云南空中水汽资源的时空分布特征

沈　鹰，段　玮

(云南省气象科学研究所，云南 昆明 650034)

云南空中水汽资源的时空分布特征

沈鹰，段玮

(云南省气象科学研究所，云南 昆明 650034)

摘要：利用NCEP/NCAR 1981—2010年逐月的再分析资料，详细分析了云南省上空的大气可降水量和水汽通量的月际变化情况，得到云南各地30年平均的大气可降水量范围为5～45kg/m2，并在区域分布上呈“U”字型分布，季节上呈现出夏季多、冬季少、春秋居中的特点；水汽输送有着明显的季节变化特征，春季的水气输送最强，但输入远小于输出，夏季的水汽输送较弱，但水汽输入远大于输出；全省垂直积分水汽通量纬向输送比经向输送大得多；每年流经云南省上空的水汽量达到1.72×1012t，且1—5月份，全省水汽为净支出，6—12月份，全省水汽为净收入，全年水汽净收入约2.0×1011t。

关键词：水汽资源；时空分布；特征研究；云南

云南位于青藏高原的东南侧，靠近孟加拉湾和中国南海这两个热带海洋，季风气候明显，冬半年和夏半年分别受到干冷的冬季风和湿热的夏季风的影响，有明显的干季和雨季，干季一般为11月—次年的4月，雨季一般为5—10月。虽然全省年平均降水量达1200mm左右，省内年雨量最大值可达2739mm，最小值也接近650mm，约为全国平均年降水量的1.9倍，在全国尚称丰沛，但由于降水在年内分配上很不均匀，雨季降水占全年降水的80%以上，干季降水占年降水不足20%，加上云南山地和丘陵面积占94%，坝区仅占6%，坝区地多水少，山区地少水多，大江干流水资源丰富，但河谷深切，耕地少，开发利用十分困难，因此，大量降水都无法利用。随着全球气候变化，全省大面积、长时间干旱情况呈加重发生趋势，如2009—2010年发生的全省性秋冬干连着春夏旱，创全省有气象记录以来的最大旱灾，2011—2014年又连续出现降水偏少现象。目前，云南农田有效灌溉面积只占耕地面积的36%，有近2/3的耕地是靠天吃饭、等雨栽种，平均每年有50%左右的县(市)受到不同程度的干旱影响，平均每年受旱面积约31×104hm2，是云南最主要的农业气象灾害。

云南地处几大江河的上游地区，境内的金沙江为长江上游；南盘江是珠江上游，有珠江源之称；境内还有元江-红河、澜沧江-湄公河、怒江-萨尔温江及伊洛瓦底江4条国际河流。过去50年，因人口增加和气候环境变化，南亚人均可用水量下降了60%，东南亚下降了55%，有些地处云南省国际河流的下游国家(如越南、老挝、缅甸、泰国等)一直密切关注云南省国际河流的水资源及其水环境变化，云南省不可能无限制地利用国际河流的水资源而影响下游地区对水资源的利用，因此，如何有效地开发利用空中水资源，将成为农业增产增收、生态环境保护、调整能源结构、稳定国家周边环境的重要战略举措。国内很多学者利用不同的资料，对不同地区的空中水资源状况进行了分析，周长艳等[1-3]和蔡英等[4]分析了青藏高原周边地区的空中水资源特征，刘芸芸等[5]分析了西北干旱区的空中水资源特征，马涛等[6]分析了云南的空中水资源特征，刘建西等[7]、王维佳[8]、王平等[9]、何军等[10]和杨茜等[11]分析了川渝地区的空中水资源特征，张楠等[12]和刘艳华等[13]分析了华中地区的空中水汽资源特征。本文试图对云南空中水汽资源状况进行深入分析，为云南空中水资源的进一步开发利用提供科学依据。

1水汽资源的计算方法和使用的资料

空中水汽资源可用大气可降水量和水汽通量来表示。

大气可降水量PW指在某一时刻单位截面积垂直大气柱内所含的水汽总量，它表示单位气柱中的所有水汽全部凝结降落后，在气柱底面产生的液态水深度，可用kg/m2或mm表示，其计算公式为：

