徐　棟，孔　瑩，王澄海

(甘肅省干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，半干旱氣候變化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，甘肅　蘭州　730000)

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西北干旱區(qū)水汽收支變化及其與降水的關(guān)系

徐棟，孔瑩，王澄海

(甘肅省干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，半干旱氣候變化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，甘肅蘭州730000)

摘要：利用NCEP資料計(jì)算并分析1961—2010年西北干旱區(qū)(35°N—50°N，73°E—105°E)經(jīng)緯向水汽輸送、蒸發(fā)和水汽輻合輻散的變化特征，以及它們與同期西北干旱區(qū)降水之間的關(guān)系。結(jié)果顯示：(1)西北干旱區(qū)冬、春、秋季經(jīng)向水汽輸送為凈輸入，緯向?yàn)閮糨敵觯偹斔蜑閮糨斎?。夏季?jīng)、緯向水汽輸送均為凈輸出；(2)1961—2010年，西北干旱區(qū)各季節(jié)降水均增加，冬、春季降水增加顯著，夏、秋季降水增加不顯著。冬季緯向水汽凈輸出減少，導(dǎo)致西北干旱區(qū)冬季總水汽輸送增加；春、秋季經(jīng)向凈輸入減少和夏季經(jīng)向凈輸出增加，導(dǎo)致春、夏、秋季總水汽輸送減少；(3)1961—2010年，西北干旱區(qū)各季節(jié)蒸發(fā)量顯著增加，且夏季增加趨勢(shì)最顯著；(4)各季節(jié)水汽通量散度顯著減小，水汽輻合加強(qiáng)，且夏季水汽輻合增強(qiáng)最明顯；(5)蒸發(fā)增大和水汽輻合增強(qiáng)是西北干旱區(qū)降水增加的主要原因，但外部水汽輸送變化也會(huì)影響降水變化。

關(guān)鍵詞：西北干旱區(qū)；降水；水汽輸送；蒸發(fā)；水汽輻合

引言

空氣中的水汽集中在地球表面附近，在大氣中所占的比例很小，平均而言水汽在大氣中僅占0.1%～3%，卻是大氣中最活躍的成分。水汽對(duì)氣候和天氣有重要影響，它在大氣中的三相變化使大氣中的能量發(fā)生改變，是形成云和降水的物質(zhì)基礎(chǔ)。中國(guó)西北地區(qū)(35°N—50°N，73°E—106°E)深居?xùn)|亞內(nèi)陸，處在青藏高原的北部和東北部[1]，因其位于高原北側(cè)的氣流輻散下沉帶上，又遠(yuǎn)離海洋，干旱少雨，是中蒙干旱區(qū)的主體部分。

研究表明，隨著全球變暖，干旱區(qū)氣候發(fā)生了明顯變化，過(guò)去100 a中全球干旱半干旱地區(qū)變得越來(lái)越干[2-5]。從20世紀(jì)60年代開始，西非的半干旱地區(qū)降水持續(xù)30 a減少，其中Sahel地區(qū)的降水量減少20%～40%；全球極端干旱區(qū)域的面積翻了一倍[6]；干旱半干旱地區(qū)因干旱造成的沙漠化面積擴(kuò)張10%～20%[7]。施雅風(fēng)等[8]研究表明，全球大幅度變暖，水循環(huán)加快，影響降水和蒸發(fā)，中國(guó)西北部從19世紀(jì)小冰期結(jié)束以來(lái)100 a左右處于波動(dòng)性變暖變干過(guò)程中。Zhai等[9]研究表明1951—2000年間中國(guó)西部年降水和季節(jié)降水顯著增加，極端降水事件也顯著增加。王澄海等[10]研究表明河西西部、南疆等地降水呈下降趨勢(shì)，表現(xiàn)出與中國(guó)東部相同的趨勢(shì)；而青海高原、天山以北地區(qū)和沙漠盆地等地呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)。

