2001年—2020年我国降水的时空变化特征

2001年—2020年我国降水的时空变化特征摘要本文利用TRMM卫星的降水资料，对我国2001年—2020年的平均降水和春、夏、秋、冬四个季节的平均降水进行了分析比较；然后选取了我国华北地区和西北地区对其十年间的降水距平和四季的降水距平进行了对比分析；最后对2005年和2006年全国的降水距平百分率进行了观察，结果表示：由于我国受季风气候、地形、地理位置等因素的影响，我国降水随着空间和时间变化而具有明显的变化；华北地区的降水距平高于西北地区，且波动更加剧烈，在西北地区春、秋、冬季的降水距平在零线附近，降水量保持在一个稳定的值，华北地区四季波动相对强烈。

关键字：降水TRMM 时空变化降水距平目录摘要 (I)Abstract .................................................................... 错误!未定义书签。

第一章引言 . (1)1.1研究意义 (1)1.2研究现状 (1)1.3本文研究内容 (2)第二章资料和方法 (2)2.1资料说明 (2)2.2方法 (3)第三章数据资料分析 (3)3.1 2001年—2020年全国平均降水分布特征 (3)3.2 2001-2020年降水的季节平均分布特征 (5)3.3降水距平分析 (8)3.4降水距平百分率分析 (10)第四章结论 (11)第一章引言1.1研究意义大气中的水汽以液态或固态的形式到达地面，称为降水。

其主要形式有降雨和降雪，以及雹、露、霜等。

降水是水循环基础的一个环节，且是水量平衡方程的基本参数之一。

降水是地表径流的源头，也是地下水的主要补给源头。

降水在空间分布上的不均匀与时间变化上的不稳定性是引起洪涝，旱灾的主要原因。

所以对降水的研究分析显得尤为重要。

我国地处欧亚大陆东南部，濒临太平洋，大部分区域位于大陆气流和海洋气流的交汇区，这两种气流汇合形成了我国主要雨带，二者的强弱，消长容易造成降水的时空分布不均匀。

又由于受到东亚季风活动的影响，我国降水具有鲜明的季节性变化特征。

降水主要集中在下半年。

在此期间，华南、长江中下游、华北等地区的降水分布、雨带的移动在很大程度上将受到东亚季风的控制伴随着季风，由南向北推进的降水给我国东部内陆地区带来了充足的水汽资源，必将导致各地区降水量的大小及其季节内的分配形态出现年际或年际带的变化。

我国的降水分布不仅在时间上呈现着鲜明的季节性变化，在空间分布上也有着显著的区域性特征。

我国疆域辽阔，东边是浩瀚的太平洋，西北深入亚欧大陆，海陆分布的热力影响极为显著，各地区气候差异非常大。

并且我国地势西高东低，从在我国西南的青藏高原到我国东部的平原地区形成三级阶梯，且我国多山地、丘陵，导致在相同纬度也具有独特的气候特征。

我国大部分地区处于季风气候,逐年之间季风的不稳定性造成了我国旱涝灾害的频繁发生。

及时、有效地监测预警旱涝灾情并采取应对措施成为我国各级政府部门将面临的一项非常严峻的任务。

在以往的监测中，通常以气象观测站点的数据作为指标，例如：标准化降水指数、相对土壤湿度、降水量距平百分率等，这些指标能比较好地反映出旱情,但在以往的方法中存在着以局部代表整体的问题，旱情观测范围仅限于有限的观测站点,不能完全覆盖我国地区。

相比较于以往的站点监测,遥感方法的优势在于可以在时间和空间上快速获取大面积的地面信息,其监测结果更为直接、客观。

降水量距平百分率是一个传统的旱情指标,它是某时段的降水量与常年同期气候平均降水量之差与常年同期气候平均降水量相比的百分率。

降水量距平百分比是表示某段时间降水量与常年值相比偏多或偏少的指标之一,能够直接表示由于降水异常引起的干旱;在气象业务中一般用于评估月、季、年发生的干旱事件。

本文的目的是尝试利用遥感数据计算降水量距平百分比。

所采用的遥感数据为TRMM降水产品。

1.2研究现状近些年来,国内外许多学者对我国东部的降水分布时空特征及其变化规律作了不少研究,发现了若干事实。

王艳娇和闫峰[1]对1960—2020年中国降水区域分异及年代际变化特征进行研究，发现我国降水实际区域分异特征比较符合，并与中国气候区划相一致。

在研究数据方面，已有的研究多采用中国500多或700多台站对降水特征进行分析(李聪,2012[2]，王勇,2007[3];)，由于中国地形差异大，降水空间分布极不均匀，采用500多或700多站点资料分析全国降水在表征局地降水区域性差异的代表性方面可能存在一定的不足；在研究空间范围方面，由于中国降水的区域性差异较大，已有的研究多选择中国的某个区域降水特征进行分析，如东部(张人禾,2008,[4])、西北地区(李栋良等,2003; 施雅风等,2003,[5])、西南地区(马振峰等,2006[6];)或更小的区域如流域(陈睿智等,2012[7])等，对全国性降水分区特征研究相对较少。

杨少鄂，吴炳芳[8]基于TRMM 降水产品计算月降水距平百分率，对数据进行检验，得出由TRMM 数据计算月降水量距平百分率可作为旱情监测的有效手段。

毛江玉，吴国雄[9]基于 TRMM 卫星资料揭示的亚洲季风区夏季降水日变化，揭示了亚洲季风区降水特征，格桑，苏雪燕[10]对降水距平百分率在西藏干旱判定中的验证，得出。

