安順市空中水資源開(kāi)發(fā)潛力分析

鄧世有,帥忠蘭,葉 幫,熊 斌

(貴州省安順市氣象局,貴州 安順 561000)

安順市空中水資源開(kāi)發(fā)潛力分析

鄧世有,帥忠蘭,葉 幫,熊 斌

(貴州省安順市氣象局,貴州 安順 561000)

利用安順市各縣 (市)1978—2007年每日 4個(gè)時(shí)次地面水汽壓和降水資料,計(jì)算了每個(gè)站的可降水量,分析了該市可降水量的時(shí)空分布和多年的變化趨勢(shì)。結(jié)果表明安順市具有較大的人工增雨潛力,合理開(kāi)展人工增雨工作,可有效緩解安順市水資源時(shí)空分布不均問(wèn)題。

大氣可降水量;月平均大氣可降水量;逐年大氣可降水量;自然降水產(chǎn)出率;人工增雨潛力

1 引言

安順市位于多雨的季風(fēng)區(qū),雨量充足。但由于全市境內(nèi)多為喀斯特地形,地貌復(fù)雜,山高坡陡,耕地土層薄,蓄水、保水能力差,多數(shù)耕地嚴(yán)重缺水,而人工增雨是解決貴州省工程性缺水的有效手段。因此進(jìn)行人工增雨潛力分析研究,可為積極實(shí)施人工增雨提供重要的參考依據(jù)。本文利用安順市所轄各縣觀測(cè)站 1978—2007年近 30 a月平均降水量、降水日數(shù)、逐年降水日數(shù)資料以及各站逐日水汽壓資料,分析了該市空中云水資源的時(shí)空分布特征,并對(duì)安順市的增雨潛力進(jìn)行了評(píng)估。該研究將為今后有效開(kāi)發(fā)利用當(dāng)?shù)氐目罩兴Y源提供參考依據(jù),為氣象災(zāi)害應(yīng)急服務(wù)增添新的內(nèi)涵,充分體現(xiàn)氣象為社會(huì)主義新農(nóng)村服務(wù),同時(shí)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、防災(zāi)減災(zāi)、應(yīng)急響應(yīng)提供有力的技術(shù)產(chǎn)品支持,將產(chǎn)生較大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

2 資料與方法

本文使用的資料主要包括:安順市及所轄各縣站 (平壩、關(guān)嶺、普定、鎮(zhèn)寧、紫云、安順 )1978—2007年逐日水汽壓資料以及各站月均降水量、月均降水日數(shù)和逐年降水日數(shù)資料。季節(jié)按習(xí)慣劃分,即春季為 3—5月,夏季為 6—8月,秋季為 9—11月,冬季為 12—次年 2月。

①整層大氣日可降水量的計(jì)算方法。這里采用楊景美、邱金恒[1,2]的地面水汽壓關(guān)系經(jīng)驗(yàn)公式。具體表達(dá)式為:

其中W為整層大氣逐日可降水量 (mm),e為地面水汽壓 (hPa),a0和 a1為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。青藏高原以外地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)為:

其中φ為地理緯度,H為海拔高度 (km)。安順?biāo)牳骺h站緯度為:20°N<φ<30°N,所以各參數(shù)的計(jì)算公式如下:

②整層大氣月可能降水量的計(jì)算方法。月可能降水量是建立在日可能降水量基礎(chǔ)上的物理量。其表達(dá)式為[3]:

式中,Ry為月可能降水量 (mm);Wy為多年平均各月日可能降水量 (mm),日可能降水量是指不考慮水汽環(huán)流、輸送的前提下,單位面積區(qū)域內(nèi)空中水汽全部凝結(jié)并形成的理論降水量;Ny為當(dāng)?shù)囟嗄陮?shí)際月平均降雨日數(shù)。

③整層大氣逐年可降水量的計(jì)算方法。年可能降水量也是建立在日可能降水量基礎(chǔ)上的物理量。其表達(dá)式為:

式中,Rn為月可能降水量 (mm);Wn為每年平均日可能降水量 (mm),Nn為當(dāng)?shù)孛磕陮?shí)際降雨日數(shù)。

④自然降水產(chǎn)出率的計(jì)算方法。自然降水產(chǎn)出率 (M),是指統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)實(shí)際降水量 (R)與可能降水量 (Rp)(其中 Rp可以為:W、Ry和 Rn)的百分比,其表達(dá)式為:

⑤人工增雨潛力的計(jì)算方法。一般來(lái)說(shuō),在可能降水量一定的情況下,自然降水產(chǎn)出率 (M)越低,其增雨潛力(L)越大。增雨潛力的計(jì)算表達(dá)式為:

3 安順市空中水資源時(shí)空分布特征

3.1 安順市大氣年均可降水量地理分布特點(diǎn)

安順市年平均空中水資源總量為 5 300～5 820 mm。年平均最大可降水量為 5 820 mm,分布特點(diǎn)是從西北向西南逐漸增加,西南部與其它地區(qū)差異較大,在 5 300～5 820 mm之間。關(guān)嶺是個(gè)高值中心,在 5 800 mm以上;兩城區(qū)和普定最低,大部在5 400 mm以下 (見(jiàn)圖 1)。這種分布特點(diǎn)與貴州省主要水汽來(lái)源通道和地形密切關(guān)聯(lián)。貴州省水汽來(lái)源于南海、印度洋、太平洋等南方洋面,在水汽由南向北輸送途中,含量漸漸減少,形成水汽南多北少,且由于貴州是倒簸箕地形,所以處于貴州中部的安順南部地勢(shì)較低北部較高,使得從南面來(lái)的水汽受到地形的阻擋,所以形成最大可降水量南高北低的分布。