由于西北地區(qū)區(qū)內(nèi)缺少河流、湖泊等水源，其外部輸送是水汽重要來(lái)源，因而干旱區(qū)降水與外來(lái)的水汽聯(lián)系緊密。西北地區(qū)水汽輸送主要來(lái)自孟加拉灣、南海及西伯利亞和蒙古國(guó)方向[11]，且存在明顯季節(jié)差異，春季西北區(qū)水汽來(lái)源主要是西北區(qū)東部；而夏季水汽則主要來(lái)自西北區(qū)西部[12-13]。造成春季、夏季西北區(qū)水汽輸送通道差異的原因, 一方面與中高緯度的大氣環(huán)流長(zhǎng)波槽脊的季節(jié)性調(diào)整有關(guān)；另一方面則與東亞季風(fēng)及印度季風(fēng)的季節(jié)性轉(zhuǎn)換有很大關(guān)系[12]。何金海等[14]研究指出，多雨年，來(lái)自北冰洋的偏西風(fēng)距平輸送氣流和源于孟加拉灣及西太平洋的偏南風(fēng)距平輸送氣流在西北東部地區(qū)匯合，而少雨年則正好相反，西北地區(qū)沒(méi)有水汽的流入。

西北地區(qū)的水汽輸送與東亞季風(fēng)相關(guān)，東亞夏季風(fēng)西北影響區(qū)降水的水汽來(lái)源于南風(fēng)水汽通量；強(qiáng)夏季風(fēng)年，到達(dá)東亞夏季風(fēng)西北影響區(qū)的水汽通量顯著增加，該區(qū)降水偏多，弱夏季風(fēng)年則相反[15]。在其他地區(qū)，降水與水汽輸送關(guān)系緊密，Evans等[16]研究發(fā)現(xiàn)，緯向水汽通量給東新月沃地(the eastern Fertile Crescent region)帶來(lái)更多的水汽，但經(jīng)向水汽通量對(duì)于該地降水影響更大。另外一些研究表明[17-19]，冷鋒過(guò)境往往存在增強(qiáng)的、狹長(zhǎng)的水汽輸送帶，這種水汽輸送帶跟強(qiáng)降水和強(qiáng)降雪密切相關(guān)[20-22]。

水汽輻合輻散也能影響降水，Starr等[23]早在1958年研究表明局地水汽含量與水汽輸送通量的輻合(輻散)密切相關(guān)。Chen等[24]也研究表明東亞季風(fēng)區(qū)水汽輸送通量的輻合、輻散與OLR分布很一致；黃榮輝等[25]研究也指出東亞季風(fēng)區(qū)夏季降水與水汽的輻合、輻散有關(guān)。丁一匯等[26]研究表明，1998年長(zhǎng)江流域大洪水期的強(qiáng)降水過(guò)程與水汽輻合的極大值密切相關(guān)，降水的強(qiáng)弱與水汽輻合的強(qiáng)弱變化一致。Qian等[27]在暴雨預(yù)報(bào)模型中加入水汽散度和水汽渦度參數(shù)，能夠極大地提高暴雨中心位置的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率。Bosilovich等[28]研究指出美國(guó)中部降水減少時(shí)對(duì)應(yīng)水汽輻散增強(qiáng)。因此，水汽通量的輻合輻散是表征降水變化的一重要物理量。

降水的形成是由水汽和局地輻合等因素共同作用的結(jié)果，大部分的研究一般從環(huán)流角度來(lái)分析干旱區(qū)的水汽來(lái)源，或者往往只考慮干旱區(qū)水汽輸送，而忽略蒸發(fā)和水汽輻合輻散的影響。本文結(jié)合水汽輸送、蒸發(fā)和局地輻合輻散分析它們的綜合作用對(duì)西北干旱區(qū)各季節(jié)降水的影響，以期揭示西北干旱區(qū)各季節(jié)降水變化的原因。

1資料與方法

1.1資料

資料主要有:(1)全球降水氣候?qū)W中心(GPCC)提供的1961—2010年月平均降水資料(簡(jiǎn)稱GPCC)，分辨率為0.5°×0.5°；(2)美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)測(cè)中心(NCEP)和大氣研究中心(NCAR)的NCEP/NCAR 1961—2010年經(jīng)向風(fēng)、緯向風(fēng)、比濕數(shù)據(jù)資料，分辨率為2.5°×2.5°；(3)歐洲中期數(shù)值預(yù)報(bào)中心(ECWMF)的ERA40 1961—2002年經(jīng)向風(fēng)、緯向風(fēng)、比濕數(shù)據(jù)資料，分辨率為2.5°×2.5°。

