安顺市空中水资源开发潜力分析

2011-11-07邓世有帅忠兰

中低纬山地气象 2011年1期

关键词：产出率安顺市水汽

邓世有,帅忠兰,叶帮,熊斌

(贵州省安顺市气象局,贵州安顺 561000)

安顺市空中水资源开发潜力分析

邓世有,帅忠兰,叶帮,熊斌

(贵州省安顺市气象局,贵州安顺 561000)

利用安顺市各县 (市)1978—2007年每日 4个时次地面水汽压和降水资料,计算了每个站的可降水量,分析了该市可降水量的时空分布和多年的变化趋势。结果表明安顺市具有较大的人工增雨潜力,合理开展人工增雨工作,可有效缓解安顺市水资源时空分布不均问题。

大气可降水量;月平均大气可降水量;逐年大气可降水量;自然降水产出率;人工增雨潜力

1 引言

安顺市位于多雨的季风区,雨量充足。但由于全市境内多为喀斯特地形,地貌复杂,山高坡陡,耕地土层薄,蓄水、保水能力差,多数耕地严重缺水,而人工增雨是解决贵州省工程性缺水的有效手段。因此进行人工增雨潜力分析研究,可为积极实施人工增雨提供重要的参考依据。本文利用安顺市所辖各县观测站 1978—2007年近 30 a月平均降水量、降水日数、逐年降水日数资料以及各站逐日水汽压资料,分析了该市空中云水资源的时空分布特征,并对安顺市的增雨潜力进行了评估。该研究将为今后有效开发利用当地的空中水资源提供参考依据,为气象灾害应急服务增添新的内涵,充分体现气象为社会主义新农村服务,同时为农业生产、防灾减灾、应急响应提供有力的技术产品支持,将产生较大的社会效益和经济效益。

2 资料与方法

本文使用的资料主要包括:安顺市及所辖各县站 (平坝、关岭、普定、镇宁、紫云、安顺 )1978—2007年逐日水汽压资料以及各站月均降水量、月均降水日数和逐年降水日数资料。季节按习惯划分,即春季为 3—5月,夏季为 6—8月,秋季为 9—11月,冬季为 12—次年 2月。

①整层大气日可降水量的计算方法。这里采用杨景美、邱金恒[1,2]的地面水汽压关系经验公式。具体表达式为:

其中W为整层大气逐日可降水量 (mm),e为地面水汽压 (hPa),a0和 a1为经验系数。青藏高原以外地区的经验系数为:

其中φ为地理纬度,H为海拔高度 (km)。安顺所辖各县站纬度为:20°N<φ<30°N,所以各参数的计算公式如下:

②整层大气月可能降水量的计算方法。月可能降水量是建立在日可能降水量基础上的物理量。其表达式为[3]:

式中,Ry为月可能降水量 (mm);Wy为多年平均各月日可能降水量 (mm),日可能降水量是指不考虑水汽环流、输送的前提下,单位面积区域内空中水汽全部凝结并形成的理论降水量;Ny为当地多年实际月平均降雨日数。

③整层大气逐年可降水量的计算方法。年可能降水量也是建立在日可能降水量基础上的物理量。其表达式为:

式中,Rn为月可能降水量 (mm);Wn为每年平均日可能降水量 (mm),Nn为当地每年实际降雨日数。

④自然降水产出率的计算方法。自然降水产出率 (M),是指统计时段内实际降水量 (R)与可能降水量 (Rp)(其中 Rp可以为:W、Ry和 Rn)的百分比,其表达式为:

⑤人工增雨潜力的计算方法。一般来说,在可能降水量一定的情况下,自然降水产出率 (M)越低,其增雨潜力(L)越大。增雨潜力的计算表达式为:

