12内蒙古的空中水资源状况

1、文章编号 : 1005-8656(2000)03- 0007- 06内蒙古的空中水资源状况宫德吉沈建国祁伏裕( 内蒙古气象台, 内蒙古气象局, 010051 呼和浩特)中图分类号 :p426文献标识码 :a水是生态环境的最敏感的基本要素。内蒙古自治区因为缺水,生态环境十分脆弱, 农牧业生产受到严重制约。因此解决水的问题已成为本区农牧业生产进一步发展的关键。对此 , 除了研究节约用水的方法之外, 合理开发地下和空中的水资源,也是可取的基本方法。浅层地下水与当地的自然降水关系密切 , 内蒙古因自然降水少, 浅层地下水不多; 深层地下水是由多年的雨水或古代的雨水经长期积累而成的, 其水量也是有限的。

2、而且内蒙古地区深层地下水每年的可补量很少, 基本上属于不可再生的资源 ,用一点就少一点, 为保持国民经济的持续健康发展, 对深层地下水只能作为调节水控制使用。只有空中水资源是时时更新、 取之不竭的 , 而且不利用也会随之消失的 , 所以应把开发利用空中水资源, 作为解决内蒙古缺水问题的主攻方向之一。为了更好地开发利用空中水资源, 有必要对本区的云水资源状况作一些分析。1云场分析云是已转化成液水或冰晶的空中水分的存在形式, 它常常可以直观地反映大气中水汽的状况。因此首先对内蒙古的云场情况作些分析。通常人们认为,既然云量代表着天空中云的多少, 那么它也应该是空中水量的反映。然而对内蒙古各地气候资料

3、的分析表明 , 笼统的总云量与空中水汽的相关性并不好。内蒙古降雨量最多的大兴安岭地区( 平均年降雨量500mm) , 天空中多年的平均总云量为5. 15. 7 成, 而降雨量最少的阿拉善盟 ( 平均年降雨量不足100mm),多年平均总云量也达到45 成。 两地降雨量相差 5 倍以上 , 但总云量都相差仅1 成。这似乎使人难以理解。事实上,云的形状、厚度、 所处的高度各不相同,云滴的大小、密度也不一致 , 含水量差异很大。 总云量只反映了天空视野被云遮蔽的成数, 而不管云内的云滴谱或水汽含量情况, 也不管云的厚度 ,所以总云量不能很好地反映空中的水汽量。另一方面 , 云中的水汽压却接近于饱和水汽

4、压 , 而饱和水汽压又仅仅是温度的函数 , 温度越高 ,其水汽含量越大。由于在大气的对流层温度是随高度升高而降低的, 而且低纬度的温度总是高于高纬度的温度。这就决定了大气中的水汽主要集中在中低纬度和对流层下部。根据马格努斯经验公式可以得出, 温度每上升10, 饱和水汽压便增加约1 倍。从地面到对流层顶, 温度一般要降低60以上 , 以 致对流层底层的水汽大约是对流层顶的 26= 64倍以上。通常500hpa 以上水汽含量已很少。 由于低云位于对流层下部, 所以低云量与空中水汽量的关系很密切。由表1可以看到 , 大兴安岭地区多年的平均低云量为1. 62. 5 成, 而阿拉善盟西北部多年的平均低云

5、量为0. 5 成, 两者相差达4 5 倍,这与两地降水量的倍数关系很相近。可见在多数情况下, 低云量可以比总云量更好地反映空中的水汽情况。72000 年第 3期 内蒙古气象表 1内蒙古地区降水与云量( 年平均 / 成)站点年降水 / mm总云量低云量额 济 纳33. 23. 90. 4巴彦浩特202. 44. 30. 8临河139. 43. 80. 7东胜392. 84. 31. 2包头295. 84. 01. 1呼和浩特401. 64. 11. 4集宁365. 64. 21. 4二连139. 53. 70. 9锡林浩特276. 34. 31. 4赤峰354. 84. 01. 4通辽371.

