基于微波辐射计资料计算大气水汽含量与增雨潜力及研究.pdfVIP

基于微波辐射计资料计算大气水汽含量与增雨潜力的研究 吴栋桥 齐麟 王能根 赵雅静 王芬芬 （咸宁市气象局，咸宁 437100） 摘要：咸宁市于2008年6月开始开展微波辐射项目观测，观测数据有较好的准确性、稳定性和连续性。本文利 用2008年6月至2011年6月微波辐射计的观测资料对咸宁市不同高度、月份的大气中的水汽含量、液态水含量等 资料进行分析，并结合咸宁市的气候特点，分析了咸宁市的水汽资源、人工增雨潜力，分析发现咸宁市实施人 工增雨的较好月份是8、9月份，在增雨时机的选择上则可以综合考虑微波辐射计的温度、液态水分布、水汽含 量等资料，结合当地的天气预报、雷达图像等其它资料。 关键词：微波辐射计；水汽含量；增雨潜力 引言 大气中水汽资源是地区水汽资源可持续利用的重要来源，精确观测和合理估算空中水汽资 源具有重要意义。可降水量PWV(Precipitable WaterVapor)是反映大气中水汽含量的重要物 理量，是指某一时刻假设单位截面大气柱中的水汽全部凝结为液态水并以降水形式落在地面上 的液态水厚度。 微波辐射计通过大气的微波辐射和红外辐射与地面气象参数（温度、湿度、气压等）反演 垂直大气柱中的温度、湿度和水汽廓线。相对于长久以来的探空法来估算云水资源具有时间分 辨率高、精度高、长时间无人值守等优点。 本文利用中国气象局武汉暴雨研究所布设在咸宁市气象局咸宁国家气象观测站（地点在黑 山）的微波辐射计在不同高度和月份的大气中的水汽含量、液态水含量等资料，并结合咸宁市 的气候特点，分析了咸宁市的大气云水资源、人工增雨潜力。咸宁国家气象观测站于2008年6月 初开始微波辐射观测，所使用的微波辐射计能观测高度为10km以下的垂直大气柱中不同层次的 温度、湿度和液态水廓线数据，大气柱共分58层，500m以下每50m一层，500m～2000m每100m一 层，2～10km每250m一层，观测数据反映大气柱中各个层的平均状况。 1 资料处量方法 从微波辐射计数据文件中提取水汽积分数据进行统计，包括汽态水积分和液态水积分，计 算每日水汽积分平均含量。水汽积分瞬时值为地面上10km内，58个层水汽密度的积分计算值； 每日水汽积分平均值为每日每两分种水汽积分瞬时值的均值。 水汽含量计算方面，杨景梅[1]等曾用地面水汽压经验公式计算水汽含量，但水汽受时空影响 较大，用地面水汽压经验公式计算不及多层积分准确。微波辐射计的观测在时间上具有连续性， 每两钟采集一组数据，结合有效的计算方法使得结果更准确。 日水汽平均值累加得到月水汽含量，每月累加为年总量。每月平均水汽含量与地面实际降 水日、降水量对比可得到可能降水量、自然降水产出率、人工增雨潜力。 月可能降水量计算方法:月可能降水量用降水日的水汽积分累加[2-3] ε =r/c*100％ η=1-ε ε为自然降水产出率，r为月实际降水量，c为月可降水量，η为增雨潜力 计算地面以上每千米水汽含量，用58个层的水汽密度值通过积分得到每千米大气层的水汽 含量，从而了解各高度层内水汽垂直分布规律。 应用微波辐射计资料计算各千米大气柱水汽含量的公式为： W=∑AH n i i -2 -3 式中W表示水汽含量，单位为g⋅cm 或mm，A表示58个层水汽密度之一，单位为g⋅m ，表示水汽 n i 测点所代表的均衡高度值，单位为m。 计算的可能降水量是指在不考虑水汽循环前提下形成的理论降水量，由此计算出的增雨潜 力要比实际增雨潜力值偏大，但从气候角度分析的结果对水汽资源的开发仍具有重要意义。 2 咸宁大气中的水汽总量 2.1 水汽含量和可水量的月变化 各月平均水汽含量、降水量、及可降水量都具有明显的季节性，变化趋势相似（见图1）。 夏季水汽资源丰富，冬季水汽资源较少。 咸宁市各月水汽含量呈明显的单峰型，峰值通常出现在7月份，谷值通常出现在1月份， 水汽含量变化具有明显的季节性。年总水汽含量为12000mm左右，与咸宁市1600mm左右的年平 均降水量相比，空中水汽资源的开发潜力较大。 咸宁市各月平均大气可降水量亦呈单峰型，峰值出现在夏季，而谷值出现在冬季，有显著 的季节性差异，与