间，且峰值时间通常沿着从山区到相邻平原的大尺度地形梯度向下延迟（Bao等, 2011; Liu等, 2021; Qiu等, 2023）。

在复杂地形区域，传统的基于站点或网格的统计方法主要反映降水日变化的气候特征，但无法捕捉空间连续性和时间演变。这一限制阻碍了对复杂地形上降水形成机制的深入理解。与传统的小时统计方法不同，区域降水事件（RPEs）是根据其空间连贯性和时间连续性来识别的降水事件。通过同时捕捉降水的空间连贯性和时间演变（Chen等, 2018; Qiu等, 2024; Wu等, 2025），RPEs为研究复杂地形地区的降水日变化提供了有力工具（Yu等, 2015; Chen等, 2018）。第2.2.3节提供了RPE识别方法的更详细定义和描述。

尽管以往的研究对ESTP东部陡坡的降水日变化有所初步探讨（Hu等, 2010; Li和Yao, 2024），但大多数研究侧重于高原内部与周边地区的对比。然而，在东部陡坡内部，降水峰值时间的潜在空间差异很少被记录，其背后的机制仍不清楚。鉴于当前理解的这些空白，本研究聚焦于两个科学问题：（1）ESTP东部陡坡夏季降水日变化的时空特征是什么？（2）RPEs及其相关环流系统如何影响这些变化？为回答这些问题，本研究使用高分辨率降水数据分析了研究区域的夏季降水日变化，并结合RPEs和环流分类进一步探讨了其机制。这种方法为理解高原边缘复杂地形上的降水日变化提供了新的视角。

本文的其余部分安排如下：第2节描述数据集和方法；第3节介绍夏季降水日变化的特征；第4节讨论日变化与RPEs之间的关系；第5节分析RPEs的主要环流背景；第6节给出结论和讨论。

数据

本研究利用多种数据源以确保分析的可靠性。降水数据分为两类。第一类是中国国家气象信息中心提供的CLDAS-V2.0数据集（https://data.cma.cn/data/cdcdetail/dataCode/NAFP_CLDAS2.0_NRT.html），空间分辨率为0.0625°×0.0625°，时间分辨率为1小时。该数据集整合了地面自动站和卫星观测数据，采用多网格变分方法进行处理

夏季降水日变化特征

图2展示了ESTP东部陡坡夏季降水的日变化特征。根据CLDAS-V2.0小时数据，图中显示了降水峰值的主要空间统计特征。图2(a)表明研究区域内降水峰值存在明显的东西部差异，东部有两个高值中心，最大降水量可达1毫米/小时，约为西部地区的两倍。图2(b)展示了降水峰值的时间分布

夏季降水日变化与区域降水事件的关系

先前的分析表明，研究区域的降水日变化总体呈现“白天少、夜间多”的模式，东西部地区的峰值时间存在显著差异。然而，仅靠气候分析无法完全捕捉降水过程的时间演变。为了解决这一局限，本研究引入了降水事件作为分析对象（Yu等, 2015）。考虑到夏季降水

区域降水事件的主要环流类型

先前的研究结果表明，在夏季，东部RPEs在东西部地区降水峰值时间的差异中起主导作用。为了进一步揭示大尺度环流背景及其对日变化特征的影响，我们对所有东部RPEs的标准化500百帕平均风场进行了自组织映射（SOM）聚类分析。分析范围设定在20°–40°N和90°–110°E之间，以识别主要环流类型

讨论

青藏高原及其周边地区已经系统地研究了降水峰值的东西部延迟和夜间降雨现象。本研究在ESTP上识别的日变化特征与以往的研究结果一致（Bai等, 2008; Lu等, 2024）。我们的分析表明，ESTP上的东部RPEs导致了东西部地区降水峰值时间的差异。类似的特征也出现在其他地区

结论

基于高分辨率降水数据和RPEs的识别，本研究系统地探讨了夏季ESTP东部陡坡降水日变化的特征和机制。结果表明，降水峰值时间存在明显的空间差异，西部地区降水峰值出现在大约18时，而东部地区则出现在大约23时。

进一步研究表明，峰值时间的差异与

CRediT作者贡献声明

周亚轩：撰写——初稿、可视化、软件开发、方法论、数据分析、概念构建。姚秀萍：撰写——审稿与编辑、可视化、监督、资源协调、项目管理、方法论、资金争取、数据分析、概念构建。马婷婷：撰写——审稿与编辑、可视化、方法论、概念构建。

资助

本研究得到了国家自然科学基金重点支持项目（项目编号：42030611）和国家重点研发计划（项目编号：2023YFC3007502）的资助。

未引用文献

Hu和Yuan, 2021

Webster和Yang, 1992

Zhao等, 2015

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。