1.2方法

1.2.1水汽輸送的計(jì)算方法

為研究某一區(qū)域水汽輸送，定義該區(qū)域某一方向整層水汽通量輸入和輸出之差為進(jìn)入該區(qū)域內(nèi)的水汽凈輸送，正為凈輸入，負(fù)為凈輸出(圖1)。

圖1　水汽輸送示意圖

計(jì)算公式如下：

(1)

其中ps、pt分別為地面氣壓和頂層氣壓，qin和qout分別為輸入和輸出邊界的比濕，Vin和Vout分別為輸入和輸出邊界的風(fēng)速，g為重力加速度，L為邊界長(zhǎng)度。

1.2.2水汽通量散度的計(jì)算方法

大氣中的水汽匯聚過(guò)程可通過(guò)水汽輸送通量散度計(jì)算，水汽輸送通量散度由平流項(xiàng)和散度項(xiàng)兩部分組成，其單位氣柱的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

(2)

式中V=(u，v，w)。u和v分別為緯向風(fēng)和經(jīng)向風(fēng)分量，w為垂直速度，q為比濕，ps為地面氣壓，pt為大氣上界氣壓，g為重力加速度。公式第一項(xiàng)為平流項(xiàng)，第二項(xiàng)為散度項(xiàng)。

2西北干旱區(qū)水汽輸送量變化及與降水的關(guān)系

這里所指西北干旱區(qū)范圍為35°N—50°N，73°E—105°E，見(jiàn)圖2方框區(qū)。該區(qū)域年降水在200 mm左右，為中蒙干旱區(qū)主體，是世界上最干旱的地區(qū)之一。由于西北干旱區(qū)本身并不存在大的河流、湖泊等水源，水汽主要從外界輸入，因而外界水汽輸送變化對(duì)干旱區(qū)降水有重要影響。

趙天保等[29]研究表明，NCEP和ERA-40 2套再分析資料基本上都能反映出中國(guó)區(qū)域溫度場(chǎng)和降水場(chǎng)的時(shí)空分布；鄭旭程等[30]指出，2套資料對(duì)熱力狀況的描述在非洲及歐亞大陸上相似性較大，主要差別在青藏高原地區(qū)。

圖2　中國(guó)地區(qū)陸地降水分布(單位：mm)

蔣賢玲等[31]利用NCEP數(shù)據(jù)分析了1948—2009年全球典型干濕變化區(qū)域水汽收支的時(shí)間變化特征。基于該研究，本文主要采用NCEP資料計(jì)算整層(1 000～300 hPa)水汽輸送，同時(shí)將ERA40資料計(jì)算的總水汽輸送量與NCEP資料計(jì)算的結(jié)果對(duì)比(圖3)，由于ERA40資料最多到2002年8月，所以分析1961—2001年共同時(shí)間段。從圖3可以看出，冬、夏、秋季2種資料的水汽輸送趨勢(shì)一致，但春季趨勢(shì)相反，秋季2種資料的水汽輸送平均值相差最大；各季節(jié)2種資料的計(jì)算結(jié)果年變化同步。進(jìn)一步計(jì)算各季2種資料水汽輸送量間的相關(guān)系數(shù)，冬、春、夏、秋季的相關(guān)系數(shù)分別為0.68、0.33、0.36和0.41，均通過(guò)α=0.05的顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明2種資料的計(jì)算結(jié)果近似。冬季和夏季NCEP和ERA40資料的計(jì)算結(jié)果無(wú)論是趨勢(shì)還是年變化都有很好的一致性，春季一致性相對(duì)較差，秋季平均值差異較大，但春、秋、年變化一致性很好，鑒于ERA40資料不包括2003—2010年時(shí)間段，因而本文主要利用NCEP資料進(jìn)行計(jì)算。

