中国大陆上空水汽资源

1、中国大陆上空水汽资源崔玉琴(南京水文水资源研究所)摘要根 据 1 9 8 1 1 9 8 6 年 计 算 结 果 , 指 出 我 国 大 陆 上 空 拥 有 水 汽 资 源 年 总 量+ 3 3 1 8 4 . 4 亿 3。暖 季 ( 4 1 0 月 ) + 3 0 4 9 4 . 1 2 亿 m 3 , 寒 季 ( 1 1 次 年 3 月 )+ 2 6 9 0. 2 8 亿 m 3 。全 年 唯 有 气 温 最 低 的 隆 冬 ( 1 2 次 年 2 月 ) 是 水 汽 资 源 亏 耗 ( - 7 7 3. 6 3 亿m 3 ) 季 节 , 而 夏 季 ( 6 8 月 ) 则 是 我 国 大

2、 陆 上 空 水 汽 资 源 最 关 键 的 汇 聚 时 期, 资 源 量 + 1 8 1 9 7. 5 6 亿m 3 。1 6 号、1 4 号 边 界 分 别 是 1 1 5 月 水 汽 输 入 最 大 或 次 大边 界; 而 6 1 0 月 则 是 1 3 号 与 1 6 号 边 界。按 进 入 我 国 大 陆 水 汽 量 百 分 比 分 析 , 南 海 为 第一 水 汽 源 地 ( 暖 季 2 5 % 、寒 季 4 2 % ) ; 孟 加 拉 湾、阿 拉 伯 海 为 第 二 水 汽 源 地 ( 暖 季2 1 % 、寒 季 2 9 % ) ; 亚 洲 北 方 大 陆 、欧 洲 大 陆 或

3、海 域 分 别 为 暖 季 ( 1 6 % ) 、寒 季(12% ) 第三水汽源地。关键词 水汽资源 水汽源地 水汽输送 中国大陆我国水资源总量居世界第六位, 但人口却居世界首位。 因此, 我国的水资源并不丰富, 有的 地区相当紧缺, 有的地区甚至极为贫乏。 大自 然留给我们的欠缺, 激励着我们竭智尽能去开 拓新的水资源之源。 人工降水, 即是人们向空 中夺水、开拓新的水源之最直接的手段之一。本 文为给出我国大陆上空水汽资源蓄留量、 季节 分配、 水汽输入最大边界及其源地, 完成了有 关资料的计算。 因为这一切均是人们向空中夺 水首要掌握的基础科学依据和气候背景。用方向不同的 20 个边界模拟

4、酷似桑叶形 的我国大陆边界线, 构成 20 边不规则多边形 ( 图 1) , 此即本文用以计算我国大陆上空水汽 资 源 蓄 留 量 水 汽 输 送 计 算 边 界 , 并 计 算 了1981 1986 年逐年、逐季、逐月我国大陆上空 水汽资源蓄留量。图 1 中国大陆模拟边界框图1中国大陆上空水汽资源量我国大陆, 每年通过四周边界进入上空的2 亿 m 3;水汽平均年总输入量 208381.通过四周 边 界 流 向 境 外 的 水 汽 平 均 年 总 输 出 量8 亿 m 3。 两者之差,175196.即水汽净输入量为+ 33184. 4 亿m 3。此即蓄留于我国大陆上空水 汽 资 源 平 均 年

5、 总 量358mm 。1. 1 水汽输入量( 见 表 1 ) ,相 当 水 深夏季是我国大陆水汽输出量最大季节。1. 3水汽净输入量水汽净输入量的符号, 决定着水汽资源蓄 留 (水汽输入量大于输出量) 抑或是亏耗 (水 汽输出量大于输入量)。这对某一地区而言, 是极为关键的。纵览表 1 中“水汽资源蓄留量”一 栏, 我国大陆上空气温最低的隆冬 (12 月 次年 2 月) 是唯一水汽亏耗 (- 773. 63 亿m 3 ) 的 季节; 但整个寒季 (11 月 次年 3 月) 仍为水汽资源蓄留季节, 其总量 (+ 2690. 28 亿 m 3 )(208381. 2 亿 m 3 ) 中, 暖为总量

