玛曲地区5-10月水汽通量及强降水水汽来源分析(2011年)

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第 47 卷第 5 期

2011 年 10 月

兰州大学学报（自然科学版）

Journal of Lanzhou University (Natural Sciences)

Vol. 47 No. 5

Oct. 2011

文章编号: 0455-2059(2011)05-0055-07

玛曲地区 5−10 月水汽通量及强降水水汽来源分析

杜亮亮

, 杨德保

, 王式功

, 李江萍

, 张宇

, 董安祥

1. 兰州大学大气科学学院甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室, 兰州 730000

2. 中国气象局兰州干旱气象研究所, 兰州 730020

摘要: 利用玛曲常规站 1967−2008 年 24 h (20

00−20

00) 降水资料、 NCAR/NCEP 月平均再分析资料,

用 NOAA HYSPLIT_4 (混合单粒子拉格朗日积分) 水汽轨迹模型, 统计分析了玛曲地区 5−10 月的平均水

汽输送通量和强降水水汽主要来源轨迹. 结果表明玛曲地区 5−10 月水汽主要存在于 400 hPa 以下, 各层中

以 700 hPa 层中水汽最多, 其次为 500 hPa 层. 玛曲地区强降水水汽来源主要有两条路径, 分别为西南水汽输

送带与东南水汽输送带, 同时玛曲地区 5−10 月逐月水汽追踪路径的变化间接反映了青藏高原逐月水汽变化

的过程.

关键词: 水汽通量; HYSPLIT 模式; 玛曲

中图分类号: P426 文献标识码: A

Transportation paths of water vapor of heavy precipitation from

May to October in Maqu

DU Liang-liang

, YANG De-bao

, WANG Shi-gong

, LI Jiang-ping

ZHANG Yu

, DONG An-xiang

1. Key Laboratory of Arid Climate Change and Disaster Reduction of Gansu Province, School of Atmospheric

Sciences, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China

2. Institute of A rid Meteorology, China Meteorological Administration, Lanzhou 730020, China

Abstract: Based on the precipitation in Maqu and NCAR/NCEP reanalysis d ata from 1967 to 2008, the dif-

ferent characteristics of the average transportation paths of water vapor of heavy precipitation in Maqu region

from May to October were studied in terms of the statistical analysis and the HYSPLIT_4 model. The results

showed that water vapor in Maqu region from May to October mainly exists in 400 hPa and the maximum water

vapor layer is 700 hPa, followed by the 500 hPa layer. There are two transportation paths of water vapor of

heavy precipitation in Maqu, namely, the southwest water vapor conveyor belt and the southeast water vapor

conveyor belt. Also, the monthly changes in the transportation paths of water vapor over Maqu are related to

the monthly changes in the humidity of the Qinghai-Tibet plateau from May to O ctober.

Key words: water vapor transportation; HYSPLIT model; Maqu

大气中水汽是降雨形成和天气系统维持和变

化所需能量源的主要影响成分, 水汽的输送和集

聚是形成降水的重要条件. 源地的水汽通过大规

模的空气运动被输送到降水区, 在一定的环流形

势配合下, 上升冷却成云致雨. 目前已经有诸多

学者针对不同地区水汽的源地和时空分布进行

了研究. 这些研究主要是从大范围地区大气环流

场对水汽输送特征进行的分析, 如陈隆勋等

[1]

通

过对夏季进入我国的水汽气流类型进行分析及统

计比较, 最终发现中国大陆夏季降水的水汽基本

来自于外界输送, 其中主要来自于南海热带, 其

次来自于孟加拉湾的西南季风和西太平洋副热

收稿日期: 2011-04-19; 修回日期: 2011-07-11

基金项目: 国家科技支撑计划项目 (2009BAC53B02); 高等学校科研创新工程重大项目培育资金项目

作者简介: 杨德保 (1952−), 男, 甘肃天水人, 副教授, e-mail: yangdb@lzu.edu.cn, 研究方向为干旱气象、气象灾害、沙尘暴和城

市空气污染预报, 通信联系人.

56 兰州大学学报（自然科学版）第 47 卷

带高压西南侧的东南气流. 李照荣等

[2]

利用美国

NCEP/NCAR 月平均再分析格点资料以及探空站

资料分析了西北地区空中水资源时空分布及输送

特征, 初步了解了西北地区空中水汽条件的分布

状况. 王可丽等

[3]

利用美国 NCEP/NCAR 再分析

气候资料分析了西风带与季风对我国西北地区水

汽输送的作用, 研究发现我国西北大部分地区水

汽主要来源于西风带的水汽输送, 但对青藏高原

边坡地区特殊地形条件下水汽的输送和不同层次

分布情况的研究还远远不够, 而且这种特殊地形

区水汽的来源、输送通道及其在降水区聚集的层

次差异是造成该区域降水异常的重要原因. 为此,

本文利用 HYSPLIT_4 轨迹模式对玛曲地区 5−10

月强降水水汽输送特征进行了分析研究, 以加深

对该地区水汽输送特征的了解和认识.

