六盘山地区大气水汽的时空差异与驱动因子分析

doi:10.11755/j.issn.1006-7639(2024)-03-0376

干旱气象 ›› 2024, Vol. 42 ›› Issue (3): 376-384.DOI: 10.11755/j.issn.1006-7639(2024)-03-0376

六盘山地区大气水汽的时空差异与驱动因子分析

邓佩云¹^,²^,³(), 常倬林¹^,²^,³(), 何佳¹^,²^,³, 杨萌⁴, 陈得圆⁵, 林彤¹^,²^,³, 穆建华¹^,²^,³, 戴言博¹^,²^,³

1.六盘山大气科学宁夏回族自治区野外科学观测研究站，宁夏银川 750002
2.中国气象局旱区特色农业气象灾害监测预警与风险管理重点实验室，宁夏银川 750002
3.宁夏气象防灾减灾重点实验室，宁夏银川 750002
4.四川省宜宾市气象局，四川宜宾 644000
5.兰州中心气象台，甘肃兰州 730020

收稿日期:2022-10-31 修回日期:2023-01-04 出版日期:2024-06-30 发布日期:2024-07-11
通讯作者: 常倬林（1981—），女，山西文水人，正高级工程师，主要从事大气物理与人工影响天气方面研究。E-mail:changzhl05@126.com。
作者简介:邓佩云（1993—），女，宁夏固原人，工程师，主要从事大气物理与人工影响天气方面研究。E-mail:734785297@qq.com。
基金资助:
国家自然科学基金区域创新发展联合基金项目(U22A20577);宁夏回族自治区重点研发计划项目重点项目(2022BEG02010);宁夏回族自治区科技创新团队“宁夏智能数字预报技术研究与应用”项目(2024CXTD006);中国气象局旱区特色农业气象灾害监测预警与风险管理重点实验室开放研究项目(CAMF-202306);中国气象局旱区特色农业气象灾害监测预警与风险管理重点实验室开放研究项目(CAMF-201814);中国气象局创新发展专项(CXFZ2022J035)

Research on temporal and spatial differences of atmospheric water vapor and its driving factors over Liupan Mountain area

DENG Peiyun¹^,²^,³(), CHANG Zhuolin¹^,²^,³(), HE Jia¹^,²^,³, YANG Meng⁴, CHEN Deyuan⁵, LIN Tong¹^,²^,³, MU Jianhua¹^,²^,³, DAI Yanbo¹^,²^,³

1. Liupanshan Atmospheric Science Field Observation and Research Station in Ningxia Hui Autonomous Region， Yinchuan 750002， China
2. Key Laboratory of Monitoring， Warning and Risk Management of Characteristic Agrometeorological Disasters in Arid Regions， China Meteorological Administration， Yinchuan 750002， China
3. Ningxia Key Laboratory of Meteorological Disaster Prevention and Mitigation， Yinchuan 750002， China
4. Yibin Meteorological Bureau of Sichuan Province， Yibin 644000， Sichuan， China
5. Lanzhou Central Meteorological Observatory， Lanzhou 730020， China

Received:2022-10-31 Revised:2023-01-04 Online:2024-06-30 Published:2024-07-11

摘要/Abstract

摘要：

为有效开发六盘山地区空中云水资源，提高人工增雨的科学性，需掌握该区域大气水汽的时空分布特征及其原因。利用1989—2018年六盘山地区国家基本站降水观测资料和同期欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF）第五代大气再分析资料（ERA5），分析该区域大气可降水量、比湿、相对湿度、水汽通量等大气水汽要素的时空变化，并从水汽输送、地形作用、浮力频率的影响等方面分析六盘山不同地区水汽条件及降水差异的原因。结果表明：一年中绝大多数时间六盘山山顶及东坡大气水汽条件均优于西坡，大值区主要集中在六盘山系主峰附近，并具有明显的季节变化特征。六盘山东坡，受地形抬升作用引起500 hPa辐散、700 hPa辐合的动力场，在夏季最明显，冬季最弱；浮力频率冬季最高，夏季最低；东坡更高的浮力频率及更陡峭的地形，使重力波效应更为明显，具备更有利的垂直上升扩散条件及更大的降水潜力。

关键词: 六盘山, 大气可降水量, 水汽条件, 地形抬升, 影响因子

Abstract:

In order to effectively develop the cloud water resources in the Liupan Mountain area and improve the scientificity of artificial precipitation enhancement, it is necessary to grasp the spatial and temporal distribution characteristics of atmospheric water vapor in the region and its causes. In this paper, the precipitation observation data of national basic meteorological stations in the Liupan Mountain area from 1989 to 2018 and the Fifth Generation Atmospheric Reanalysis Data (ERA5) of European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) during the same period are used to analyze the spatial and temporal changes of atmospheric water vapor elements such as precipitable water, specific humidity, relative humidity and water vapor flux in this area. The reasons for the difference of water vapor conditions and precipitation in different areas of the Liupan Mountain area are analyzed from the aspects of water vapor transport, terrain effect and influence of buoyancy frequency. The results show that the water vapor conditions over the top and the east slope of the Liupan Mountain are better than those over the west slope in most of the year. The large value areas are mainly concentrated near the main peak of the Liupan Mountain, and water vapor condition has obvious seasonal variation characteristics. Over the eastern slope of the Liupan Mountain, the dynamic field of 500 hPa divergence and 700 hPa convergence caused by the uplift of the terrain is the most obvious in summer and the weakest in winter. The buoyancy frequency is the highest in winter and the lowest in summer. The higher buoyancy frequency and steeper terrain on the eastern slope make the gravity wave effect more obvious, resulting in more favorable vertical upward diffusion conditions and greater precipitation potential.

