安順市空中水資源開發潛力分析

鄧世有,帥忠蘭,葉 幫,熊 斌

(貴州省安順市氣象局,貴州 安順 561000)

安順市空中水資源開發潛力分析

鄧世有,帥忠蘭,葉 幫,熊 斌

(貴州省安順市氣象局,貴州 安順 561000)

利用安順市各縣 (市)1978—2007年每日 4個時次地面水汽壓和降水資料,計算了每個站的可降水量,分析了該市可降水量的時空分布和多年的變化趨勢。結果表明安順市具有較大的人工增雨潛力,合理開展人工增雨工作,可有效緩解安順市水資源時空分布不均問題。

大氣可降水量;月平均大氣可降水量;逐年大氣可降水量;自然降水產出率;人工增雨潛力

1 引言

安順市位于多雨的季風區,雨量充足。但由于全市境內多為喀斯特地形,地貌復雜,山高坡陡,耕地土層薄,蓄水、保水能力差,多數耕地嚴重缺水,而人工增雨是解決貴州省工程性缺水的有效手段。因此進行人工增雨潛力分析研究,可為積極實施人工增雨提供重要的參考依據。本文利用安順市所轄各縣觀測站 1978—2007年近 30 a月平均降水量、降水日數、逐年降水日數資料以及各站逐日水汽壓資料,分析了該市空中云水資源的時空分布特征,并對安順市的增雨潛力進行了評估。該研究將為今后有效開發利用當地的空中水資源提供參考依據,為氣象災害應急服務增添新的內涵,充分體現氣象為社會主義新農村服務,同時為農業生產、防災減災、應急響應提供有力的技術產品支持,將產生較大的社會效益和經濟效益。

2 資料與方法

本文使用的資料主要包括:安順市及所轄各縣站 (平壩、關嶺、普定、鎮寧、紫云、安順 )1978—2007年逐日水汽壓資料以及各站月均降水量、月均降水日數和逐年降水日數資料。季節按習慣劃分,即春季為 3—5月,夏季為 6—8月,秋季為 9—11月,冬季為 12—次年 2月。

①整層大氣日可降水量的計算方法。這里采用楊景美、邱金恒[1,2]的地面水汽壓關系經驗公式。具體表達式為:

其中W為整層大氣逐日可降水量 (mm),e為地面水汽壓 (hPa),a0和 a1為經驗系數。青藏高原以外地區的經驗系數為:

其中φ為地理緯度,H為海拔高度 (km)。安順所轄各縣站緯度為:20°N<φ<30°N,所以各參數的計算公式如下:

②整層大氣月可能降水量的計算方法。月可能降水量是建立在日可能降水量基礎上的物理量。其表達式為[3]:

式中,Ry為月可能降水量 (mm);Wy為多年平均各月日可能降水量 (mm),日可能降水量是指不考慮水汽環流、輸送的前提下,單位面積區域內空中水汽全部凝結并形成的理論降水量;Ny為當地多年實際月平均降雨日數。

③整層大氣逐年可降水量的計算方法。年可能降水量也是建立在日可能降水量基礎上的物理量。其表達式為:

式中,Rn為月可能降水量 (mm);Wn為每年平均日可能降水量 (mm),Nn為當地每年實際降雨日數。

④自然降水產出率的計算方法。自然降水產出率 (M),是指統計時段內實際降水量 (R)與可能降水量 (Rp)(其中 Rp可以為:W、Ry和 Rn)的百分比,其表達式為:

⑤人工增雨潛力的計算方法。一般來說,在可能降水量一定的情況下,自然降水產出率 (M)越低,其增雨潛力(L)越大。增雨潛力的計算表達式為:

3 安順市空中水資源時空分布特征

3.1 安順市大氣年均可降水量地理分布特點

安順市年平均空中水資源總量為 5 300～5 820 mm。年平均最大可降水量為 5 820 mm,分布特點是從西北向西南逐漸增加,西南部與其它地區差異較大,在 5 300～5 820 mm之間。關嶺是個高值中心,在 5 800 mm以上;兩城區和普定最低,大部在5 400 mm以下 (見圖 1)。這種分布特點與貴州省主要水汽來源通道和地形密切關聯。貴州省水汽來源于南海、印度洋、太平洋等南方洋面,在水汽由南向北輸送途中,含量漸漸減少,形成水汽南多北少,且由于貴州是倒簸箕地形,所以處于貴州中部的安順南部地勢較低北部較高,使得從南面來的水汽受到地形的阻擋,所以形成最大可降水量南高北低的分布。

