作者简介｜PROFILE
PROFILE
第一作者：陈鹏翰，2024年硕士毕业于南方科技大学环境科学与工程学院，导师为刘俊国教授。本科毕业于武汉大学水利水电学院。目前合作发表论文6篇，对交叉学科方法具有浓厚兴趣（如高性能计算、物理仿真、卫星遥感、机器学习等）。
主要研究方向：全球水循环机制、变化及其可持续性
联系方式：perhapschen@gmail.com
共同一作：陈爱芳，博士，东莞理工学院特聘副研究员，硕士生导师。2020年获瑞典哥德堡大学自然地理学博士学位，同年获“南方科技大学校长卓越博士后”资助赴南方科技大学开展博士后研究；2023年入职东莞理工学院。主要从事全球变化与水文水资源、生态水文、极端气候事件和台风活动等领域研究工作。主持和参与国家级、省部级项目数项，发表SCI/EI论文30余篇，获“深圳市孔雀人才C类人才”称号。
引文链接｜CITATION
Chen, P., Chen, A., Yin, S., Li, Y., & Liu, J. (2024). Clustering the diurnal cycle of precipitation using global satellite data. Geophysical Research Letters, 51, e2024GL111513. https://doi.org/10.1029/2024GL111513
关键词｜KEYWORDS
降水日变化、季节差异、层次聚类、热力环流
摘要｜ABSTRACT
降水的日变化（Diurnal Cycle of Precipitation,DCP）是跨不同时间尺度降水循环的基本组成部分。然而，目前缺乏对 DCP 的全面而直观的聚类描述，包括全球尺度的降水量、频率、强度和季节性，这在一定程度上对理解气候的社会影响造成阻碍。
本研究利用层次聚类分析法对高分辨率卫星降水数据进行分析，探究全球DCP空间分布及其季节性差异。结果表明，沿海和地形复杂的地区在全球范围内表现出复杂的聚类模式。显著的聚类间差异表明降水量和频率的日变化比降水强度的日变化更显著（图1）。
图1.（a）全球降水量的日变化周期。不同颜色代表不同的集群，不同透明度代表不同的年降水量（24小时总和）。下方的玫瑰图展示了每个集群的具体DCP模式。半径代表归一化小时降水量的平均值，角度代表不同的地方太阳时。阴影条突出显示峰值时段。（b）全球降水频率的日变化周期。不同颜色代表不同的聚类，不同透明度代表不同的年降水频率。（c）全球降水强度的日循环。不同颜色代表不同的聚类，不同透明度代表不同的日降水强度。
季节性聚类转变表明全球DCP具有明显的季节性差异（图2）。其中，68.0%的陆地面积和 51.7%的海洋面积经历了季节性聚类转变。
图2.不同季节全球降水量的日变化，（a）夏季，（b）冬季。
不同颜色代表不同的聚类，不同透明度代表不同的年降水量。
相比传统聚类方法，层次化方法可以深入聚类的决策过程，进而有助于理解影响DCP的主要和次要因素。通过结合每个层次的聚类中相似的外部特征（如地形、陆地-海洋关系等），我们可以探索影响降水量的日变化的多个因素。
图3. 全球降水量日变化的聚类过程。不同颜色代表不同的聚类。玫瑰图显示每个聚类的平均值。
本研究提供了多组信息丰富且用户友好的 DCP 地图，促进了对亚日（sub-daily）降水机制及其气候影响的研究。
总结：使用卫星降水数据首次在全球范围内对降水日变化进行聚类，探究了包括降水量、频率、强度、季节性在内的多组降水日变化特征。
相关推荐｜RECOMMENDATIONS
[1] Dai, A. (2024). The diurnal cycle from observations and ERA5 in precipitation, clouds, boundary layer height, buoyancy, and surface fluxes. Climate Dynamics, 1–30. https://doi.org/10.1007/s00382-024-07182-6
[2] Fang, J., & Du, Y. (2022). A global survey of diurnal offshore propagation of rainfall. Nature Communications, 13(1), 7437. https://doi.org/10.1038/s41467-022-34842-0
[3] Liu, J., Yang, L., Jiang, J., Yuan, W., & Duan, Z. (2021). Mapping diurnal cycles of precipitation over China through clustering. Journal of Hydrology, 592, 125804. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2020.125804
撰稿: 陈鹏翰 | 编辑: 杨帆 | 校稿: Hydro90编委团