圖4為西北干旱區(qū)各季節(jié)水汽輸送量和降水的年變化。從月平均值來(lái)看，西北干旱區(qū)水汽輸送和降水有明顯的月變化，并且經(jīng)向水汽輸送明顯大于緯向水汽輸送，水汽輸送量級(jí)為104kg·s-1，比Sun等[32]算出的東北地區(qū)水汽輸送量級(jí)(106kg·s-1)小得多。西北干旱區(qū)降水呈現(xiàn)明顯的夏季風(fēng)降水特點(diǎn)，最大降水出現(xiàn)在6—8月。經(jīng)向水汽輸送呈現(xiàn)冬季風(fēng)特點(diǎn)，經(jīng)向水汽輸送在冬、春、秋季均為正值，說(shuō)明冬、春、秋季經(jīng)向水汽輸送為凈輸入，而夏季經(jīng)向水汽輸送減小為負(fù)值并達(dá)到最小值，凈輸入轉(zhuǎn)換為凈輸出。緯向水汽輸送為凈輸出，并在5月和9月達(dá)到極小值。由于經(jīng)向輸送明顯大于緯向輸送，總輸送應(yīng)該與經(jīng)向輸送的變化一致，即呈現(xiàn)冬季風(fēng)特點(diǎn)，冬、春、秋為凈輸入，夏季為凈輸出，說(shuō)明冬季、春季和秋季外部水汽大量輸入西北干旱區(qū)，夏季水汽從干旱區(qū)往外輸出。從標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)看，降水的標(biāo)準(zhǔn)差較小，說(shuō)明月降水年際波動(dòng)較小。經(jīng)、緯向月水汽輸送量標(biāo)準(zhǔn)差較大，表明水汽輸送具有較大的年際波動(dòng)，并且夏季波動(dòng)比其他季節(jié)明顯偏大。

圖4　西北干旱區(qū)水汽輸送量和降水月變化及其標(biāo)準(zhǔn)差

圖5給出西北干旱區(qū)水汽輸送量和降水距平各季節(jié)的年際變化，表1給出它們的年代際變化趨勢(shì)及顯著性檢驗(yàn)。冬季經(jīng)向水汽輸入變化不顯著，緯向水汽輸出顯著減少，總體水汽輸入顯著增加，降水也顯著增加，冬季緯向輸出減少是降水顯著增加的原因；春季經(jīng)向水汽輸送1981年之前急劇減小，之后變化趨于平緩，緯向輸出緩慢增加。總的來(lái)說(shuō)，春季經(jīng)向水汽輸入顯著減小，而緯向輸送變化不顯著，總水汽輸入顯著減少，降水卻顯著增加。這種情況說(shuō)明春季其他因素(如蒸發(fā)、水汽局地輻合等)對(duì)降水有很大影響；夏季經(jīng)、緯向和總水汽輸送1986年之前呈減小趨勢(shì)，1986年后呈增加趨勢(shì)，總體上三者均為下降趨勢(shì)，經(jīng)向與總水汽輸送下降趨勢(shì)顯著，緯向輸送下降趨勢(shì)不顯著，降水呈不顯著增加，說(shuō)明夏季降水還受其他因素影響；秋季經(jīng)向水汽輸入顯著減小，緯向輸出變化不顯著，總水汽輸入顯著減少，降水呈不顯著增加，同樣其他因素影響了秋季降水。水汽輸送冬季增加，春、夏、秋季減小，這與蔣賢玲等[31]的研究結(jié)果一致。

圖5　西北干旱區(qū)各季節(jié)水汽輸送量和降水距平的年際變化

水汽經(jīng)向輸送/104kg·s-1·(10a)-1水汽緯向輸送/104kg·s-1·(10a)-1水汽總輸送/104kg·s-1·(10a)-1蒸發(fā)/mm·(10a)-1水汽通量散度/10-3g·m-2·s-1·(10a)-1降水/mm·(10a)-1冬季-0.100.70***0.60***0.44***-0.72***1.34***春季-2.60***0.38-2.22**3.35**-1.26***1.14*夏季-3.66***-0.35-4.01**3.99***-1.40***1.01秋季-1.40***0.06-1.34*2.92***-0.49*0.66

注：*，**，***分別通過(guò)α=0.1，0.05，0.01的顯著性檢驗(yàn)

總的來(lái)說(shuō)，經(jīng)向水汽是凈輸入，緯向水汽是凈輸出，經(jīng)向水汽輸送是西北干旱區(qū)水汽主要來(lái)源。冬季緯向水汽輸出減少是冬季水汽增加的原因，而經(jīng)向水汽輸入減少是其他季節(jié)水汽減少的原因。冬季總水汽輸入的增加是冬季降水增加的主要原因，其他季節(jié)總水汽的變化并不能決定降水變化，降水顯然還受其他因素影響，因而僅僅考慮外部水汽輸送并不能解釋降水變化的原因。

