1960—2019年甘肃大气水更新与地面降水空间分布的关系

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2020.00066

摘要/Abstract

摘要：

利用1960—2019年水汽压资料和2013—2019年逐6 h的ECWMF（欧洲中期数值预报中心）再分析资料，分析甘肃区域空中水汽与水凝物的空间分布状况，诊断其输送、更新周期及降水效率等特征，为人工增雨提供依据。结果表明：（1）甘肃大气常态储水年总量（年内逐日累计）约4×10¹⁵ kg，其中水凝物约4.5×10¹⁴ kg，空中云水含量约3×10¹⁴ kg，水汽凝结效率为11.8%，总水物质降水效率为4.1%，水汽降水效率为4.0%，水凝物降水效率为35.1%；年度水汽输入为3.79×10¹⁵ kg，输出为3.89×10¹⁵ kg，净输出9.77×10¹³ kg，水凝物输入为1.24×10¹⁴ kg，输出为1.39×10¹⁴ kg，净输出1.47×10¹³ kg。（2）年内水汽和水凝物输送西多东少，水凝物除祁连山区外全省以净输出为主，水汽、水凝物除祁连山区和西秦岭山区外全省以净输出为主，祁连山区域水汽输送量远大于水凝物瞬时存量。（3）水汽年内逐日输送强度呈明显的单峰形式，单日最大输送与最小之间相差10倍以上，高输送阶段集中在6—9月（输送量占全年55.4%）；水汽日输入与输出变化几乎一致，准周期振荡显著。（4）水汽和水凝物更新周期空间变化趋势和水汽非常相似，由河西向东递减，河西西部水汽循环最慢（超过50 d），东部及南部水汽循环较快（8 d左右），水凝物的更新速度明显快于水汽（最快约4 h）。（5）甘肃区域水汽气候演变具有较高的区域一致性，年际变幅较小、大气云水资源量相对稳定，为开发利用大气水资源提供可行性；河东是水汽气候变化敏感区，祁连山区相对稳定丰水汽区，年际和年内振荡周期演变特点，有利于人工增雨作业。

关键词: 大气水, 更新, 降水格局, 关系, 甘肃

Abstract:

Usingthe water vapor pressure data from 1960 to 2019 and the 6-hour ECWMF reanalysis data from 2013 to 2019， the characteristics of the spatial distribution of water vapor and water condensate in the Gansu were analyzed， and the transmission， renewal cycle and precipitation efficiency of water vapor and water condensate were also diagnosed. Furthermore， the causes of the spatial distribution pattern of precipitation in Gansu were analyzed to provide the basis for seeking the sensitive areas and time periods for artificial rainfall enhancement. The results show that：（1） The annual total amount of atmospheric water storage in Gansu （accumulated daily during the year） was about 4×10¹⁵ kg， of which the atmospheric water condensate was about 4.5×10¹⁴ kg， the cloud water content was about 3×10¹⁴ kg， and the water vapor condensation efficiency was 11.8 %. The total water substance precipitation efficiency was 4.1%， water vapor precipitation efficiency was 4.0%， and water condensate precipitation efficiency was 35.1%. The annual water vapor input was 3.79×10¹⁵ kg， output was 3.89×10¹⁵ kg， net output was 9.77×10¹³ kg， water condensate input was 1.24×10¹⁴ kg， the output was 1.39×10¹⁴ kg， and the net output was 1.47×10¹³ kg. （2） During a year， water vapor and water condensate transmission were larger in the west Gansu than in the east Gansu. The water condensate was net output in the total province except in Qilian Mountains， and water vapor was net output in the total province except Qilian Mountains and West Qinling Mountains. The water vapor transmission in the Qilian Mountains was much larger than its instantaneous stock. （3） The daily transmission intensity of water vapor obviously showed a single peak， and the difference between the maximum and minimum transmission of a single day was more than 10 times， and the high transmission phase was concentrated in June-September （the transportation volume accounts for 55.4% of the year）. The daily input and output of water vaper show quasi-periodic oscillation. （4） The spatial change trend of water vapor and condensate renewal cycle was very similar to that of water vapor， which decreased from west Gansu to east Gansu. The water vapor recycle period in the west Hexi was over 50 days， and the water vapor recycle period in the east Gansu and south Gansu was about 8 days. The renewal rate of condensate was greater than that of water vapor （the fastest was about 4 h）. （5） The evolution of water vapor in Gansu had a high regional consistency， the interannual variability was small， and the amount of atmospheric cloud water resources was relatively stable， providing feasibility for utilization of atmospheric water resources. Hedong region was sensitive of climate change for water vapor， and Qilian Mountains was relatively stable and rich in water vapor. The characteristics of the interannual and intraannual oscillation evolution was helpful for artificial rain enhancement operation.

Key words: atmospheric water resources, renewal, precipitation distribution, relationship, Gansu

中图分类号:

P426

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图/表 10

图1 1960—2019年甘肃水汽月总储量空间分布（单位: 104 mm）

Fig.1 Spatial pattern of monthly water vapor in Gansu during 1960-2019（Unit: 104 mm）

图2 1960—2019年甘肃年EOF1水汽空间分布(单位:104 mm)

Fig.2 Spatial pattern of EOF1 of annual water vapor in Gansu during 1960-2019 (Unit:104 mm)

图3 2013—2015年甘肃水凝物（A）和水汽（B）年平均瞬时值分布

Fig.3 Annual mean instantaneous distribution of water hydrogel (A) and vapor (B) in Gansu Province during 2013-2015

图4 2013—2019年甘肃日水汽变化曲线（A）及其小波分析（B，填色区表示正值区域）

Fig.4 Water vapor variation curves (A) and its wavelet analysis (B) in Gansu Province during 1960-2019

图5 2013—2015年甘肃水汽（A）和水凝物（B）年平均净输送值分布

Fig.5 Distribution of average annual net transport of water vapor (A) and hydrogels (B) in Gansu during 2013-2015

图6 2013—2015年甘肃水汽（A）和水凝物（B）更新周期分布

Fig.6 Distribution of water vapor (A) and hydrogels (B) annual average renewal period in Gansu during 2013-2015

图7 甘肃省大气水REOF空间模分布

Fig.7 Spatial pattern of the first 4 rotation loading vectors from REOF in Gansu

图8 甘肃省月大气水总量异常的分区

Fig.8 Spatial pattern of monthly atmospheric water resources abnormality in Gansu

图9 甘肃省月降水异常的分区

Fig.9 Spatial pattern of rainfall abnormality in Gansu

图10 2013—2015年甘肃年平均空中云水资源总量（A）和年降水量（B）分布

Fig.10 Distribution of total air cloud water resources (A) and average annual precipitation (B) in Gansu during 2013-2015

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