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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
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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
1
, 杨德保
1
, 王式功
1
, 李江萍
1
, 张 宇
1
, 董安祥
2
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
1
, YANG De-bao
1
, WANG Shi-gong
1
, LI Jiang-ping
1
,
ZHANG Yu
1
, DONG An-xiang
2
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.
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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
◦
N,
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 = −
1
g
Z
p
t
p
s
V q dp = −
1
g
Z
p
t
p
s
(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
s
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
s
= 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
t
= 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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