3西北干旱區(qū)蒸發(fā)量變化及與降水的關(guān)系

西北干旱區(qū)水汽不僅依賴外部水汽輸入，局地蒸發(fā)也是干旱區(qū)水汽的重要來(lái)源。采用Penman公式計(jì)算西北干旱區(qū)的潛在蒸發(fā)，圖6為西北干旱區(qū)蒸發(fā)量和降水量的月變化。從月平均變化看出蒸發(fā)量變化與降水一致，6—8月最大，呈現(xiàn)夏季風(fēng)特征，并且蒸發(fā)量標(biāo)準(zhǔn)差較平均值小。

圖6　西北干旱區(qū)蒸發(fā)量和降水量月變化及其標(biāo)準(zhǔn)差

圖7為西北干旱區(qū)蒸發(fā)距平和降水距平各季節(jié)的年際變化，表1給出它們的年代際變化趨勢(shì)，可以看出，各季節(jié)蒸發(fā)量都呈增加趨勢(shì)且均通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，夏季蒸發(fā)增加速率最快。雖然各季節(jié)降水也是增加的，但降水增加最多的是冬季。從蒸發(fā)和降水的年際變化來(lái)看，冬季降水與蒸發(fā)位相一致；春、夏季降水與蒸發(fā)位相相反；秋季1990年代之前，降水與蒸發(fā)位相關(guān)系不明顯，1991年以后降水與蒸發(fā)明顯反位相。

綜合外部水汽總輸送和局地蒸發(fā)來(lái)看，冬季外部水汽總輸入和局地蒸發(fā)均顯著增加，即空氣水汽增加，降水增加；春季外部水汽總輸入顯著減少而蒸發(fā)顯著增加，降水也顯著增加，說(shuō)明春季蒸發(fā)作用強(qiáng)，空氣中水汽顯著增加，從而導(dǎo)致降水顯著增加。夏、秋季雖然與春季類似，外部水汽總輸入顯著減少而蒸發(fā)顯著增加，但降水增加卻不顯著，說(shuō)明外部水汽輸送減少和蒸發(fā)增加的作用相當(dāng)，空氣中水汽增加并不顯著，降水也不會(huì)顯著增加。外部總水汽輸送與蒸發(fā)的變化，是西北干旱區(qū)降水變化的主要原因。外部總水汽輸入減少但降水增加，說(shuō)明西北干旱區(qū)蒸發(fā)形成的降水占總降水比率增加，即降水再循環(huán)率增加，這與王澄海等[33-34]的研究結(jié)論一致。

4西北干旱區(qū)水汽通量散度變化及其與降水的關(guān)系

降水變化不僅與空氣中的水汽含量變化相關(guān)，也與水汽的輻合輻散關(guān)系密切，將一個(gè)地區(qū)整層(1 000～300 hPa)水汽通量散度的平均值作為該地區(qū)總體水汽輻合輻散的表現(xiàn)，圖8是西北干旱區(qū)水汽通量散度和降水量的月變化。西北干旱區(qū)1月和12月水汽通量散度為負(fù)值，其余月份均為正值，9月水汽通量散度達(dá)最大值。說(shuō)明西北干旱區(qū)總體上是一個(gè)水汽輻散區(qū)，這是西北干旱區(qū)常年少雨的原因之一。

圖7　西北干旱區(qū)各季節(jié)蒸發(fā)距平和降水距平的年際變化

圖8　西北干旱區(qū)水汽通量散度和

圖9是西北干旱區(qū)各季節(jié)水汽通量散度和降水距平的年際變化。各季節(jié)平均水汽通量散度均在減小，根據(jù)水汽通量散度定義，水汽通量散度減小意味著該區(qū)域水汽輻合加強(qiáng)、輻散減弱。結(jié)合表1的變化趨勢(shì)，各季節(jié)中水汽通量散度減小趨勢(shì)均顯著，其中冬季、春季、夏季通過(guò)α=0.01的顯著性檢驗(yàn)，秋季通過(guò)α=0.1的顯著性檢驗(yàn)，夏季水汽通量散度減小趨勢(shì)最明顯。對(duì)比降水來(lái)看，西北干旱區(qū)各季節(jié)水汽輻合均顯著增強(qiáng)，但降水只在冬季和春季顯著增加，單獨(dú)考慮局地輻合、輻散變化也不能完全解釋降水變化原因。