6、54. 21. 0乌兰浩特422. 44. 21. 4海 拉 尔350. 94. 91. 7博 克 图474. 14. 92. 0表 2内蒙古地区逐月平均低云量/ 0. 1 成站点1 月2 月3 月4 月5 月6 月7 月8 月9 月10 月11 月12 月额 济纳001241215105110巴彦浩特11361015181611621临河123571318179431东胜3781113182524161174包头24691318242415952呼和浩特4581318242929181383集宁3581218253129181174二连11371221252112531锡林浩特2371218

7、293229201062赤峰1371320293128171052通辽12481321251913741乌兰浩特125101932262919831海 拉尔1161623333834291262博 克图44818253544383015107表 2 反映了内蒙古各地逐月低云量的变化情况。可以看到, 自冬到夏 ,各地的低云量是逐月增加的, 而由夏到冬 ,低云量是逐月减少的。这反映了内蒙古地区空中水汽的年变化情况。 顺便说一句 , 我区空中水汽量的季节变化也与温度的变化有关。2气柱中的水汽总量分析某地上空大气柱的水汽总量也称作可降水量 ,可表示为 :w = -1gpzp0q( p)dp式中 w 表

8、示气柱水汽总含量, g 为重力加速度 ,q( p) 为随气压变化的各气压层的比湿 ,p 为气压 , p0、 pz分别为地面和z高度处的气压值。表 3 和表 4 是利用19951997 年 3年的资料算得的我区有关代表站上空气柱的水汽含量。可以看到 , 各地空中水汽量的年平均分布为低层大, 高层小。 700hpa 以下的水汽含量差不多相当于气柱水汽总量的 2/ 3; 500hpa 以下的水汽含量达到气柱水汽含量的90% 以上 ( 表 3)。这也表明了大气中的水汽主要位于对流层的下部。从8内蒙古气象2000年第 3 期逐月空中水汽量的变化看, 入春以后 , 水汽迅速增多。 内蒙古的东部和北部,4

9、月份的水汽量比3 月份增长23 倍; 中西部地区也增了 50%以上。 5 月份 , 内蒙古大部地区的空中水汽又比4 月份增长1 倍, 6 月份又比 5 月份增长1 倍。 7、 8 月是内蒙古空中 水汽量 最 大的 月份 , 平 均比 6 月 份多50%。入秋 后 , 空 中水 汽 又 以 每 月缩 减50%的速度直线下降( 表 4) 。从空中水汽的地域分布看, 阿拉善盟西北部地区水汽量最少 ,并由此向东向南增加( 图 1) 。虽然图 1 仅是本区1995 1997 年 3 年的平均水汽含量分布状况, 但也基本上反映了我图 1全年大气平均水汽含量/mm表 3各等压面 /hpa 上的年平均水汽含量

10、/ mm等压面巴彦毛道呼和浩特二连浩特赤峰海拉尔2002500. 020. 020. 010. 020. 012503000. 040. 040. 040. 040. 023004000. 250. 260. 220. 250. 174005000. 570. 620. 550. 600. 445007003. 223. 623. 233. 522. 737008504. 415. 144. 445. 264. 168509252. 623. 052. 683. 582. 7720092511. 1212. 7811. 1513. 2710. 29表 4整层大气的各月平均水汽含量/ mm站点1

11、 月2 月3 月4 月5 月6 月7 月8 月9 月10 月11 月12 月巴彦毛道2. 292. 554. 466. 1111. 0017. 2629. 5927. 4413. 249. 314. 022. 00呼和浩特1. 852. 134. 676. 0012. 0121. 7334. 8433. 0719. 3110. 524. 101. 96二连浩特1. 541. 482. 925. 2711. 4620. 9031. 5829. 4315. 188. 843. 021. 52赤峰1. 752. 073. 306. 7213. 6225. 4637. 7734. 7818. 569.