6、的 75. 86% ; 寒季在年总输入量7 亿 m 3 ,季 158087.5 亿 m 3 ,50293.是总量的 24. 14% 。即暖季量是 寒 季 量 的 3. 15 倍。 暖 季 中, 尤 以 夏 季 量(84765. 34 亿 m 3 ) 最多, 为暖季总量的 53.62% 、 年总量的 40. 68% 。 隆冬水汽 输 入 量( 26235. 9 亿 m 3 ) 是全年中最低季节, 仅为年 总量的 12. 59% 。春、秋两季, 所占比重相近(前者为 17. 35% , 后者为 17. 83% )。这说明, 大气气温的高低决定着大气中水汽含量, 从而 制约着输入量的多寡。 因此,

7、盛夏季节无疑是 我国大陆上空水汽输入量最大季节。1. 2 水汽输出量仅为年总蓄留量 (+ 33184. 4 亿m 3 ) 的 8. 11% 。12 亿m 3 , 为年总量的 91.暖季蓄留量+ 30494.89% , 为我国大陆上空水汽资源主要汇聚时期,其中的夏季量 (+ 18197. 56 亿 m 3 ) 占暖季总 量的 59. 68% 、年总量的 54. 84% 。所以夏季又是我国大陆上空水汽资源蓄留最为关键的季 节。在年总输出量 (175196. 8 亿 m 3 )中, 暖季 127593. 58 亿 m 3 , 为年总量的 72.83% ; 寒17% 。即2水汽净输入边界、 净输出边界

8、在 2 0 个 周 边 界 中 , 净 输 入 边 界 ( 经 由 此22 亿 m 3 ,季 47603.为年总量的 27.暖季量是寒季量的 2.68 倍。 暖季中, 夏季量66567. 78 亿 m 3 , 为暖季总量的 52. 17% 、年 总量的 38% 。即夏季水汽输出量近年总输出量的 2/5; 最低季节, 仍是隆冬的 3 个月。所以,边界水汽输入量大于输出量) 数量各季不同。终年为水汽净输入边界 ( 称“终年水汽净输入边 界 ”) 的 共 8 个 : 1 、3 、4 、6 、1 4 、1 6 、(单位: 亿 m 3 )表 1 中国大陆上空平均水汽输送量百分比 ( % )季节输 入 量

9、输 出 量水 汽 资 源 蓄 留 量 ( 净输入量)数值占年总输出量 百分比 ( % )数值占年总输出量春 ( 4- 5 月) 夏 ( 6- 8 月) 秋 ( 9- 10 月)暖季 ( 4- 10 月) 隆冬 ( 12- 次年 2 月) 寒季 ( 11- 次年 3 月)全年36169. 1784765. 3437153. 19158087. 726235. 950293. 5208381. 217. 3540. 6817. 8375. 8612. 5924. 1410030440. 366567. 7830585. 5127593. 5827009. 5347603. 22175196. 81

10、7. 3738. 0017. 4672. 8315. 4227. 17100+ 5728. 87+ 18197. 56+ 6567. 69+ 30494. 12- 773. 63+ 2690. 28+ 33184. 418、 20 号边界; 5、 13、 15 号边界只是某个季节的净输入边界 (表 2)。总结上述“终年水汽 净输入边界”的位置, 其特点是: 或位于我国 西北部、 与西北气流正交或交角较大的陆地边 界; 或位于我国西南边陲、 与西南气流正交或成一定交角的陆地边界; 我国东部沿海地带, 则 没有“终年水汽净输入边界”(13 号边界仅为暖 季)。为了突出净输入边界在水汽输送过程中所

11、起的作用, 特列出各季由净输入边界进入净水汽 总量与相应季节全国总量的倍比关系 ( 表3)。 由表中各季倍比数值看出, 其值随着季节 的转换而变化。就全年而论, 倍比值为 2. 59, 即全年经由净输入边界蓄留的水汽量是全国水 汽总蓄留量的 2. 59 倍; 就季节而论, 全年最寒冷的季节 寒季, 倍比值最高, 为 11. 35; 暖季及其夏季最低, 只有 1. 82、1. 38 倍; 暖 季中过渡季节, 即气温相对较低的春、秋两季, 均高于气温最高的夏季, 分别为 3. 05、 1. 98 倍。 说明净输入边界在我国大陆水汽资源汇聚过程中, 其作用随着季节转暖而降低, 转冷而 增大。界; 7