(1)

式中：g为重力加速度；ps为地面气压；pT为大气顶处的气压，考虑到水汽绝大多数集中在低层，高层水汽很少，本文取为300hpa。

水汽通量表示单位时间流经单位面积的水汽质量。垂直积分水汽通量Q(kg/m·s)是指单位边长整层大气的水汽通量，其计算公式为：

(2)

(3)

(4)

u、v分别为纬向和经向风速。

本文计算空中水汽资源主要使用了NCEP/NCAR1981—2010年逐月的再分析资料(水平格点为2.5°×2.5°)，主要包括风场、水汽场、地面气压场、大气可降水量等资料。

2大气可降水量

由云南全省30年平均的大气可降水量分布(图1)可以看出，云南的大气可降水量的区域分布总体上呈“U”字型分布，表现为北少南多、东西多—中部少的特点，滇东南和滇西南是全省大气可降水量最大的区域，这与马涛等[6]的分析结果一致；季节分布呈现出夏季多、冬季少、春秋居中的特点，全省各地多年平均的大气可降水量范围为5～45kg/m2，这与周长艳等[3]利用ERA-40资料分析得到的结果基本一致。

为了进一步了解全省不同区域大气可降水量的月际变化情况，我们用97.5°E代表云南的西边界，105°E代表云南的东边界，22.5°N代表云南的南边界，27.5°N代表云南的北边界，102.5°E、25°N代表云南的中部。图2给出了云南不同地区多年平均大气可降水量的月际变化情况。

由图2可以进一步看出，云南省各地的大气可降水量在1月份最小，在15kg/m2以下，以后开始逐渐增大，6、7、8月份达到最大，可达40kg/m2以上，9月份以后开始减少，这与全省各地的降水主要集中在6～9月份的情况相一致。从全省平均来看，大气可降水量1月份最小，约为11kg/m2，7月份最大，约为36kg/m2，每年5—10月汛期期间，全省平均大气可降水量在25kg/m2以上，全年平均约为23.4kg/m2，与我国其它省份的情况基本一致。

从地区分布来看，东、西边界的大气可降水量比较接近，东边界比西边界的略大，上半年的差异大于下半年。南、北边界的大气可降水量全年始终保持着超过10kg/m2的差距，说明南边界的水汽含量明显大于北边界。而滇中地区的大气可降水量只比北边界的略大，是全省大气可降水量较小的地区。

3垂直积分水汽通量

云南省受亚洲季风影响，其水汽输送有着明显的季节变化特征。从图3可以看出，冬季(1月)，云南的水汽输送主要是偏西风输送，全省大部地区的水汽输送超过90kg/m·s，而滇东南、滇南一带的水汽输送超过120kg/m·s，明显高于省内其它地区。但是，在水汽输送较强的同时，从西边界输入云南的水汽较少，只有60kg/m·s左右，而从云南东边界输出的水汽较多，超过90kg/m·s，东边界大部分地段向东输送的水汽超过120kg/m·s。由此说明，在冬季，虽然云南上空的水汽输送量较大，但是，输入的水汽明显少于输出的水汽，可以判断，这部分水汽主要来源于地面蒸发，这样，就造成了云南冬春季节干燥、少雨的气候特征，这与云南地面气象观测得到的冬季蒸发大、相对湿度小的结果是完全一致的。

春季(4月)，云南的水汽输送仍然是以偏西风输送为主，但受季风转换影响，水汽输送逐渐偏向西南风，而且水汽输送量明显增加，全省大部地区的水汽输送超过120kg/m·s，滇中及以南地区的水汽输送超过150kg/m·s，滇东南一带的水汽输送超过200kg/m·s。但是，从西边界输入云南的水汽仍然少于从东边界输出的水汽，而且其差值比冬季更大，这是由于云南春季气温高、风速比冬季更大，使得春季地面水汽蒸发比冬季更强造成的。