12、 583. 472. 05海 拉尔1. 281. 561. 885. 5611. 0822. 1829. 8826. 4012. 776. 552. 281. 51区空中水汽分布的特点。3关于内蒙古的空中水汽输送问题对每日可降水量资料的分析表明, 在有明显降水的日子里, 实际降水量都远远大于该地的可降水量。这说明降水过程所消耗的空中水汽并不只是其上空的水汽,而主要是从别处输送来的。事实上 ,任何一次降水过程都不可能把该地区上空气柱内的水汽都变成雨雪降至地面。而任何一次雨雪过程所消耗的水汽也并非仅仅来自其上空的气柱。大气在不停地进行着水汽输送。 这个过程 , 既有气柱内来自下垫面的水汽在进入大气

13、后的乱流扩散, 及从底层向高层的垂直输送, 也有气柱外的水汽跟气柱内的水汽发生的交换或水平输送。降雨所消耗掉的空中水汽, 更多的是来自后者。3. 1内蒙古空中水汽的输送特点内蒙古上空的水汽, 主要是在大气环流的作用下 ,由海洋上空输送来的。 尽管实际的大气运动十分复杂, 并且各种形态的大气运动对水汽传送都有一定作用。但是对大范围的水汽输送起决定作用的, 却主92000 年第 3期 内蒙古气象要是大尺度的大气环流状态。中纬度上空的西风带及西风带的大型扰动是大气环流的主要表现形式之一, 它决定了中纬度高空大气常年是以偏西风的形式运动着。对内蒙古地区来说, 由这支偏西气流输送来的主要是大西洋和北冰洋

14、上的水汽。东亚南支气流则又以西南风的形式, 将印度洋孟加拉湾上的水汽输送到内蒙古上空。在入夏之后 , 随着西太平洋副热带高压的西伸北抬 ,西太平洋的大量水汽, 即我国南海和东海的水汽, 也在副热带高压西侧的东南和偏南气流的引导下进入内蒙古; 黄海、渤海、 日本海和鄂霍次克海的水汽,则在偏东和东南气流的引导下, 向内蒙古传送。要精确地确定出各大洋的水汽对内蒙古空中水汽的贡献量, 不是一件容易的工作。 不过可以指出 , 来自大西洋和北冰洋的水汽在输向内蒙古的过程中, 经过长途跋涉, 辗转消耗 , 到达内蒙古上空时, 水汽已所剩无几。它通常仅表现为一些中高云, 说明西风输来的水汽主要居于中高层。虽然

15、这支气流是我区空中水汽的常年供应者,但是仅靠这支气流的水汽供应, 在内蒙古是产生不了较大降水的。在内蒙古发生的区域性较大降水过程, 全都与印度洋和太平洋的水汽供应有关。它们通常是以低空偏南气流的形式, 出现在我区的降雨过程中。 特别是在内蒙古的暴雨形成中,低空偏南急流对水汽的输送作用很早就受到我区气象工作者的注意, 并将此作为一条有价值的预报指标。由于大气中的水汽主要集中在对流层低层, 因此大气低层流场状况成为水汽输送特点的决定因素。东亚和南亚是世界著名的季风气候区, 受季风环流的影响 ,内蒙古冬季主要盛行西北风, 夏季在东南季风边缘的影响下, 常刮偏南风。 季风气流所影响的高度一般为4000

16、m以下 ,正好是水汽量最大的大气低层。东亚夏季风主要将来自热带海洋暖湿气流向北方输送, 受益于此 , 内蒙古地区夏季的空中水汽明显增多。3. 2平均风场的水汽输送量大气中 ,平均风场的水汽通量为:qa= -1gpzp0v-q-(p) dp式中v为给定时间内该地区的平均风速 ,q(p) 为各层的平均比湿。将相关资料代入, 算得内蒙古各地整层大气的全年平均风场水汽合成输送方向与输送量如图2 所示。各等压面上的年平均水汽输送量见表5, 各月整层大气的水汽通量见表6。可以发现 , 水汽输送量的最大值在对流层的中低层。高层虽然风速较大, 但比湿很小 ,所以水汽输送量不大。而近地层 ,虽然比湿较大, 但平