12、 号边界则仅是暖季。分析上述 5 个终年净输出边界所在地理位置, 其特点是: 除 2 号边 界属于我国内陆边界外, 其余 4 个边界 (8 11 号 边界) 皆位于黄海水域及以北的沿海地带(10 号、 11 号边界) 和临近日本海的陆地边界 (8 号、9 号边界)。说明这一带正是亚洲大陆中 纬度西风气流 “出口区”。表 3 中国大陆水汽净输入边界水汽输入总量与全国净输入总量倍比水汽输入最大边界、输出最大边界33. 1水汽输入最大边界根据中国大陆各边界水汽输入量占总量百 分 比柱状图 ( 图 2) 分析, 寒季 ( 11 次年 3 月) 至春季 (4 5 月) , 跨度 7 个月, 16 号边终

13、年为水汽净输出的边界(水汽输出量大于输入量) 共 5 个: 2、 8 11 号边界 (表 2 中右栏)。5 号边界、12 号边界仅寒季为净输出边表 2 中国大陆上空水汽输送净输入边界、 净输出边界边界季节净输入边界净输出边界12345678910111213141516171819201234567891011121314151617181920春 ( 4- 5) 夏 ( 6- 8 月) 秋 ( 9- 10 月) 暖季 4- 10 月)隆冬 ( 12- 次年 2 月)寒季 ( 11- 次年 3 月)全年春 ( 4- 5 月) 夏 ( 6- 8 月) 秋 ( 9- 10 月)暖季 ( 4- 10

14、 月) 隆冬 ( 12- 次年 2 月) 寒季 ( 11- 次年 3 月)全年17461. 425032. 813024. 855519. 017123. 930541. 686060. 65728. 8718197. 566567. 6930494. 12- 773. 632690. 2833184. 43. 051. 381. 981. 8211. 352. 59季节净输入边界水 汽输入总量( 亿 m 3)全国净输 入 总 量( 亿 m 3)倍 比界、14 号边界是百分比最大的两个边界; 隆冬(12 次 年 2 月 ) , 此 二 边 界 同 为 最 大 边 界(24% ) ; 春季, 1

15、6 号为最大边界 (21% ) , 14 号 为次大边界 ( 12% ) ; 寒季, 14 号为最大边界 (23% ) , 16 号为次大边界 (22% )。 6 10 月,13 号、16 号为同百分比最大的两个边界: 夏季,学成因。 我国大陆位于亚洲大陆主体东部, 濒临太平洋。由于海、陆不同下垫面的热力影响, 我国东部沿海岸地带便是高空大槽即东亚大槽 平 均位置所在, 因此沿海岸地带自某一高度(因地面天气系统而变) 以上常年处在东亚大槽 槽底偏西气流控制, 以致成为携带我国境内水 汽出境的主气流地带。 东亚大槽槽底 (西风气 流区) 南伸所抵达纬度有着明显的季节性变化: 随季节转暖而北缩至较

16、高纬度; 随季节变冷而 可南下至较低纬度。 可见, 东亚大槽槽底位置及其季节性南北位移导致了我国大陆水汽输出 最大、次大边界均集中在大陆东部沿海岸地带, 并有着同步季节性变化。13 号为最大边界 (12% ) ;为最大边界。秋季,此二边界又同图 2 中国大陆各边界水汽输入量占总量百分比柱状图( 图中斜线柱体为百分比最大和次大边界)3. 2 水汽输出最大边界图 3 为中国大陆各边界水汽输出量占总量 百分比柱状图。由图可见, 11 5 月, 一年中气温较低的连续 7 个月, 12 号边界为百分比最高 边界 (寒季 30% 、 春季 16% ) , 即水汽输出最大边界; 11 号、 13 号分别为春

