基于ERA5再分析資料的昆明市水汽輸送特征分析

摘要：為厘清昆明市水汽來源及輸送路徑，基于1980～2022年ERA5再分析資料，分析了年、季節尺度下昆明市水汽輸送特征。結果表明：在年尺度下，昆明市水汽輸送強度在空間上呈南強北弱的特點，東南部石林彝族自治縣、宜良縣水汽輸送強度最強，北部東川區最弱。昆明市春季和秋季的水汽主要來源于孟加拉灣北部及南海西部的兩支水汽輸送帶；夏季水汽僅受孟加拉灣水汽輸送帶影響，水汽輸送強度明顯弱于其他季節，此時昆明市上空水汽均呈輻合狀態，水汽主要匯集在西部祿勸彝族苗族自治縣局部地區；冬季水汽來源以中緯度的西風水汽輸送帶為主，西太平洋南海水汽帶為輔，此時昆明市大部地區呈水汽輻散特征，且在東北—西南地區上空存在一條明顯的水汽輻散帶。

關鍵詞：水汽輸送； ERA5再分析資料； 水汽輻合； 水汽輻散； 昆明市

中圖法分類號：P461 文獻標志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2025.04.003 文章編號：1006-0081（2025）04-0011-06

0 引 言

水汽輸送是大氣過程中的關鍵一環，充足的水汽是某一區域形成一場持續性降水的重要因素之一，而降水多寡與極端旱澇災害等問題有著密切聯系，也影響著水資源分配。近年來，水汽輸送過程已成為氣象及水文學研究中備受關注的科學問題。眾多學者對青藏高原［1］、怒江［2］、長江［3］、珠江［4］、黃河中游［5］等地區的水汽輸送特征展開分析，并取得了一系列的研究成果。沈鷹等［6］對云南省上空水汽資源時空分布進行了詳細分析，但針對昆明市局部地區的水汽輸送過程研究較少，加之當前昆明市已連續多年遭受嚴重旱災，且干旱災害總體呈頻次增加、影響程度加深加重的趨勢［7］，因此，針對昆明市水汽輸送特征開展相關研究至關重要。

ERA5再分析資料為歐洲中期數值天氣預報中心（ECMWF）的第五代再分析資料產品，其對ECMWF衛星氣候數據集進行了重新處理，且同化了更多的觀測數據和衛星數據，使得對大氣狀況的預測更加準確［8］。王瑞英［9］、張正國等［10］基于ERA5再分析資料對陜西、廣西地區的云水資源進行了評估。黃丁安等［11］利用ERA5再分析資料對2020年6月江淮區域水汽源匯進行了診斷分析，結果表明ERA5能較好地描述該過程中江淮區域的水汽收支特征。梅成紅等［12］基于ERA5再分析資料的比濕和地表氣壓數據計算得到了青海地區大氣可降水量及其時空分布特征。彭福強等［13］、黃靜等［14］利用ERA5 再分析資料分別對宜昌市的寒潮雨雪天氣過程及“8·26”暴雨過程進行了分析。隨著大氣探測、數據同化等技術的發展，ERA5再分析資料已成為進行水汽輸送、降水等相關研究的重要數據。

本文基于1980～2022年ERA5再分析資料，對昆明市上空多年平均的年、季節尺度下水汽輸送特征展開研究，旨在進一步了解昆明市水文循環規律，為昆明市水資源分配、防洪抗旱等工作提供參考。

1 研究區概況

昆明市（圖1）位于云貴高原中部，云南省中東部，具體位置為102°10′E～103°40′E，24°23′N～26°33′N，南北狹長，東西窄短，其地理位置具有東連黔桂通沿海，北經川渝進中原，南下越老達泰柬，西接緬甸連印巴的獨特區位優勢。昆明市處于長江、珠江、紅河分水嶺地帶，境內河流以長江流域河流為主；地勢北高南低，由北向南呈階梯狀逐漸低緩，北部多山，南部較為平坦；最高點為北部東川區拱王山主峰雪嶺，海拔達4 344 m；最低點是金沙江與小江交匯處的小河口，海拔為695 m，總落差達3 649 m。

2 數據資料與研究方法

2.1 數據資料

本文選取昆明市1980年1月至2022年12月逐月平均ERA5再分析資料，空間分辨率為0.25°×0.25°，可從Climate Data Store（CDS）官方網站進行下載。資料參數包括：比濕、1 000～100 hPa的分層經緯向風分量及相應的地面氣壓數據。

