山西地區(qū)大氣可降水量與實際降水量變化特征分析

于 立,李繼祥,尚可政,倪江波

(1.蘭州大學大氣科學學院,甘肅蘭州 730000；2.中國人民解放軍63717部隊,山西太原 030031；3.中國輻射防護研究院,山西太原 030006)

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山西地區(qū)大氣可降水量與實際降水量變化特征分析

于 立1，2,李繼祥3,尚可政1,倪江波1

(1.蘭州大學大氣科學學院,甘肅蘭州 730000；2.中國人民解放軍63717部隊,山西太原 030031；3.中國輻射防護研究院,山西太原 030006)

利用2000～2013年NCEP/NCAR月平均再分析資料和實際降水量資料，分析了山西地區(qū)14年來整層大氣可降水量以及實際降水量變化特征。結(jié)果表明，該地區(qū)全年大氣可降水量月平均數(shù)值較低，其中，夏秋季節(jié)最多，春季次之，冬季最少，且秋季與春季基本呈反向變化趨勢；實際降水量季節(jié)變化明顯，春夏季節(jié)降水最多，秋季次之，冬季最少，實際降水量總體要多于大氣可降水量；降水量年際變化明顯，呈總體減少趨勢，大氣可降水量年變化與實際降水量年變化并不一致，但總體也為減少趨勢。

山西地區(qū)；大氣可降水量；實際降水量；變化特征

隨著極端氣候事件的頻發(fā)，近年來，世界各國對全球氣候變化帶來的影響越來越重視，氣候變化已成為當今國際社會普遍關(guān)注的全球性問題。IPCC AR4報告曾指出自20世紀70年代以來人類影響已經(jīng)促使全球朝著旱災(zāi)面積增加和強降水事件頻率上升的趨勢發(fā)展，大多數(shù)副熱帶大陸地區(qū)的降水量可能減少[1]。IPCC AR5指出上層海洋1971～2010年發(fā)生了變暖，由此引起的水循環(huán)的變化正是響應(yīng)了全球變暖的結(jié)果[2]。中緯度地區(qū)和溫帶地區(qū)土壤濕度可能會減少10%[2]。所以在降水多地區(qū)和降水少地區(qū)之間的差異和季節(jié)上的差異會有所增加，這對氣候變化以及對未來農(nóng)業(yè)產(chǎn)量或生態(tài)系統(tǒng)的影響非常重要。

整層大氣可降水量指不考慮外界水汽循環(huán)、輸送的前提下，單位面積區(qū)域內(nèi)垂直大氣氣柱內(nèi)所含的水汽全部凝結(jié)為液態(tài)水時可積聚的液態(tài)水總量[3]。整層大氣可降水量還是研究大氣輻射和吸收以及全球熱量輸送的一個重要參量[4]。山西位于黃土高原與華北平原交界處，在氣候類型上屬于溫帶大陸性季風氣候。該地區(qū)位于氣候脆弱帶，對氣候變化的響應(yīng)極其敏感，地形復(fù)雜，水資源缺乏，素有“十年九旱”之說。最近幾十年以來干旱化趨勢日趨明顯、水資源日益緊張，水資源緊缺已成為制約這一地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸問題[5-7]。因此，全面分析山西省大氣可降水量變化特征，為制定山西地區(qū)經(jīng)濟、社會可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃提供指導(dǎo)意見，不僅具有科學意義，且具有十分重要的應(yīng)用價值。

1 資料與方法

1.1 資料來源計算大氣可降水量數(shù)據(jù)來自2000～2013年NCEP/NCAR提供的2.5°×2.5°月平均再分析資料，實際降水量數(shù)據(jù)來自中國氣象科學數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)提供的中國地面降水月值0.5°×0.5°格點數(shù)據(jù)集，研究區(qū)域取為108°～116°E、32°～42°N，納入計算的高度層為1 000～300 hPa。季節(jié)劃分采用氣象學劃分，即春季為3～5月、夏季為6～8月、秋季為9～11月、冬季為12月～次年2月。

2 結(jié)果與分析

2.1 大氣可降水量變化特征分析由相關(guān)分析得知，山西地區(qū)大氣可降水量自東南到西北方向減少。從全年月平均值來看，該地區(qū)全年大氣可降水量數(shù)值較?。淮杭酒骄鶖?shù)值在25～45 mm，冬季最少，為10～20 mm，夏秋季較多，分別為70～100、35～55 mm(圖1)。從4個季節(jié)的年變化(圖2)來看，大氣可降水量冬季平均數(shù)值14年來一直處于低值，且呈緩慢減少趨勢；春季、夏季的年變化趨勢基本一致，而秋季與春季基本呈反向變化趨勢。

2.2 實際降水量變化特征分析從圖3可以看出，山西地區(qū)實際降水量季節(jié)變化明顯，14年來春季、夏季平均降水較多，冬季最少；山西地區(qū)西部偏南有一個降水的高值中心；降水空間分布的整體趨勢為由東南到西北方向遞減。另外，各個季節(jié)的降水量年變化比較明顯，2003、2012年冬季降水有很明顯的增高；春季降水在2000～2009年持續(xù)走低的大前提下，在2003年也是有個很明顯的增高，2010～2013年春季降水起伏較大，且呈增高趨勢；冬季降水與春季降水的趨勢基本一致；14年來夏季降水呈緩慢增長趨勢，增長過程中也出現(xiàn)了3次明顯的起伏增大；秋季降水14年來也是有幾個峰值，與夏季降水趨勢基本一致，在春季降水少的年份，秋季降水會增多(圖4)。