夏季(7月)，云南周边地区形成了强大的偏南风水汽输送带，大量的水汽输送到我国东部地区，但受地形等各方面条件影响，云南大部地区的水汽输送却明显减少，全省大部地区的水汽输送都<90kg/m·s。云南夏季的水汽输送虽然较小，但从西边界和南边界输入云南的水汽较多，超过120kg/m·s，而从东边界和北边界输出的水汽则<90kg/m·s，这就造成了云南大部地区降水主要集中在夏季的现象。

秋季(10月)，受季风转换影响，云南的水汽输送发生明显变化，全省大部地区的水汽输送超过90kg/m·s，从滇西地区输入云南的水汽甚至达到120kg/m·s，但同时，滇东北地区向东向北输出的水汽也达到了120kg/m·s。

为了进一步了解全省不同区域水汽输送的月际变化情况，图4给出了云南不同地区多年平均水汽输送的月际变化情况。

由图4可以看出，全省各地的水汽通量基本是4月份最大，全省平均可超过160kg/m·s，8月份最小，不到25kg/m·s，全省年平均约为100kg/m·s。从区域分布来看，每年11月—第二年5月份以前，东边界的水汽输送明显大于西边界，相差约40kg/m·s，而6—11月份，西边界的水汽输送大于东边界，相差约25kg/m·s；每年11月—第二年7月份，南边界的水汽输送明显大于北边界，相差约40kg/m·s，而8—11月，北边界的水汽输送大于南边界，相差约30kg/m·s。

由于图4只能看出水汽输送的大小，看不出水汽输送的方向，也看不出哪个方向的水汽输送强，因此，图5进一步给出了全省平均的纬向和经向的水汽输送变化情况，表1给出了全省水汽净收支情况。

由图5可以看出，全省只有8、9月份的水汽以经向输送为主，其余月份都是以纬向输送为主，而且纬向输送比经向输送大得多，全年平均纬向水汽输送Qλ为95.64kg/m·s，经向水汽输送Qφ为29.26kg/m·s，即纬向输送约为经向输送的3倍多，每年流经云南省上空的水汽量达到1.72×1012t。

由表1还可以进一步看出，在纬向输送远远大于经向输送的同时，11月—第2年5月，从西边界输入的水汽小于从东边界输出的水汽，即意味着水汽在纬向输送上为净支出，而6—10月，由西边界输入的水汽大于从东边界输出的水汽，即意味着水汽在纬向输送上为净收入，特别是在8、9月份，在东边界还有从东向西的水汽输入，这主要是在夏季，云南受东南季风影响造成的。从全年来看，全省纬向输送的水汽收支基本持平。在经向输送上，除了8、9月份外，从南边界输入的水汽远大于从北边界输出的水汽，即意味着水汽在经向输送上为净收入。

表1　1981—2010年平均各边界水汽输送量及净收支情况(1010t)

西边界东边界南边界北边界净收支1月11.716.56.62.5-0.72月12.919.06.83.1-2.43月17.925.36.83.7-4.34月20.125.84.43.8-5.15月19.822.58.86.5-0.46月19.916.69.77.55.57月15.47.57.56.98.58月6.0-3.73.56.56.79月6.0-1.64.68.53.710月10.67.710.58.74.711月10.312.38.23.52.712月9.612.75.81.61.1全年合计160.2160.683.262.820.0

*水汽输送由西向东为正，由南向北为正，水汽净收入为正。

1—5月份，云南整个区域的水汽为净支出，且3、4月份的水汽净支出最大，6—12月份，整个区域的水汽为净收入，且6、7、8月份的水汽净收入最大。就全年而言，整个区域的水汽净收入约2.0×1011t，且主要来源于水汽的经向输送。

4小结

(1)云南的大气可降水量的区域分布总体上呈“U”字型分布，表现为北少南多、东西多—中部少的特点；季节分布呈现出夏季多、冬季少、春秋居中的特点。全省各地多年平均的大气可降水量范围为5～45kg/m2。

(2)云南受亚洲季风影响，其水汽输送有着明显的季节变化特征，春季的水气输送最强，大部地区的水汽输送超过120kg/m·s，但水汽输入远小于输出；夏季的水汽输送较弱，大部地区的水汽输送都小于90kg/m·s，但水汽输入远大于输出。