17、季 (13% )、 寒 季 (13% ) 次大边界。6 10 月, 一年中气温较 高的连续 5 个月, 11 号为最大边界 (夏季 16% 、 秋季 13% 、 暖季 15% ) ; 12 号、 7 号分别为秋 季 (11% )、 夏季 (11% ) 次大边界。另外, 由图中各柱体高度看出, 百分比高于 5% (平均值) 的边界 6 7 个; 高于 10% 的 边界仅 2 3 个, 说明水汽输出量高度集中在几 个边界, 而且最大、 次大边界的月际变化 (表4) 具有明显的季节性规律: 一年之中, 最大、 次大边界的位置, 随季节转暖而北移 (7、8 月 位置最北) ; 随季节变冷而南压 (11

18、 2 月位置 最南) ; 其位置均高度集中在我国东部沿海岸地 带 (表 5)。这种季节性变化规律, 皆有其天气图 3中国大陆各边界水汽输出量占总量百分比柱状图( 图中实心柱体为百分比最大和次大边界)表 4 中国大陆水汽输出最大、 次大边界逐月百分比和(% )表 5 中国大陆 10 13 号边界地理位置边界起点终点nene101112133833302412112112211833302421121122118111月份345678910111212百分比和463126273326222933404551边界11, 1210, 117, 1110, 1111, 1212, 1316 号边界在水汽

19、资源汇聚过程中的进入我国的唯一正交边界。4作用16 号边界是终年水汽净输入边界。 普查 6年计 算 结 果, 除 1982 年 8 月 ( - 106.6 亿m 3 )、1984 年 8 月 (- 1225. 6 亿 m 3 )、1985 年8 月 (- 1473. 8 亿 m 3 ) 为负值外, 其它年份逐 月水汽净输送量均为正值, 而且, 无论暖季或寒季, 均是相应季节水汽净输入量最大边界。表6 给出了该边界 1981 1986 年各季水汽净输 入量与同年各季全国总量倍比关系。 由表中数据可见, 16 号边界对我国大陆上空水汽资源的 汇聚作用是其它边界所不能替代的。表 6 16 号边界水汽

20、净输入量与中国大陆上空水汽资源源地根据各边界水汽输入量所占百分比及入境 水汽飘流来向, 确定我国大陆上空水汽资源源 地为 6 个方面, 按其暖季百分比大小排列顺序 为: (1) 热带海域南海, (2) 热带海域阿拉伯 海、 孟加拉湾, (3) 亚洲北方大陆, (4) 欧洲 大陆及海域, (5) 温带海域黄海、东海、渤海, (6) 寒温带海域鄂霍次克海、 日本海。 表 7 给 出了各源地进入我国大陆上空水汽量占全国总 量百分比。5. 1水汽源地: 南海南海位于西南太平洋西岸, 水域面积 360万 km 2 , 水区气温 15 28, 年降水量 12005全国总量百分比(% )3300mm 。由于

21、大部分水域位于 10n 以北,年均蒸发量超过降水, 是水汽输出源地、 太阳辐射剩余区 (热源)1。因此由南海飘来的海洋气 团, 富含水汽, 是进入我国水汽量最大的水域(暖季 25% 、寒季 42% )。为我国第一水汽源地。 南海上空水汽一般由东南或偏南气流卷携由经 13 15 号边界入境。东南气流, 夏季一般 来自副热带高压西南侧, 为夏季风。 由于副热 带高压是一深厚的天气系统, 东南季风可伸展至 500h p a 以上。冬季, 当南下变性冷高压东移 时, 其西南侧东南气流也可将南海水汽飘送至我国南方大陆。 只是冷性高压是一浅薄的天气 系统, 所以东南气流仅出现于较低的浅薄气层 中。就 6

22、年计算结果而论, 16 号边界也是我国大陆上空水汽输入量的最大边界 (暖季: 1982、1983、1984 年; 寒季: 1983、1985 年) 或次大 边界 (暖季: 1981、1985、1986 年; 寒季: 1981、1982、 1984、 1986 年)。16 号边界所以具有上述其它边界所不及 的特征, 均与其所在纬度及走向有密切关系。此 边界为西北 东南走向, 西北起于 97e、28n , 东南止于 100e、21n ; 与 100e 经线成 30交 角, 是来自孟加拉湾上空富含水汽的西南气流表 7 中国大陆上空水汽资源各源地进入我国上空水汽量占全国总量百分比 (% )源地季节1.

