大气水文收支平衡与其对青藏高原的影响外文翻译资料

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大气水文收支平衡与其对青藏高原的影响

BAI Jingyu^1.2,XU Xiangde¹

(1. Chinese Academy of Meteorological Sciences, Beijing 100081, China;

2. Nanjing Institute of Meteorology, Nanjing 210044, China)

摘要：依据1961-2000年NCEP/NCAR 月平均再分析数据集，来研究青藏高原上的水汽输送和水文平衡。就全年来说青藏高原是水汽的汇。在夏季，水汽在低层（由地表到500hPa）辐合，在高层（400hPa-300hPa）辐散，而450hPa被视为无辐散层。而上下层有着不同的水文平衡特征：从二月到十一月，上层的收支是负的，也就是说水汽由上层向整个高原输送;对于低层来说，它的负（正）的收支出现在冬（夏）半年。证据同样显示出青藏高原是个lsquo;水汽输送带rsquo;。夏季，来自南部和西部的水汽由低层输送到高层，而这也会影响到青藏高原周围的区域，包括中国东部，特别是长江的中下游。水汽输送对夏季几个月的降水有重要的影响。来自上层的水汽有利于使中国东部湿润。高原上层的水汽收支和长江中下游的降水有着-0.3的相关系数；同样的上层中东边（27.5°-32.5°）输送的水汽和其降水有着显著的相关性，相关系数达到-0.41。低层水汽的辐合对青藏高原当地的降水有着重要的影响，而他们的相关系数达到了0.44，并且水汽通道影响着雨带的进退。总的来说，高原地区的大气水文收支平衡和水汽输送对当地和其周围地区的降水都有显著的影响。

关键词：青藏高原；大气水文收支平衡；水汽输送；降雨

1 简介

青藏高原以其世界上最独特的地势坐落在特殊的纬度带上，显示出了其独特的动力和热力作用，并且对亚洲季风区中大气显著的水文循环起作用。而之前许多研究已然对青藏高原在大气环流中的动力和热力作用探讨过了。（Ye and Gao,1979;Zhang et al.,1988;Ye and Fang,1999;Zheng et al.,2001）。

中国东部是在高原下游的季风区内，所以水汽输送和降雨的分布是受高原和季风的相互作用。许多气象学家都致力于研究这个问题。Starr(1955) 等人表示平流的水汽输送对区域的水文平衡有着重要的作用；Xu (1958)分析了中国的水汽输送和水文平衡。Xie 和Dai（1979）主要研究了水汽输送对区域暴雨的作用；Lu 和 Gao（1957）水汽输送和东亚季风的进退有关。Chen等人（1988）讨论了亚洲季风区的水汽输送和低频振荡之间的关系。Huang 等人（1998）展示出了东亚和南亚季风中水汽输送的巨大差别。Xu 等人（2002）更详尽地阐述了区域旱/涝与青藏高原大地形和季风驱动的水汽输送在大三角区的关系。

依据着对青藏高原的实验和调查，科学家们在很大程度上了解了大气水循环。由于观测资料的稀少和较短的探索时间，数据集不能全面而又客观地反应出循环。随着累积的不断增长与对卫星方法和NWP分析发展应用研究的的加深，对青藏高原大气水循环的研究降水取得更多丰硕的成果。

本文通过NCEP/NCAR的月平均再分析数据来集中研究青藏高原上、下层的水文收支，这个收支对高原和长江中下游夏季的降水有着参考价值。

2 数据集和方法

1961-2000 NCAR/NCEP 分辨率为2.5°times;2.5°的全球月平均再分析资料，包括U,V,Q，和1961-2000全球范围内的600个台站的逐日降水数据。

计算表达式是：

；

此处Q_lambda;和Q_psi;分别是由地表到300hPa的纬向和经向水汽输送；u是纬向风，v是经向风，q是比，P_S是表面气压。

高原的平均高度是4500m，Yin(1984)表示600hPa这一层可以视为高原的表面场。Ye 和 Gao 提出450hPa 是它的无辐散层，所以在此层上下可以开展对湿度分布、水汽输送和水文收支的研究。

