中国西北地区水汽聚散过程分析研究.pdfVIP

第4分会场 西部地区资源环境与区域发展41 中国西北地区水汽聚散过程分析① 王可丽 程国栋 江 灏 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，兰州，730000 摘 要 降水是水汽在大气中输送一汇聚一凝出的过程。本文对中国西北地区大气水汽 聚散过程(平流输送和辐合输送)进行分析，为改善该区降水预测的可靠性提供科学依据。利 用NCEP／NCAR分析气候资料，分析结果表明：对于气候状况而言，在西北地区东部和新疆的 西部、北部有正的水汽平流输送，其余大部分地区为水汽平流输送负值区。在西北地区中部， 有大范围的水汽辐合输送负值区，而高海拔地区为正的水汽辐合输送区。近50年来，西北地 区水汽净输送有减少的趋势。且其量值及年际变化幅度都小于华北地区；其中的水汽平流输送 有上升的趋势，相对贡献在增加，与华北地区的差异在缩小；而水汽辐合输送在下降，与华北地 区有相反的变化趋势，因此与华北地区的差距在加大。西北地区的水汽平流输送主要受西风 带控制，水汽辐合输送与南亚夏季风有显著相关，西风带水汽输送对西北地区水汽净输送的作 用在增强。 关键词 气候学 水汽平流输送 水汽辐合输送 中国西北地区 一、引言 降水是气候变化的重要特征量，因其与人类社会的经济发展和生存质量密切相关，故其预测准确率 始终是备受社会各界关注的问题。而现实情况是，气候尺度意义上的降水预测的可靠性尚未达到人们 的预期。降水是水分在大气中输送、汇聚并从大气中凝出的过程，20世纪50年代以来，尤其是在90年 代之后，国内外针对大气中水分输送的研究有了快速的进展，取得了一些新的研究成果，但至今对大气 中水分汇聚过程的研究还很少。在某一地区的上空，大气中的水汽汇聚过程是降水形成所必须历经的 过程，研究大气中水汽汇聚过程，是提高降水预测准确率的基础性工作之一，为此，本文作者在研究分析 了中国西北地区大气水汽的来源和输送问题的基础上，进一步对西北地区大气水汽聚散过程进行分析， 为改善西北地区降水数值模拟参数化和预期可靠性提供科学依据。 二、方法与资料 大气中的水汽汇聚过程可通过水汽输送通量散度计算，水汽输送通量散度由平流项和辐散项两部 分组成，其单位气柱的数学表达式为： V·西2吾片阳卿+吉f飘V·矿胁 (1) 式中：矿=(“，u，训)，“和口分别为东西风分量和南北风分量，叫为垂直速度，口为比湿，P。为地面气 压，Pt为大气上界气压，g为重力加速度，吉f：矿·Vqdp为平流项，吉J竺q·(V·矿)(fp为辐散项。 ①基金项目：中国科学院知识创新项目(KZCX3一SW一324；KZCXl—09)；国家自然科学基金项目。 42 以科学发展观促进科技创新(下) 一2≮———==——#———==———=；——=———=——=—；≤≮—#☆=—=————# 单位气柱水汽含量的计算式为： w：土Iqdp (2) JPl g 2．5。×2．50垂直为17层。 三、中国西北地区平流输送和辐合输送的空间分布 大气水汽净输送表征大气中水汽的聚合／扩散，在数值上，它是大气水汽输送通量散度的负值，从物 理过程上可分解为平流输送和辐合输送两部分。 (一)平流输送 由(1)式可见，平流输送是由平均风场和水汽梯度的乘积构成，因此与这两个物理量有关。其物理 意义为：在局地水汽与周边水汽大环境存在差异时，在顺势气流的作用下水汽聚合／扩散，从而对水汽输 送通量散度即水汽净输送有贡献。图1(a)给出了西北地区多年平均的6～9月水汽平流输送空间分 布。与此对应，还给出了同一时段的大气水汽含量空间分布[图1(b)]。 图1 中国西北地区多年平均的6～9月水汽平流输送空间分布 (a)水汽平流输i羞[g／(cm2·s)]和