3 安顺市空中水资源时空分布特征

3.1 安顺市大气年均可降水量地理分布特点

安顺市年平均空中水资源总量为 5 300～5 820 mm。年平均最大可降水量为 5 820 mm,分布特点是从西北向西南逐渐增加,西南部与其它地区差异较大,在 5 300～5 820 mm之间。关岭是个高值中心,在 5 800 mm以上;两城区和普定最低,大部在5 400 mm以下 (见图 1)。这种分布特点与贵州省主要水汽来源通道和地形密切关联。贵州省水汽来源于南海、印度洋、太平洋等南方洋面,在水汽由南向北输送途中,含量渐渐减少,形成水汽南多北少,且由于贵州是倒簸箕地形,所以处于贵州中部的安顺南部地势较低北部较高,使得从南面来的水汽受到地形的阻挡,所以形成最大可降水量南高北低的分布。

3.2 安顺市大气四季可降水量地理分布特点

据统计,安顺市年平均有效空中水资源量为5 470 mm。全市地理分布大致为南部多,北部少,时空分布极不均匀,年总量关岭最多,为 5 820 mm。分析安顺市大气四季平均可降水量地域分布图 (图2)可知,各季大气可降水量的地理分布特点:春季从西北向东南逐渐增大,夏季为东北向西南逐渐增大,秋季为东南到西逐渐增大,冬季东北部最大,中部次之,东南和西北最小。各季各县大气可降水量季节差异特点:夏季最大,最多的关岭与最少的平坝相差 380 mm,其次是秋季、冬季,各地相差 10～140 mm,春季相差最小,其差值为 10～90 mm左右。这可能是因为影响贵州降水系统的水汽输送主要靠西南暖湿气流,使安顺西南部有效空中水资源量较大。

图 1 安顺市 (1978—2007年)大气年平均可降水量地域分布图单位(mm)

3.3 安顺市大气可降水量年际分布特点

图 3为 1978—2007年近 30 a安顺市逐年大气可降水量年平均。分析图 3可知,总体上看,安顺市逐年大气可降水量年平均的年际变化特征明显,其中 1987、1993、2004处于谷值区 ,1983、1991、1995、1997、2000年处于峰值区;且随年代递减,大气可降水量呈明显的下降趋势,按不同年代分别统计,便可看出其递减趋势,1978—1987年全市年平均大气可降水量为 5 560 mm,1988—1997年为 5 270 mm,1998—2007年以来为 4 940 mm。另外,安顺市大气可降水量的 30 a平均值为 5 260 mm,极大值 6 120 mm,出现在 1983年,极小值 3 870 mm,出现在 2004年。大气可降水量随年代递减可能主要是全球气候变暖带来的干旱问题而引起的。

4 增雨潜力时空特征分析

4.1 月可能降水量

图 4为 1978—2007年近 30 a安顺市大气可降水量月平均,由图 4可知,安顺市各月平均大气可降水量呈近似的正态分布,月平均值为 456 mm,最大值出现在 7月份为 823 mm,6月份次之,为 772 mm,最小值出现在 12月份为 188 mm;从季节变化看,夏季平均 230mm,远多于冬季的 64 mm,春季平均 130 mm,略多于秋季的 123 mm。

图 4 月平均大气可降水量图

4.2 自然降水产出率

安顺市全年各地各月自然降水产出率平均为20%。图 5为 1978—2007年各县站月平均自然降水产生率,从图 5看到,安顺市各县自然降水产出率在 9%～42%之间,其月变化呈“单峰”型,峰值大多出现在 6月,为 42%,谷值出现 12月,为 8.8%;从其区域分布看,安顺北部的自然降水产出率大于南部。

4.3 增雨潜力

图 6为 1978—2007年各县站各月平均增雨潜力,从图 6中可见,安顺市增雨潜力年平均为 80%,冬季增雨潜力较大,大多在 87%以上;秋季次之,大多在 78%以上;春季再次之,增雨潜力在 66%以上;夏季增雨潜力最小,在 58%～77%之间。其地理分布,增雨潜力南部大于北部。