3.2 安順市大氣四季可降水量地理分布特點

據統計,安順市年平均有效空中水資源量為5 470 mm。全市地理分布大致為南部多,北部少,時空分布極不均勻,年總量關嶺最多,為 5 820 mm。分析安順市大氣四季平均可降水量地域分布圖 (圖2)可知,各季大氣可降水量的地理分布特點:春季從西北向東南逐漸增大,夏季為東北向西南逐漸增大,秋季為東南到西逐漸增大,冬季東北部最大,中部次之,東南和西北最小。各季各縣大氣可降水量季節差異特點:夏季最大,最多的關嶺與最少的平壩相差 380 mm,其次是秋季、冬季,各地相差 10～140 mm,春季相差最小,其差值為 10～90 mm左右。這可能是因為影響貴州降水系統的水汽輸送主要靠西南暖濕氣流,使安順西南部有效空中水資源量較大。

圖 1 安順市 (1978—2007年)大氣年平均可降水量地域分布圖 單位(mm)

3.3 安順市大氣可降水量年際分布特點

圖 3為 1978—2007年近 30 a安順市逐年大氣可降水量年平均。分析圖 3可知,總體上看,安順市逐年大氣可降水量年平均的年際變化特征明顯,其中 1987、1993、2004處于谷值區 ,1983、1991、1995、1997、2000年處于峰值區;且隨年代遞減,大氣可降水量呈明顯的下降趨勢,按不同年代分別統計,便可看出其遞減趨勢,1978—1987年全市年平均大氣可降水量為 5 560 mm,1988—1997年為 5 270 mm,1998—2007年以來為 4 940 mm。另外,安順市大氣可降水量的 30 a平均值為 5 260 mm,極大值 6 120 mm,出現在 1983年,極小值 3 870 mm,出現在 2004年。大氣可降水量隨年代遞減可能主要是全球氣候變暖帶來的干旱問題而引起的。

4 增雨潛力時空特征分析

4.1 月可能降水量

圖 4為 1978—2007年近 30 a安順市大氣可降水量月平均,由圖 4可知,安順市各月平均大氣可降水量呈近似的正態分布,月平均值為 456 mm,最大值出現在 7月份為 823 mm,6月份次之,為 772 mm,最小值出現在 12月份為 188 mm;從季節變化看,夏季平均 230mm,遠多于冬季的 64 mm,春季平均 130 mm,略多于秋季的 123 mm。

圖 4 月平均大氣可降水量圖

4.2 自然降水產出率

安順市全年各地各月自然降水產出率平均為20%。圖 5為 1978—2007年各縣站月平均自然降水產生率,從圖 5看到,安順市各縣自然降水產出率在 9%～42%之間,其月變化呈“單峰”型,峰值大多出現在 6月,為 42%,谷值出現 12月,為 8.8%;從其區域分布看,安順北部的自然降水產出率大于南部。

4.3 增雨潛力

圖 6為 1978—2007年各縣站各月平均增雨潛力,從圖 6中可見,安順市增雨潛力年平均為 80%,冬季增雨潛力較大,大多在 87%以上;秋季次之,大多在 78%以上;春季再次之,增雨潛力在 66%以上;夏季增雨潛力最小,在 58%～77%之間。其地理分布,增雨潛力南部大于北部。

5 結論

①從總體上看,安順市年大氣可降水量隨著年代遞增而呈遞減趨勢。

②安順市空中水汽含量月變化呈正態分布,7月最大,6月次之,12月最少?？罩兴肯募具h多于冬季,春季略高于秋季;地域上大致為從西南到東北遞減。

③1—7月份是空中月可能降水量變化的增長期,8—12月是月可能降水量的遞減期。

④夏季自然降水產出率最高,其次為秋季、春季和冬季。北部地區自然降水產出率明顯高于南部地區。

⑤全年各地冬季增雨潛力最高,夏季最低。北部地區增雨潛力低于南部地區。

本文分析的大氣可能降水量只是理論值,所以討論的增雨潛力也只是一個理想值。因為事實上大氣中的水汽不可能全部凝結并形成降水,計算出的最大降水量遠遠高于實際降水量,但對有效開發利用安順市空中水資源,合理進行人工增雨仍具有重要意義。

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[2] 楊景梅,邱金恒 .我國可降水量同地面水汽壓的經驗表達式[J].大氣科學,1996,20(5):620-626.

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1003-6598(2011)01-0021-04

2010-03-19

鄧世有 (1982-),男 (回族),助工,主要從事中短期天氣預報工作。