Key words: the Liupan Mountain area, atmospheric precipitable water, water vapor condition, orographic lifting, impact factor

中图分类号:

P481

邓佩云, 常倬林, 何佳, 杨萌, 陈得圆, 林彤, 穆建华, 戴言博. 六盘山地区大气水汽的时空差异与驱动因子分析[J]. 干旱气象, 2024, 42(3): 376-384.

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图/表 11

图1 六盘山地区地形（单位：m）及气象站点空间分布

Fig.1 Topographic （Unit： m） and spatial distribution of meteorological stations in the Liupan Mountain area

图2 1989—2018年六盘山地区降水量月变化

Fig.2 Monthly variation of precipitation in the Liupan Mountain area during 1989-2018

表1 Precipitation at typical stations in the Liupan Mountain area in different seasons during 1989-2018 单位：mm

Tab.1

季节	西吉	隆德	六盘山	泾源	彭阳	固原	平均
春季	73.06	87.78	108.49	122.77	57.82	77.40	87.89
夏季	226.28	285.71	340.02	355.04	155.89	258.24	270.20
秋季	95.57	118.92	151.10	155.89	81.80	100.61	117.32
冬季	9.69	15.86	25.56	19.42	8.26	11.84	15.11

图3 1989—2018年六盘山地区各站不同季节平均大气可降水量分布（单位：mm）

Fig.3 The distribution of mean atmospheric precipitable water of each station in the Liupan Mountain area in different seasons during 1989-2018 （Unit： mm）

表2 The atmospheric precipitable water at typical representative stations in the Liupan Mountain area in different seasons during 1989-2018 单位：mm

Tab. 2

季节	西吉	隆德	六盘山	泾源	彭阳	固原
春季	9.01	9.24	9.21	9.41	10.11	9.19
夏季	21.54	21.88	21.90	22.18	24.33	22.25
秋季	11.35	11.55	11.53	11.73	12.87	11.65
冬季	3.93	4.05	4.02	4.09	4.46	4.03

表3 The 700 hPa specific humidity at typical representative stations in the Liupan mountain area in different seasons during 1989-2018 单位：g·kg-1

Tab.3

季节	西吉	隆德	六盘山	泾源	彭阳	固原
春季	3.14	3.27	3.25	3.36	3.09	3.05
夏季	7.47	7.70	7.68	7.82	7.32	7.33
秋季	3.88	3.98	3.97	4.07	3.76	3.77
冬季	1.31	1.36	1.35	1.38	1.28	1.27

表4 The 700 hPa relative humidity at typical representative stations in the Liupan Mountain area in different seasons during 1989-2018 单位：%

Tab.4

季节	西吉	隆德	六盘山	泾源	彭阳	固原
春季	53.84	55.56	55.57	57.11	53.23	52.20
夏季	65.36	67.77	67.99	69.34	64.56	64.18
秋季	59.72	60.86	61.04	62.30	57.84	57.76
冬季	49.68	50.64	50.51	51.36	47.97	48.07

表5 The 700 hPa water vapor flux at typical representative stations in the Liupan Mountain area in different seasons during 1989-2018 单位：g·(s·hPa·cm)-1

Tab.5

季节	西吉	隆德	六盘山	泾源	彭阳	固原
春季	0.52	0.54	0.56	0.55	0.67	0.65
夏季	1.69	1.88	1.84	1.88	1.51	1.54
秋季	0.85	0.99	1.00	1.03	0.99	0.96
冬季	0.49	0.51	0.53	0.51	0.60	0.59

表6 1989—2018年不同季节六盘山地区平均空中水汽条件

Tab.6 The mean water vapor condition in the Liupan Mountain area in different seasons during 1989-2018

季节	区域	大气可降水量/mm	700 hPa比湿/（g·kg^-1）	700 hPa相对湿度/%	700 hPa水汽通量/[g·（s·hPa·cm）^-1]
春季	东坡	9.57	3.16	54.18	0.62
	西坡	9.12	3.20	54.70	0.53
	六盘山地区	9.36	3.19	54.59	0.58
夏季	东坡	22.92	7.49	66.03	1.64
	西坡	21.71	7.58	66.56	1.78
	六盘山地区	22.35	7.55	66.53	1.72
秋季	东坡	12.08	3.86	59.30	0.99
	西坡	11.45	3.93	60.29	0.92
	六盘山地区	11.78	3.90	59.92	0.97
冬季	东坡	4.19	1.31	49.13	0.57
	西坡	3.99	1.33	50.16	0.50
	六盘山地区	4.10	1.32	49.70	0.54

图4 1989—2018年不同季节六盘山地区500、700 hPa平均水汽通量散度分布[单位：g·（s·cm2·hPa）-1]

Fig.4 The distribution of mean water vapor flux divergence at high and low altitudes in the Liupan Mountain area in different seasons during 1989-2018（Unit： g·（s·cm2·hPa）-1）

图5 1989—2018年六盘山地区垂直速度分别沿35.67°N（a）、106.20°E（b）的垂直剖面（单位：Pa·s-1）（黑色填色为地形）

Fig.5 The vertical sections of vertical velocity along 35.67°N （a） and 106.20°E （b） in the Liupan Mountain area during1989-2018 （Unit： Pa·s-1）（the black filled for terrain）

参考文献 32

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六盘山地区大气水汽的时空差异与驱动因子分析

Research on temporal and spatial differences of atmospheric water vapor and its driving factors over Liupan Mountain area

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