2.3 大氣可降水量與實際降水量對比分析大氣可降水量的多少僅代表該地降水的潛力，與實際降水量并不相同。江曉濱等從云物理學角度出發(fā)，設(shè)E為大氣垂直氣柱中的雨水含量與大氣中液態(tài)水總含量(取微波輻射計觀測值)的比為降水轉(zhuǎn)化率，l-E則表示增雨的潛力[10]。李霞等則從氣候?qū)W角度定義了一種降水轉(zhuǎn)化率，也得到了廣泛的應(yīng)用[11]。蔡英等指出全國大部分地區(qū)大氣可降水量的轉(zhuǎn)化率并不高，且降水本身就是一個復(fù)雜的過程，大氣可降水量與實際降水量的關(guān)系比較復(fù)雜[12]。Adedokun在西非地區(qū)大氣可降水量與實際降水量的研究中指出，實際降水量與大氣可降水量大致呈函數(shù)關(guān)系式Y(jié)=axb(a、b均為常數(shù))[13]。

經(jīng)分析得知(圖5)，山西地區(qū)的大氣可降水量在春季、夏季、秋季小于實際降水量，只有冬季時期由于降水量較少，才與大氣可降水量有了交叉點。進一步分析發(fā)現(xiàn)，對山西地區(qū)降水量而言，2000年全年降水較多， 2001、2002年降水大幅減少； 2003年降水又有了大幅增長， 2004年降水驟減； 2005年降水較多， 2006年降水的減少之后2007年、2008年降水又開始增加，2009～2013年降水減少趨勢明顯，而從總體來看，2000～2013年降水量總體走低(圖6)。14年來山西地區(qū)大氣可降水量總體呈減少趨勢；除了2002年大氣可降水量是較之前2001年增加之外，一直到2006年大氣可降水量變化情況與實際降水量類似；之后自2006～2008年大氣可降水量持續(xù)減少,雖然2007、2008年降水量比2006年增加，但大氣可降水量并沒有比2006年多。2009～2012年實際降水量趨于減少，但大氣可降水量卻有微幅的增加，在2013年才又開始減少(圖6)。

3 結(jié)論與討論

(1)2000～2013年山西地區(qū)大氣可降水量與實際降水量空間變化一致，均是從東南方向到西北方向遞減。

(2)2000～2013年山西地區(qū)大氣可降水量的季節(jié)分布由高到低依次為夏季、秋季、春季、冬季，年變化不明顯；而實際降水量的季節(jié)分布由高到低依次為夏季、春季、秋季、冬季，年變化明顯。

(3)2000～2006年大氣可降水量與實際降水量變化趨勢一致，但2007～2012年變化趨勢卻相反，山西地區(qū)大氣可降水量與實際降水量總體呈減少趨勢，抗旱減災(zāi)，已迫在眉睫。

(4)眾多研究曾分析過山西地區(qū)降水的影響因子，如王文義曾指出太平洋海溫、SOI指數(shù)、副高指數(shù)、經(jīng)向緯向環(huán)流指數(shù)、極渦均對山西降水異常和干旱預(yù)測有一定的指示意義，且對每項指標均進行了詳細分析[7]；Wang等最新研究發(fā)現(xiàn)厄爾尼諾-南方濤動(ENSO)能造成全球一些地區(qū)降水異常，但這種影響關(guān)系并不穩(wěn)定，會受到北太平洋年代際濤動(PDO)調(diào)控[14]；郭其蘊等研究發(fā)現(xiàn)東亞夏季風的減弱也是導(dǎo)致華北地區(qū)降水減少的原因之一[15]。另外，Gaffen等研究指出溫帶地區(qū)大氣可降水量的變化與厄爾尼諾和南方濤動有一定的關(guān)系[16-17]。筆者期望在后續(xù)的研究中更加深入的進行探討。

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Variation Characteristics of Precipitation Water and the Actual Precipitation over Shanxi

YU Li1,2, LI Ji-xiang3, SHANG Ke-zheng1et al

(1. College of Atmospheric Sciences, Lanzhou University, Lanzhou, Gansu 730000; 2. Unit 63717 of PLA, Taiyuan, Shanxi 030031; 3. China Institute for Radiation Protection, Taiyuan, Shanxi 030006)

The whole layer of precipitation water and the actual precipitation variation characteristics of the Shanxi over the past 14 years was analyzed with 2000-2013 NCEP/NCAR monthly mean reanalysis data and the actual precipitation data. The results showed that: the precipitation water of the region has a low value of year average, the value of summer and fall are higher than that of spring, and winter has the lowest value, and there shows an opposite change tendency in autumn and spring; the actual precipitation seasonal changes a lot over seasons, most precipitation are in spring and summer, followed by autumn and winter, generally the value of actual precipitation are higher than that of precipitation water; the actual precipitation has an obvious interannual change, and shows a negative trend, changes in annual precipitation water are not consistent with the actual annual precipitation, but also display a negative trend.

Shanxi region; Atmospheric precipitation water; Actual precipitation, Variation characteristics

于立(1988-)，女，山東濰坊人，助理工程師，在讀碩士，從事現(xiàn)代天氣預(yù)報技術(shù)與方法研究。

2014-11-20

S 161.6

A

0517-6611(2015)01-171-03