2.2 研究方法

水汽輸送通量是表示水汽輸送強度及方向的物理量，指單位時間流經某一單位截面積的水汽質量。水汽輸送通量散度指在單位時間內單位體積中積聚或者流失的水汽量，當水汽輸送通量散度為正時，表示該地區的水汽向四周流失，即為輻散狀態；當水汽輸送通量散度為負時，表示有水汽向該地區積聚，即為輻合狀態。計算公式如下：

式中：Q表示整層水汽輸送通量，kg/（m·s）；Qdiv表示水汽輸送通量散度，kg/（m2·s）；g表示重力加速度，m/s2；ps和pz分別表示地表和大氣層頂處氣壓，Pa；q表示比濕，g/g；V表示風速矢量，m/s。

3 結果分析

為準確反映流域水汽來源以及輸送路徑，本文將水汽輸送研究范圍擴大至85°E～115°E，8°N～30°N。昆明市多年平均水汽輸送見圖2。

3.1 多年平均水汽輸送特征

結合圖2昆明市多年平均水汽輸送情況可知，昆明市上空水汽以西南風水汽輸送為主，主要受印度洋北部孟加拉灣及太平洋西部南海兩支水汽共同影響，多年平均水汽輸送通量為85～125 kg/（m·s）。由箭桿長度可知，昆明市上空水汽通量呈現出明顯南強北弱的空間分布，昆明市地勢自南向北不斷爬升，水汽在輸送過程中不斷被消耗，使得其多年平均水汽輸送通量自東南向西北不斷減弱，昆明市東南部的石林彝族自治縣、宜良縣為水汽輸送通量高值區，水汽通量為120～125 kg/（m·s），而低值區為昆明市北部的東川區，水汽通量僅為85 kg/（m·s）左右。來自南海地區的水汽輸送帶在中南半島東部一側發生轉向，轉向后的南海水汽一部分持續輸送至昆明市東南部地區，另一部分水汽在與來源于孟加拉灣北部的水汽匯合后，再自西向東輸送至云南境內上空。

3.2 季節水汽輸送特征

3.2.1 春 季

由圖3昆明市春季水汽輸送情況可知，昆明市上空的水汽主要由西南風帶主導，整體輸送方向為自西南向東北輸送，水汽主要來源于孟加拉灣北部及南海西部的兩支水汽輸送帶，水汽輸送通量為130～190 kg/（m·s），空間分布特征同多年平均保持一致，均呈現出南強北弱的特點，昆明市的石林彝族自治縣、宜良縣仍為水汽輸送高值區，水汽輸送通量為180～190 kg/（m·s），北部的東川區為低值區，水汽輸送通量為130 kg/（m·s）左右。在青藏高原南部至孟加拉灣西北部區域，存在一個槽線位于88°E左右的低壓槽，即南支槽，春季為南支槽的活躍期，云南春季的水汽輸送受該槽影響［15］。在孟加拉灣區域（8°N～15°N）存在正南風水汽輸送，該支水汽與南支西風帶輸送的水汽在南支槽前得以匯合，在二者共同作用下，使得南支槽前西南風的水汽輸送增大，進而形成一支水汽輸送強度高達220 kg/（m·s）的強水汽輸送帶，這支氣流一部分送至雅魯藏布江流域上空，另一部分經緬甸持續輸送至云南境內。自南海而來的水汽，在中南半島東部一側轉向后不斷輸送至昆明市上空。

3.2.2 夏 季

由圖4昆明市夏季水汽輸送情況可知，夏季水汽輸送強度明顯弱于其他季節，這與葉鳳艷［16］結論一致。昆明市上空水汽僅受孟加拉灣水汽輸送帶影響，水汽來源相對單一，流域內的水汽強度自西南向東北逐漸遞減，高值區為安寧市西部地區，最大值達70 kg/（m·s）。此時，北半球大氣環流為夏季型，青藏高原南側的南支槽水汽輸送強度明顯增大［17］。由圖4（b）可見，自阿拉伯海地區而來的水汽輸送帶在經過印度半島到達孟加拉灣時，該水汽帶一分為二，其中一支匯入孟加拉灣偏南風水汽輸送帶，在 85°E～91°E、13°N～17°N位置附近形成數值高達500 kg/（m·s）的水汽輸送高值中心；另一支自西向東經過泰國等東南亞國家后繼續輸入南海區域。流域南側孟加拉灣水汽輸送帶在經過（25°N，90°E）附近時一分為三：一支為朝西北方向輸送的水汽；另一支為緯向跨度介于88°E ～91°E并以正南風向的輸送的水汽；在91°E往東的邊界上，第三支水汽朝著東北方向輸送，昆明市水汽主要是來源于該支水汽輸送帶。由于水汽在輸送過程中不斷地分流，水汽輸送強度持續被削弱，至昆明市上空時，水汽輸送通量僅為45～70 kg/（m·s）。