23、 南海( 热带海域)2. 阿拉伯海、 孟加拉湾( 热带海域)3. 亚洲北方大陆4. 欧洲大陆及 海 域5. 黄海、东海、 渤海( 温带海域)6. 鄂霍次克海、 日 本 海( 寒温带海域)春 ( 4- 5 月) 夏 ( 6- 8 月) 秋 ( 9- 10 月)暖季 ( 4- 10 月) 隆冬 ( 12- 次年 2 月) 寒季 ( 11- 次年 3 月)全年2725272541423116212130291415171612914151414111281615134561361123年份198119821983198419851986暖季 ( 4 10 月)寒季 ( 11 3 月)44. 9449

24、063. 9996. 2265. 8350578. 4346379. 857271112855. 2 水汽源地: 孟加拉湾、 阿拉伯海孟加拉湾、阿拉伯海位居我国大陆西南方,是印度洋北部距我国最近的两个热带海域, 其 水域面积分别为 270 万 km 2、286 万 km 2。全年 平 均 气 温 25, 夏 季 25 27、 冬 季 2223。 夏季受暖热赤道海洋气团控制, 西南季 风盛行, 以 7、8 两月最强, 孟加拉湾 4 5 级,阿拉伯海 5 6 级。全年降水量 2 000mm 左右,是世界上热带季风气流显著的海域, 蒸发量大 于降水量, 是水汽输出海域。 由此海域进入我国大陆上空水汽

25、量所占比重: 暖季 21% 、寒季29% , 均低于南海水域, 为我国第二水汽源地。 此海域上空水汽夏季由印度洋西南季风、寒季由南支槽前西南气流卷携北上进入我国大 陆。 入境边界多是 16 19 号边界。5. 3 水汽源地: 亚洲北方大陆亚洲北方大陆系指我国大陆体以北的亚洲 大陆及其以北的北冰洋海域。 其上自西向东流 淌着南北走向的鄂毕河、叶尼塞河及勒拿河。这 三条河最后均流入北冰洋。 当高空环流形势为 经向型时, 如乌拉尔山高压脊 强 烈 发 展 ( 如1 号、 20 号边界为该水汽源地上空水汽入流边界。对于西北地区, 1 号边界有着极为重要的作用。因其地理位置 (起点:40n 、73e ,

26、终点:49n 、 87e )关系, 一是常年处在西风气流带; 一是该边界东北段准噶尔西部山地, 于喜马拉雅运动中形成一系列断块山地与山间断 陷盆地, 并多开口向西的“v ”字形喇叭口地形 及东西向山间盆地、 宽坦河谷, 这不仅构成西 方水汽入流之天然地理通道, 更主要是其 “风 洞效应”加大了水汽输送量。乌拉尔山高压脊强烈发展, 脊前西北气流 与 1 号边界或正交或交角较大, 这是北冰洋陆 缘海域或大西洋上空水汽由 1 号边界进入我国 大陆西部常见的天气形势 (如 1986 年 4 月 2 日08 时 700h p a 天 气 形 势图 略 )。 咸 海 低 压( 1981 年 6 月 1 日

27、 08 时 500h p a 天气形势图 略) 或加深低槽的维持, 是欧洲大陆上空水汽由 20 号边界进入国内的唯一天气系统。由于咸 海低压系热力对称的冷性低压, 强度随高度增强, 低压底部有较强的西南气流, 虽至高空空气稀薄, 水汽含量较低, 但因风力强, 逐日水汽通量值 ( 1 v q) 仍相当可观。1986 年 5 月 17 日 08 时 500h p a 形势,图略) ,g5. 5 水汽源地: 渤海、 东海、 黄海渤、 黄、 东三海, 为我国大陆东部陆缘海域, 皆受黑潮暖流系统控制, 为同一海流区。海北冰洋上空水汽由脊前西北气流卷携南下经亚洲北方大陆、 由我国北部 2 6 号边界入流境