玛曲地区位于青藏高原的东部边坡地区, 是

我国大地貌单元中处于第二和第三阶梯交界地带,

地形复杂, 经常受到多天气系统的影响, 其气候

变化反应非常敏感

[4]

; 该区域是黄河水量的重要

补给区, 也是黄河上游至源头的重要水源涵养区.

学者们已对青藏高原东北部边坡地带的气候、降

水、生态环境等进行了大量的研究

[5−17]

, 但对黄

河上游极其重要的黄河首曲

玛曲地区影响降水

的水汽来源、输送轨迹和层次分布研究不多. 因

此本文主要对玛曲地区降水集中的 5−10 月的强

降水水汽输送通量的特征及其输送轨迹进行了分

析研究.

1 资料与方法

1.1 资料

本文所采用的资料为玛曲站 1967−2008 年 24 h

(20

00−20

00) 降水常规观测资料. NCEP/NCAR

提供的 1967−2008 年月平均再分析格点资料, 水平

分辨率为 2.5

◦

×2.5

◦

, 垂直分层为 17 层.

由 NCEP 整编的全球再分析日平均资料, 水平

分辨率为 2.5

◦

×2.5

◦

, 垂直分层为 17 层.

1.2 方法

1.2.1 HYSPLIT_4 轨迹模式

HYSPLIT_4 轨迹模式由美国海洋与大气研

究中心 (NOAA) 空气资源实验室 ARL (Air Res ources

Laboratory) 开发. HYSPLIT_4 模式是一个完整

的模式系统, 其平流和扩散计算采用拉格朗日方

法. 该模式通常用来跟踪气流所携带的粒子或

气体移动方向, 可以实时预报风场形势、分析降

水、研究轨迹

[18−19]

. 模式采用地形坐标, 水平网

格与输入的气象场相同, 垂直方向分为 28 层. 模

式具有向前计算和向后回算的能力, 可以分别分

析气团的去向和来向. 模式可以使用大尺度再分

析资料, 也可以应用短期数值天气预报模式的输

出气象场来计算气流轨迹. 通过追踪某地某一

天的气团来向, 可以分析得出该日该地大气中水

汽的主要来源方向. 本文主要针对玛曲站 (34

◦

102.05

◦

E) 42 年 (196 7−2008) 来强降水的水汽来源

分析.

此处定义一天 (24 h) 降水量大于等于 25 mm 的

降水为强降水日.

1.2.2 区域平均水汽通量

利用 NCEP/NCAR 提供的 1967−2008 年月平

均再分析格点资料, 计算 1967−2008 年 5−10 月玛曲

地区 (32

◦

∼36

◦

N, 99

◦

∼106

◦

E) 700∼300 hPa 层气柱

中的平均水汽通量. 水汽通量公式

[20]

为

Q = −

V q dp = −

(u, v)q dp. (1)

其中: V 为该单位空气柱各层大气的风矢量; u 和

v 分别为东西风和南北风分量 (m/s); q 是该单位

空气柱各层大气的比湿 (g/kg); p

为地面气压 (hPa).

玛曲地区地处高原, 平均海拔 3 000 m 左右, 所以

此处选取 p

= 700 hPa. 由于在 300 hPa 以上大气

中水汽含量可以忽略, 因此选取 p

= 300 hPa.

2 玛曲地区 5−10 月平均水汽通量与总

降水变化特征

根据玛曲站 19 67−2008 年 24 h (20

00−20

00)

降水常规观测资料统计可知, 玛曲站 5−1 0 月降水

占到年降水总量的 87%, 所以本文主要研究 5−10

月的降水. 图 1 为玛曲地区 5−10 月平均水汽通量

与总降水量变化特征折线图, 计算表明两者相关

系数达到 0.34, 且通过了 95% 的信度检验. 从图 1

中可以看出玛曲地区 5−10 月平均水汽通量与降

水总量波动基本一致, 只是水汽通量振幅比较大.

图 1 中水汽通量曲线演变可将玛曲地区这 42 年分

为三个时间段: 第一阶段为 1967−1976 年, 该阶段

该地区的水汽输送通量值维持在较高值水平; 第

二阶段为 1977−1992 年, 该阶段该地区的水汽输送

通量值相对平稳, 波动不大; 第三个阶段为 1993 年

至今, 该阶段该地区水汽输送通量与前两阶段的

值相比则是最小的.

根据玛曲站 19 67−2008 年 24 h (20

00−20

00)

降水常规观测资料, 研究了玛曲站不同量级降水

的线性倾向估计, 结果发现只有暴雨呈增加趋势,

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