3.2.3 秋 季

由圖5 昆明市秋季水汽輸送情況可知，除印度洋孟加拉灣的水汽外，秋季昆明市上空的水汽來源還有自西太平洋南海而來的水汽。秋季昆明市水汽輸送整

體上仍由西南風主導，水汽輸送通量大部分在85～105 kg/（m·s）范圍內，水汽輸送強度自昆明市中部向南北兩側分別逐漸遞減，富民縣—主城區—嵩明縣一帶為此時昆明市水汽輸送通量最為充沛的區域。受南支急流的影響，在青藏高原南側、孟加拉灣西北部上空形成了微弱的低壓槽和氣旋性環流，標志著此處南支槽的重新建立。來自西太平洋南海地區的水汽自東向西不斷輸送，一部分水汽在經過中南半島時發生向北轉向，進而影響四川、云南等地的降水；小部分水汽匯入孟加拉灣水汽輸送帶，繼續向北輸送，后經緬甸等地區輸送至昆明市上空。

3.2.4 冬 季

結合圖6昆明市冬季水汽輸送情況可知，昆明市上空水汽以中緯度的西風水汽輸送帶為主，在中南半島發生轉向后的西太平洋南海水汽帶為輔，兩支水汽共同影響著昆明市上空冬季水汽輸送情況。水汽輸送強度在空間分布上呈現出南強北弱的特點，水汽輸送通量為80～125 kg/（m·s），其中，東南部石林彝族自治縣為水汽輸送強度高值區，東北部東川區為低值區，這一特點與春季大致相同。冬季處于南支槽盛行階段，南支西風沿著青藏高原南側輸送，一部分水汽輸送至青藏高原內部，一部分持續輸送至云貴高原，為云南等地區帶去一定的水汽；同時受印度半島的副熱帶高壓反氣旋氣流影響，孟加拉灣北部上空的部分水汽從南支西風轉由西北風控制，到達14°N附近后，與南海流域自東向西輸送的主要水汽匯合后，繼續持續輸送至印度洋上空。

3.3 水汽輸送通量散度特征

春、秋兩季水汽輸送呈現出過渡型特點，本文重點對昆明市夏季和冬季的水汽輸送通量散度進行分析。圖7為昆明市夏季、冬季水汽輸送通量散度。由圖7（a）可見，夏季昆明市上空水汽整體均為輻合狀態，表現為水汽匯特征。在空間分布上，昆明市上空存在一條明顯的西北—東南水汽輻合帶，表面有大量水汽向該區域聚集，昆明市西部祿勸彝族苗族自治縣局部地區為水汽輻合強度的高值區，水汽輻合最大值為-14×10-5 kg/（m2·s）；昆明市東北部東川區、西南部安寧市與晉寧區交界一帶為昆明市水汽匯集強度最弱的區域，其水汽輻合最小值為-2×10-5 kg/（m2·s）；而流域東南部為水汽輸送通量散度高值區，輻合最大值接近-40×10-5 kg/（m2·s）。同時，昆明市四周的水汽輻合區主要集中在麗江市—楚雄彝族自治州—昆明市附近，麗江市與四川省交界一帶為水汽輻合高值區，水汽輸送通量散度達-18×10-5 kg/（m2·s），靠近昆明市東南部石林彝族自治縣的紅河州地區為水汽輻合低值區，該區中心甚至呈現出水汽輻散狀態。與圖4（a）對比可見，昆明市及其鄰近地區水汽輻合高低值區與水汽輸送帶高低值區存在較好的空間對應關系。由圖7（b）可知，昆明市上空除西北部和東南部局部地區有較弱的水汽輻合區外，其余大部分地區的水汽均由夏季的水汽輻合狀態轉為水汽輻散狀態，在東北—西南地區上空存在一條明顯的水汽輻散帶，輻散強度最大值接近12×10-5 kg/（m2·s）。