28、 内。 地面形势不外两种情况: 一是冬季地面冷 高压东移南下时, 其东侧或西北气流或偏北气 流或东北气流 (由高压长轴方向而定) 均可是 北冰洋冷湿空气进入我国的卷携气流。由 这一水汽源地进入我国水汽 量, 暖 季16% , 居第三位; 寒季 9% , 则为第四位。5. 4 水汽源地: 欧洲大陆及海域这一源地, 向北可追溯到欧洲大陆北部北冰洋的喀拉海、挪威海; 向西可远溯至大西洋。 其上空水汽一般由西北气流或西风气流挟带经1 号、 20 号边界入境。 由此源地入境水汽量虽 不及热带海域及亚洲大陆 (暖季 14% , 第四位; 寒季 12% , 第三位) , 但对干旱的西北地区却是 最主要的水汽

29、源地, 为该区提供 30% 以上的水 汽量2。2域总面积 122. 7 万 km 。海区由冬至夏、由北而南, 气温为- 2 28。 年降水量由北而南、3, 4由西向东,为 500 2 000mm。构成上述水域上空水汽入流我国大陆之水汽通道的天气形势或天气系统: (1) 东移入海江淮气旋北侧偏 东气流区; (2) 南下变性冷高压南侧偏东气流 区; (3) 北上台风北侧偏东气流区; (4) 副热 带高压西伸脊南侧偏东气流区; (5) 构成我国东部近海一带“北高南低”形势等。由于气旋、冷高压皆是浅薄天气系统, 所以偏东气流只存在 于 近 地 面 较 浅 薄 的 气 层 中, 一 般 低 于700h

30、p a;台风与副热带高压是深厚天气系统,与其伴随的偏东气流可从地面伸展至 500h p a,甚至更高。这三个水域上空水汽一般由 10 12 号边 界入境。 由于纬度及盛行气流关系, 虽为我国 陆缘海域, 但入流水汽量暖季只有 13% 、寒季5% 。5. 6水汽源地: 鄂霍次克海、 日本海鄂霍次克海、 日本海, 位于我国大陆东北 方、 东方, 属寒温带海域, 是进入我国水汽量比重 (暖季 11% 、 寒季 3% ) 最低的水域。 入流边界一般是 7 9 号边界。83% ; 寒季 27. 17% 。一年中, 夏季也是水汽输出量最大季节。(4) 水汽输入最大、 次大边界, 均出现于 与西南季风、 东

31、南季风正交或几近 90交角的16 号、 14 号及 13 号边界。(5) 水汽输出最大、 次大边界则是濒临东 海、 黄海的 11、 12 号边界。(6) 我国大陆上空水汽资源源地: 东南方 热带海域南海为第一源地; 西南方热带海域孟 加拉湾、 阿拉伯海为第二源地; 第三源地则是亚洲北方大陆 (暖季)、欧洲大陆及其邻近海域(寒季)。参考文献6结语(1) 常年水汽输送结果, 我国大陆上空拥有水汽资源平均年总量+ 33184. 4 亿 m 3。相当水深 358mm 。( 2) 在水汽资源年总输入量中, 暖季 75.86% ; 寒季 24. 14% 。一年中, 夏季是水汽输 入量最大季节。( 3) 在

32、水汽资源年总输出量中, 暖季 72.123南京大学地理系. 自然地理基础. 北京: 商务印书馆, 1980 年崔玉琴. 西北内陆上空水汽输送及其源地. 水利学报, 1994, (9) 中国科学院中国自然地理编辑委员会. 中国自然地理. 北京: 科学出版社, 1980 年 全国海岸带办公室海岸带气候调查报告编写组. 中国海岸带气 候. 北京: 气象出版社, 1991 年(收稿日期: 1996- 03- 25)4w a ter va pour re source s over ch in e se con t in en tc u i y u q in(n an jing r e sea rch

33、in st itu te o f h yd ro lo gy and w a te r r e so u rce s)a bstrac t: t h is p ap e r ba sed o n th e com p u ted re su lt s fo r th e p e r io d o f 1981- 1986 ind ica te s th a t th e re a re w a2te r vapo u r re so u rce s w ith annua l to ta l am o un t s to + 33184. 4108m 3 o ve r c h ine se co n t inen t, o f w h ich + 30494.12108m 3 in w a rm sea so n (a p r il to o c to be r) and + 2690. 28108m 3 in co ld sea so n (n o vem be r to m a rch ). o n ly th e m idw in te r (d ecem be r to f eb rua ry) is th e d issip a t ing sea so n o f w a te r vapo u r re so u r