(3)全省垂直积分水汽通量纬向输送比经向输送大得多，全年平均纬向水汽输送为95.64kg/m·s，经向水汽输送为29.26kg/m·s。

(4)每年流经云南上空的水汽量达到1.72×1012t。

(5)1—5月份，全省水汽为净支出，且3、4月份的水汽净支出最大；6—12月份，全省水汽为净收入，且6、7、8月份的水汽净收入最大。全省年均水汽净收入约2.0×1011t。

参考文献：

[1]周长艳，李跃清，李薇，等.青藏高原东部及邻近地区水汽输送的气候特征[J].高原气象，2005，24(6)：880-888.

[2]周长艳，蒋兴文，李跃清，等.高原东部及邻近地区空中水汽资源的气候变化特征[J].高原气象，2009，28(1)：55-63.

[3]周长艳，王顺久，彭骏.金沙江流域及邻近地区空中水资源的气候特征分析[J].资源科学，2010，32(12)：2433-2440.

[4]蔡英，钱正安，吴统文，等.青藏高原及周围地区大气可降水量的分布、变化与各地多变的降水气候[J].高原气象，2004，23(1)：1-10.

[5]刘芸芸，张雪芹.西北干旱区空中水资源的时空变化特征及其原因分析[J].气候变化研究进展，2011，7(6)：387-392.

[6]马涛，张万诚，付睿.云南空中水资源的季节变化研究[J].成都信息工程学院学报，2011，26(5)：485-493.

[7]刘建西，龙美希，杜远林，等.川渝地区空中水资源分布及水汽输送特征[J].高原山地气象研究，2010，30(2)：31-35.

[8]王维佳.四川地区近60A大气可降水量分析[J].干旱气象，2009，27(4)：346-349.

[9]王平，范广洲，董一平，等.四川空中水资源的稳定性与可开发性研究[J].自然资源学报，2010，25(10)：1762-1776.

[10]何军，翟丹华，郝全成，等.重庆地区大气可降水量的时空分布特征[J].热带气象学报，2012，28(1)：96-103.

[11]杨茜，高阳华，李轲.重庆市空中水资源平衡状况[J].长江流域资源与环境，2010，19(Z2)：67-71.

[12]张楠，王霄，程家合.华中地区空中水汽资源的输送和收支研究[J].气象与环境科学，2011，34(2)：25-30.[13]刘艳华，李铁林，马鑫鑫，等.河南省空中水汽资源的来源、分布及收支[J].气象与环境科学，2011，34(1)：42-48.

Characteristics of Temporal and Spatial Distribution of Water Vapor Resource in Yunnan Area

SHEN Ying, DUAN Wei

(Yunnan Institute of Meteorology, Kunming Yunnan 650034,China)

Abstract：Based on the NCEP/NCAR monthly reanalysis data from 1981 to 2010, the variations of the precipitable water content and the water vapor flux over Yunnan province were analyzed in this paper. The results showed that the average precipitable water content range was between 5kg/m2 and 45kg/m2 in the recent 30 years, and demonstrated a “U” type on the regional distribution, and occurred the most in summer, the least in winter, the medium in spring and autumn seasonally. The water vapor transport had obvious seasonal characteristics. It was the strongest in spring, but the input was far less than the output. The water vapor transport was weaker in summer, but the input was far more than the output. The zonal transport of the vertically integrated water vapor flux was much bigger than the meridional transport. The annual water vapor that passed through Yunnan province couldreach 1.72×1012tons. The water vapor during January to May was net output, but it shifted to net input during June to December. The annual water vapor was net input in total, which was about 2.0×1011tons.

Key words：water vapor resource; spatial-temporal distribution; characteristic;Yunnan

收稿日期：2016-02-15

基金项目：云南省科技惠民计划(2014RA002)。

作者简介：沈鹰(1966-)，男，高级工程师，研究方向为大气环境、人工影响天气、大气物理等。

中图分类号：X16

文献标志码：A

文章编号：1673-9655(2016)04-0036-06