4 結 論

本文通過研究昆明市水汽來源及去向，對其水汽輸送通量及散度進行分析，得到以下3個方面的結論。

（1） 年尺度下，昆明市水汽受西南風控制，主要來源于印度洋北部孟加拉灣及太平洋西部南海地區。在空間分布上，昆明市水汽輸送通量呈南強北弱的特點，東南部的石林彝族自治縣、宜良縣為水汽輸送通量高值區，水汽通量最高值達120～125 kg/（m·s），昆明市北部東川區低值區水汽通量僅為85 kg/（m·s）。

（2） 昆明市上空水汽來源隨季節更迭而變化，其中春秋兩季水汽主要來源較為一致。昆明市春季上空的水汽主要來源于孟加拉灣北部及南海西部的兩支水汽輸送帶；昆明市夏季水汽來源單一，僅受孟加拉灣水汽輸送帶影響，水汽輸送強度明顯弱于其他季節；昆明市秋季水汽來源復雜，包括印度洋孟加拉灣以及西太平洋南海地區的水汽；昆明市冬季水汽以中緯度的西風水汽輸送帶為主，以在中南半島發生轉向后的西太平洋南海水汽帶為輔。

（3） 昆明市夏季上空水汽均呈輻合狀態，水汽主要匯集在西部祿勸彝族苗族自治縣局部地區；東北部東川區、西南部安寧市與晉寧區交界一帶水汽匯集強度最弱，昆明市及其鄰近地區水汽輻合高低值區與水汽輸送帶高低值區存在較好的空間對應關系；冬季昆明市除西北部和東南部局部地區有較弱的水汽輻合區外，大部分地區呈水汽輻散特征，且在東北—西南地區上空存在一條明顯的水汽輻散帶。

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（編輯：江 文）

Analysis on water vapor transport characteristics in Kunming City based on ERA5 reanalysis data

LI Linjing DENG Lixian LI Mingyuan JIN Zhuo GUO Caixiu LIU Lei3

（1.Dianchi Lake Ecosystem Observation and Research Station of Yunnan Province，Kunming 650228，China； 2.Kunming Branch of Yunnan Hydrology and Water Resources Bureau，Kunming 650106，China； 3.Qujing Branch of Yunnan Hydrology and Water Resources Bureau，Qujing 655000，China）

Abstract： In order to clarify the source and transport path of water vapor in Kunming City based on the ERA5 reanalysis data from 1980 to 2022，the characteristics of water vapor transport at annual and seasonal scales were analyzed.The results showed that at the annual scale，the intensity of water vapor transport in Kunming City was spatially strong in the south and weak in the north.The intensity of water vapor transport in Shilin County and Yiliang County in the southeast was the strongest，and that in Dongchuan District in the north was the weakest.The water vapor of Kunming in spring and autumn mainly came from two water vapor transport belts in the northern part of Bengal Bay and the western part of the South China sea.In summer，the water vapor was only affected by the water vapor conveyor belt in the Bengal Bay，and the water vapor transport intensity was significantly weaker than that in other seasons.At this time，the water vapor over Kunming City was in a state of convergence，and the water vapor was mainly concentrated in the local area of Luquan County in the west.In winter，the water vapor source was dominated by the westerly water vapor transport belt in the middle latitudes，supplemented by the water vapor belt in the western Pacific South China sea.At this time，most of Kunming City was characterized by water vapor divergence，and there was an obvious water vapor divergence zone over the northeast-southwest region.The research results can provide a reference for the allocation and utilization of water resources and flood control and drought relief in Kunming City.

Key words： water vapor transport； ERA5 reanalysis data； vapor convergence； vapor divergence； Kunming City

收稿日期：2024-05-14

基金項目：野外科學觀測研究站建設專項（202305AM340008）

作者簡介：李琳靜，女，碩士，主要從事水文情報預報工作。E-mail：linjing@qq.com

作者簡介：鄧麗仙，女，高級工程師，主要從事水文情報預報及水資源評價工作。E-mail：denglixian@126.com

引用格式：李琳靜，鄧麗仙，李明遠，等.基于ERA5再分析資料的昆明市水汽輸送特征分析［J］.水利水電快報，2025，46（4）：11-16，26.