3 青藏高原上的湿度分布

无论春季和冬季，在高原地区500hPa都有一个显著的湿度大值中心，只是这个中心在夏季比冬季的范围更大，并且就量级来说，高原地区的比低纬度海洋的更大；至于300hPa，这个场和500hPa有很大的区别；对于冬季来说，在30°-35°N同样也有相对高的区域，然而在夏季没有显著高值中心出现，但是在高原西北地区，湿度比之冬季更大。高原上，在300hPa和500hPa上的湿度夏季比冬季高，在夏季南部比北部大。（图 1）

湿度的分布和两个因子有关，一个是蒸发的强度，另一个是水汽输送，前者由地表状态控制，后者是青藏高原主要的水汽来源。夏季，青藏高原主要是在印度季风的控制之下，印度季风通过高原东南部带来了丰富的水汽到它的北部和西部；在冬天，孟加拉湾风暴对东南部产生了影响，来自这个显著地区西部的水汽以云团的形式对高原的西部产生了显著的影响。来自阿拉伯海的水汽穿过帕米尔高原可以到达青藏高原的西部。同样地，冷的气压槽由地中海移来，带来一定量的水汽；然而它在冬季的量级比夏季小得多，所以在夏季的水汽比冬季更充足。

4 青藏高原水汽输送的特征

水汽输送主要存在三种方式：湍流扩散、水平和垂直上的输送。接下来，我们主要讨论它的水平输送。总的来说，目前被大家共同认同的是到青藏高原的两条水汽通道（Lin and Wu,1990）,一个是主要的通道，由孟加拉湾而来经过长江、怒江、澜沧江到高原的东部，另一个是来自印度北部，通过喜马拉雅的中段到达高原。参考六月中旬到七月初，1995年GMS-5 对流层上层的湿度分布的水汽图，Xu等（1996）指出水汽在高原地区汇合主要通过一下集中方式：从雅鲁藏布江到达主体；由西南穿过喜马拉雅山；通过帕米尔高原穿过塔里木盆地到达高原北部地区；和当地的对流活动。

在此内容中所用到的数据计算显示出：青藏高原地区，由于其高的海拔的影响水汽由地表到300hPa的经向输送相当小。然而在高原整个范围内，东南部和东北部的水汽输送比其主体大。水汽在冬季（夏季）主要是来自西边（东边）的海洋。

由整个范围内的输送所观察所得，和其周围地区相比，高原上输送到空气中的水汽相当少。但为什么把青藏高原叫做lsquo;中国的水塔rsquo;呢？现在分别对300-400 hPa和500-600 hPa的夏半年水汽输送进行分析。

在高原的雨季（5月-9月）中，水汽在高原的低层辐合在高层辐散，就像一个水泵一样来把水汽向上输送。高原地区的水汽输送产生的影响不仅仅只是对当地降水，而对周围地区，特别是中国东部，在lsquo;水汽输送rsquo;上产生了巨大的作用。在低层，西南气流从5月开始加强，并且它的范围从6月到8月渐渐向西、向北扩散，在9月开始向东、向南撤退。高原雨带的进退很大程度上决定于水汽辐合的移动。对于上层来说，有一个朝向中国东部的强的水汽输送带，其同时也对长江流域夏季降水有着重要的贡献。

5 青藏高原的水汽收支

青藏高原是个水汽的汇。Huang 和 Shen(1984)计算出了85°-95°E和27.5°-32.5°N的长方形区域中的水文收支，显示出来自南边的水汽占了总量的50-60%；在夏季风期间，来自北部和南部的水汽辐合，使得青藏高原有净收入，也就是说水汽的汇。

青藏高原的范围是26°00rsquo;12rsquo;rsquo;N 到39°46rsquo;50rsquo;rsquo;N,和73°18rsquo;52rsquo;rsquo;E 到 104°46rsquo;59rsquo;rsquo;E，占地面积为2572400平方千米，占了我国表面积的26.8%（Zhang et al., 2002）.对75°-105°E和25°-40°N的长方形区域的水文收支展开讨论。从地表到300hPa，全年都是正收支（图 2），表明接受的水汽超过了向外传输的水汽，导致了一个净的辐合。净的水汽辐合和蒸发，不仅仅维持了当地的降雨，并且保证了地表径流。青藏高原作为几条亚洲河流的发源地，它的径流总是向外输送水汽，所以这个净的水汽辐合是很有必要的。