17、均风速不大,以致水 汽输送量也不大。水汽输送量的70%集中在850500hpa这一层 , 400hpa以上的气流对水汽输送的贡献仅为5% 10%, 其余的水汽输送是由 850hpa 以下气流完成的。图 2全年大气中整层水汽的合成平均输送量和输送方向( 10g/ cm?s)从逐月水汽的变化看, 由冬至夏 ,水汽输送逐月加大, 整个夏季都维持着较高的水汽输送值。 10 月以后 , 水汽输送明显减少。我区大部地区空中水汽输送量的最小值出现在 2 月份。 而水汽输送的最高值, 我区东部出现在78 月份 , 中部出现在6 月份, 而西部却出现在9 月份 ( 表 6)。10内蒙古气象2000年第 3 期表

18、 5各等压面 /hpa上的年平均水汽输送量( 10g/cms)等压面巴彦毛道呼和浩特二连浩特赤峰海拉尔2002500. 280. 260. 220. 240. 092503000. 610. 600. 510. 550. 223004002. 772. 682. 542. 761. 384005005. 055. 475. 125. 413. 0550070012. 9817. 1817. 1521. 6512. 317008507. 0811. 5512. 9319. 2111. 938509252. 743. 624. 929. 764. 8420092531. 5041. 5443. 3

19、959. 6033. 82表 6整层大气各月平均水汽输送量( 10g/cms)站点1 月2 月3 月4 月5 月6 月7 月8 月9 月10 月11 月12 月巴彦毛道15. 2212. 6224.8427. 2241. 5437. 0444. 0242. 3647. 7437. 0029. 8218. 56呼和浩特12. 8610. 7625.3434. 6656. 3671. 9055. 6060. 7070. 4055. 5227. 5016. 86二连浩特13. 269. 4818.2235. 4660. 3481. 6864. 8469. 4671. 2056. 9423. 6216

20、. 18赤峰18. 2418. 8827.7646. 9074. 6893. 84117. 16 101. 5887. 3670. 4233. 9224. 28海 拉尔11. 7210. 8213.1227. 2446. 3631. 4459. 7869. 8062. 2837. 4620. 9414. 88表 71 月份各标准等压面/hpa 上的水汽通量散度( 10-2gcm- 2s-1)等压面巴彦毛道呼和浩特二连浩特赤峰海拉尔2000. 000. 000. 000. 000. 002500. 000. 000. 000. 000. 003000. 000. 010. 000. 010. 0

21、04000. 020. 010. 02-0. 010. 005000. 05-0. 140. 03-0. 010. 01700-0. 02-0. 16-0. 030. 260. 21850-0. 210. 810. 16-0. 470. 27925-0. 070. 870. 390. 550. 44表 84 月份各标准等压面/hpa 上的水汽通量散度( 10-2gcm- 2s-1)等压面巴彦毛道呼和浩特二连浩特赤峰海拉尔2000. 000. 000. 000. 000. 002500. 000. 000. 000. 010. 003000. 000. 010. 000. 010. 004000

22、. 090. 07-0. 020. 030. 005000. 160. 15-0. 080. 07-0. 077000. 750. 78-0. 34-0. 460. 39850-1. 250. 12-0. 400. 82-0. 84925-1. 200. 420. 54-1. 40-1. 22112000 年第 3期 内蒙古气象表 97 月份各标准等压面/hpa上的水汽通量散度( 10-2gcm- 2s-1)等压面巴彦毛道呼和浩特二连浩特赤峰海拉尔2000. 000. 000. 000. 000. 002500. 000. 000. 000. 010. 003000. 030. 07-0. 03-0. 090. 02400-0. 270. 13-0. 25-0. 11-0. 06500-1. 820. 24-0. 25-0. 25-0. 157006. 571. 461. 21-0. 030. 958504. 64-6. 49-0. 781. 43-1. 309254. 54-5. 90-1. 37-8. 94-1. 87表 1010 月份各标准等压面/hpa 上的水汽通量散度( 10-2g cm- 2s-1)等压面巴彦毛道呼和浩特二连浩特赤峰海拉尔2000. 000. 000. 000. 000. 002500. 000. 000. 000. 010. 003000. 00