降水距平百分率等级标准判断的干旱结果与实际出现的旱情基本吻合1.3本文研究内容本文将基于TRMM 卫星所得的降水观测资料，对2001年—2020年全国范围内的降水的平均分布特征，平均降水距平和降水距平百分比进行分析，研究了全国十年来降水空间分布的特征、降水十年来的波动情况以及我国近年来的干旱、洪涝情况。

通过对各季我国陆地的降水多年的平均分布，分析了我国降水的季节性变化。

第二章 资料和方法2.1资料说明热带测雨卫星(the Tropical Rainfall Measuring Mission, TRMM)是1997年11月27日由美国和日本共同发射的卫星。

自成功发射以来，它为气象工作者提供了大量热带海洋降水、云中液态水的含量、潜热释放等气象数据。

TRMM 卫星是一颗非太阳同步卫星, 轨道与赤道的倾角约 35°, 轨道高度为 350 km (2001年8月7日后调整为 400 km), 环绕地球一周约需 91.6分钟。

分辨率是网格为0.25°×0.25°空间分辨率在50N 和50S 之间的一个全球性的皮带，并有3个小时的时间分辨率。

TRMM 卫星共搭载5种遥感仪器，分别为可见光和红外扫描仪VIRS 、TRMM 微波图像仪TMI 、降水雷达PR 、闪电图像仪LIS 及云和地球辐射能量系统GERES 。

其中VIRS 、TMI 和PR 为TRMM 卫星的基本降水测量仪器。

对于降水的测量，我们使用的TRMM 3B42第7版产品：该产品融合了降雨雷达与地球同步卫星和从雨量计数据的附加信息对连续降水量估计测量。

热带测雨卫星(the Tropical Rainfall Measuring Mission, TRMM) 上搭载的测雨雷达(Precipitation Radar, PR)可以在时间、空间上快速获取大面积的地表信息,其监测结果更为直接、客观。

2.2方法降水距平(precipitation anomaly)，是指某地个别年（月）份的降水量与多年（月）平均值之差称为降水距平。

M=P−P mean其中P代表某地个别年、月的降水量，P mean代表多年、月降水量的平均值，M 代表降水距平。

降水距平的值有正有负，将某地区的某些年份降水距平的绝对值相加，再除以记录年份数，就得出该地区平均降水距平值M a=∑|M i| ni=1n其中n代表年份，M i代表i年的的降水距平，M a代表平均降水距平值。

降水量距平百分比，即将降水距平取绝对值，再减去降水量的平均值，将此结果除以降水量平均值，乘以100%，即为降水距平百分比。

P a=|M|−P meanmean×100%式中P a为降水距平百分比。

是重要的气候指标之一。

第三章数据资料分析研究区域及季节划分：全国数据的选取范围为：70°E～135°E，15°N～50°N；西北地区数据的选取范围为：90°E～100°E，30°N～40°N；华北地区数据的选取范围为：110°E～120°E，30°N～40°N。

本研究季节划分为:12月~次年2月为冬季、3月~5月为春季、6月~8月为夏季、9月~11月为秋季。

3.1 2001年—2020年全国平均降水分布特征图1 2011年—2020年全国平均降水分布图l所示的是基于2001年1月－2020年12月TRMM的降水产品，分析了我国降水的10年平均分布特征。

图中可以看出来降水量的大值区基本在图中呈现为黄色、少部分地区呈现橙色或红色由上图可以看出我国的降水的空间分布具有明显的地理特征。

从图中可以看出影响降水的因素基本可以认为有地理位置对降水的影响、气旋、对流等因素对降水的影响和地形对降水的影响。

在图中可以明显看出，全国降水量最大值可达2000mm以上，而最小值只有几十毫米。

图中的颜色大致呈现出从南至北逐渐变浅，说明伴随着纬度的升高，降水量在逐渐变小。

一般来说，低纬地区气温高，蒸发量大，从而导致空气中水汽含量大，所以降水多。

而高纬地区，气温往往偏低，蒸发量小，空气中水汽含量低，故降水少。

并且在图中可以看出，从海洋沿岸到内陆降水量也是逐渐递减的。

因为海洋是水汽的主要源地。

因而距离海洋的远近直接影响空气中的水汽含量，进而影响陆地上的降水量。

所以我国降水量大致从东南沿海向西北内陆递减的。

图中的降水量在秦岭淮河一线有一个明显的色差，说明在我国的降水以此为界限，有一个明显的分别，而导致这种情况的原因是我国大部分地区处于季风气候，因而气旋、对流将对我国降水产生不可忽视的作用。

在春夏之际气旋主要在我国长江流域和淮河流域一带常形成持续的连绵的阴雨天气，即梅雨季节，而进入7、8月份后锋面北移进入华北，西北地区，从而使广大的华北和西北地区进入雨季。

台风对东南沿海地区的降水影响还是很大，是这一地区雨季的主要降水形式，有些台风还能深入内地，减弱后变成低气压，从而给我国内地带来较大的降水。

图中在同一纬度上，同样毗邻海洋，我国的青藏高原地区的降水量却明显低于其他地区。

这说明地形对降水产生的重要影响。

地形主要是通过气流的屏障作用与抬升作用对降水的强度与时空分布发生影响。

当气流从西南方向过来，由于青藏高原的高海拔，对气流产生抬升作用，从而导致降水的产生。

而在青藏高原上全年少雨。

3.2 2001-2020年降水的季节平均分布特征图2~图5是利用2001年3月－2011年2月TRMM的产品得到的全国范围内的降水的季节平均分布图，以此来分析全国范围内降水的季节空间分布特征。