正如图3所显示的那样，水汽由西边界输送到高原并且3月到6月输送的水汽比7月到8月输送的水汽更多。并且它的水汽输送情况和南边界不同，南边界的水汽在5月到10月都是输入，从11月到第二年4月是输出。两个边界显著的特征主要是由全年盛行风所控制的。

如图4所示，整个一年的水汽收支在400-300hPa 都是负的，也就是说在这一层中由净的水汽输出。就全年来说，在12月和1月有净的水汽输入；而在其他月都是净的水汽输出，和7月到10月相比，我们同样可以观察到，向外的水汽输出开始于5月并且在6月份达到它的最大值。

从地表到500hPa高原有正的水文收支（即低层，图形略），也就是说，从4月到9月有正的水汽收支。水汽输送从5月开始增长，并在七月份达到它的最大值，在之后的8、9月开始减少，净的水汽输出出现在10月到第二年3月.由于输入比输出的量值大，导致全年来说，青藏高原的大气作为一个水汽的汇，有着净的水汽输入。

在冬半年，高原在更高风速的西风的控制下，尽管有来自地中海的水汽，但是输送的水汽的总量更小了。在夏季，高原主要受印度季风的影响，有着更丰富的水汽，导致通过低层的水汽辐合有着更充足的降水。

6 夏季高原地区水文收支对降水的影响

青藏高原水文收支的特征是怎么影响当地和中国东部的降雨的呢？对于从地表到300hPa的水汽收支和当地或周围地区的降水没有很好的相关性。但是低层的收支和高原夏季自身的降水有很好的相关性，其相关系数达到0.44，达到了99%的信度；至于上层，收支和长江中下游的降水有很好的相关性，相关系数达到-0.3（图 5a），也就是说低层的净的水汽辐合影响当地的降雨，而上层的水汽辐散对周围的区域的降水有显著的影响，特别是长江中下游地区的降雨。

相关性分析显示出，在1961-2000年的夏季，高原东边界范围是25°-40°N(27.5°-32.5°N)水汽输送达到了0.26（0.41）的相关系数，并且通过了90%（99%）的显著性检验。换句话说，由高原地区南部上层向东的水汽输送对长江中下游流域的夏季降水影响更显著。

1. 结论和讨论

（1）青藏高原全年来看是一个水汽的汇。在夏季，低层它有着水汽的净收入（地表-500hPa）和在上层有净的水汽输出（300-400hPa）;前者对当地雨带的进退产生了显著的影响。

（2）水文收支的特征每个月都不同。除了12月和1月，上层水汽是净输出。而对于低层，在冬半年有负的收支，在夏半年有正的收支。

（3）在夏季的月份里，低层和高层的水文收支对降水有着不同程度的影响：低层的水汽辐合对当地的降水有显著的影响，相关系数达到0.44；上层的辐散对中国东部的降水产生重要的作用，上层的东边界的水汽向东传播对长江中下游的降水产生了显著影响。

由于使用的观测资料和数据集的不充足，我们不能提出对青藏高原水文平衡最完备的解释，这也正是之后的研究所需要做的。

参考文献

Chen Tsing-Chang, Ming-Cheng Yen, 1988. The water vapor transport associated with the 30-50 day oscillation over the Asian monsoon regions during 1979 summer. Monthly Weather Review, 116(10): 1983-2002.

Huang Fujun, Shen Rujin, 1984. Analysis on vapor source and hydrologic budget over Tibetan Plateau during summer monsoon. Collected works of QXPMEX (2nd volume). Beijing: Science Press, 215-224. (in Chinese)

Huang RonghuL Zhang Zhenzhou, Huang Gang et a!., 1998. Summer vapor transfer features in East Asian monsoon zone with its difference to that of south Asian monsoon zone. Atmospheric' Sciences, 22(4): 460-469. (in Chinese)

Jiang Jixi, Xiang Xukang, Fan Meizhu, 1996. Spatial and temporal distributions of severe mesoscale convective systems over Tibetan Plateau in summer. Journal of Applied Meteorological Science, 7(4):473-478. (in Chinese)

Lin Zhenyao, Wu Xiangding, 1990. Research on vapor

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