3.2 安順市大氣四季可降水量地理分布特點(diǎn)

據(jù)統(tǒng)計(jì),安順市年平均有效空中水資源量為5 470 mm。全市地理分布大致為南部多,北部少,時(shí)空分布極不均勻,年總量關(guān)嶺最多,為 5 820 mm。分析安順市大氣四季平均可降水量地域分布圖 (圖2)可知,各季大氣可降水量的地理分布特點(diǎn):春季從西北向東南逐漸增大,夏季為東北向西南逐漸增大,秋季為東南到西逐漸增大,冬季東北部最大,中部次之,東南和西北最小。各季各縣大氣可降水量季節(jié)差異特點(diǎn):夏季最大,最多的關(guān)嶺與最少的平壩相差 380 mm,其次是秋季、冬季,各地相差 10～140 mm,春季相差最小,其差值為 10～90 mm左右。這可能是因?yàn)橛绊戀F州降水系統(tǒng)的水汽輸送主要靠西南暖濕氣流,使安順西南部有效空中水資源量較大。

圖 1 安順市 (1978—2007年)大氣年平均可降水量地域分布圖 單位(mm)

3.3 安順市大氣可降水量年際分布特點(diǎn)

圖 3為 1978—2007年近 30 a安順市逐年大氣可降水量年平均。分析圖 3可知,總體上看,安順市逐年大氣可降水量年平均的年際變化特征明顯,其中 1987、1993、2004處于谷值區(qū) ,1983、1991、1995、1997、2000年處于峰值區(qū);且隨年代遞減,大氣可降水量呈明顯的下降趨勢(shì),按不同年代分別統(tǒng)計(jì),便可看出其遞減趨勢(shì),1978—1987年全市年平均大氣可降水量為 5 560 mm,1988—1997年為 5 270 mm,1998—2007年以來(lái)為 4 940 mm。另外,安順市大氣可降水量的 30 a平均值為 5 260 mm,極大值 6 120 mm,出現(xiàn)在 1983年,極小值 3 870 mm,出現(xiàn)在 2004年。大氣可降水量隨年代遞減可能主要是全球氣候變暖帶來(lái)的干旱問(wèn)題而引起的。

4 增雨潛力時(shí)空特征分析

4.1 月可能降水量

圖 4為 1978—2007年近 30 a安順市大氣可降水量月平均,由圖 4可知,安順市各月平均大氣可降水量呈近似的正態(tài)分布,月平均值為 456 mm,最大值出現(xiàn)在 7月份為 823 mm,6月份次之,為 772 mm,最小值出現(xiàn)在 12月份為 188 mm;從季節(jié)變化看,夏季平均 230mm,遠(yuǎn)多于冬季的 64 mm,春季平均 130 mm,略多于秋季的 123 mm。

圖 4 月平均大氣可降水量圖

4.2 自然降水產(chǎn)出率

安順市全年各地各月自然降水產(chǎn)出率平均為20%。圖 5為 1978—2007年各縣站月平均自然降水產(chǎn)生率,從圖 5看到,安順市各縣自然降水產(chǎn)出率在 9%～42%之間,其月變化呈“單峰”型,峰值大多出現(xiàn)在 6月,為 42%,谷值出現(xiàn) 12月,為 8.8%;從其區(qū)域分布看,安順北部的自然降水產(chǎn)出率大于南部。

4.3 增雨潛力

圖 6為 1978—2007年各縣站各月平均增雨潛力,從圖 6中可見(jiàn),安順市增雨潛力年平均為 80%,冬季增雨潛力較大,大多在 87%以上;秋季次之,大多在 78%以上;春季再次之,增雨潛力在 66%以上;夏季增雨潛力最小,在 58%～77%之間。其地理分布,增雨潛力南部大于北部。

5 結(jié)論

①?gòu)目傮w上看,安順市年大氣可降水量隨著年代遞增而呈遞減趨勢(shì)。

②安順市空中水汽含量月變化呈正態(tài)分布,7月最大,6月次之,12月最少。空中水汽含量夏季遠(yuǎn)多于冬季,春季略高于秋季;地域上大致為從西南到東北遞減。

③1—7月份是空中月可能降水量變化的增長(zhǎng)期,8—12月是月可能降水量的遞減期。

④夏季自然降水產(chǎn)出率最高,其次為秋季、春季和冬季。北部地區(qū)自然降水產(chǎn)出率明顯高于南部地區(qū)。

⑤全年各地冬季增雨潛力最高,夏季最低。北部地區(qū)增雨潛力低于南部地區(qū)。

本文分析的大氣可能降水量只是理論值,所以討論的增雨潛力也只是一個(gè)理想值。因?yàn)槭聦?shí)上大氣中的水汽不可能全部凝結(jié)并形成降水,計(jì)算出的最大降水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于實(shí)際降水量,但對(duì)有效開(kāi)發(fā)利用安順市空中水資源,合理進(jìn)行人工增雨仍具有重要意義。

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1003-6598(2011)01-0021-04

2010-03-19

鄧世有 (1982-),男 (回族),助工,主要從事中短期天氣預(yù)報(bào)工作。