表2給出水汽輸送、蒸發(fā)和水汽通量散度與降水的相關(guān)系數(shù)，可以看出單一變量與降水的相關(guān)性并不好，總水汽輸送量冬季與降水的相關(guān)系數(shù)為0.56，通過(guò)α=0.01的顯著性檢驗(yàn)，其他季節(jié)總水汽輸送量與降水的相關(guān)系數(shù)在0.2以下，相關(guān)性均未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)；冬季蒸發(fā)量與降水的相關(guān)系數(shù)為0.3，通過(guò)α=0.05的顯著性檢驗(yàn)，春、夏季蒸發(fā)量與降水有顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.32和-0.56，通過(guò)α=0.01的顯著性檢驗(yàn)，秋季蒸發(fā)量與降水負(fù)相關(guān)不顯著；冬、春季的水汽通量散度與同期降水的相關(guān)系數(shù)分別為-0.58和-0.42，均通過(guò)α=0.01的顯著性檢驗(yàn)，夏季和秋季分別為不顯著的正相關(guān)和負(fù)相關(guān)。冬季降水與水汽輸送和水汽通量散度相關(guān)系數(shù)大小相當(dāng)，且均較降水與蒸發(fā)的大，說(shuō)明水汽輸送增加和水汽輻合增強(qiáng)是降水增加的主要原因，降水與蒸發(fā)的相關(guān)系數(shù)小但也通過(guò)α=0.05的顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明蒸發(fā)增加也能促進(jìn)降水形成，冬季降水增加是三者的共同作用。春季與降水相關(guān)性最好的是水汽通量散度，說(shuō)明水汽輻合增強(qiáng)是造成降水增加的主要原因，蒸發(fā)與降水呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)說(shuō)明蒸發(fā)較大時(shí)降水較少，影響蒸發(fā)的因素(如溫度、輻射、風(fēng)速等)可能會(huì)抑制降水的形成。夏季降水僅與蒸發(fā)呈顯著負(fù)相關(guān)，說(shuō)明影響蒸發(fā)的因素也能顯著影響降水。秋季降水與三者的相關(guān)系數(shù)均未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明這3個(gè)因素并非秋季降水變化的主要原因。

圖9　西北干旱區(qū)各季節(jié)水汽通量散度和降水距平的年際變化

冬季春季夏季秋季總水汽輸送0.56***0.19-0.160.15蒸發(fā)0.30**-0.32**-0.55***-0.15水汽通量散度-0.58***-0.42***0.15-0.22

注：***，**分別表示通過(guò)α=0.01，0.05的顯著性檢驗(yàn)

綜上可知，蒸發(fā)增加和水汽輻合增強(qiáng)能夠促進(jìn)西北干旱區(qū)降水增加，是降水的正強(qiáng)迫，但是外部水汽輸送變化能夠極大地抵消這種作用，尤其在夏、秋季。西北干旱區(qū)冬季總水汽輸送量增加、蒸發(fā)量增加和水汽通量散度減小對(duì)冬季降水均有促進(jìn)作用，因而冬季降水顯著增加；春季總水汽輸入減少抑制春季降水形成，而蒸發(fā)增大和水汽通量散度減小能促進(jìn)降水形成，因而春季降水也顯著增加；夏季水汽輸出增大和蒸發(fā)增強(qiáng)影響降水形成，但由于水汽輻合增強(qiáng)，降水略有增加；秋季水汽輸送量、蒸發(fā)量和水汽通量散度對(duì)于降水的單因素相關(guān)不明顯，秋季降水變化不顯著。

5結(jié)論

(1)西北干旱區(qū)外部水汽輸送特征和變化季節(jié)差異明顯?？偹斔统尸F(xiàn)冬季風(fēng)特征，冬、春、秋季總水汽輸送為凈輸入，夏季為凈輸出。經(jīng)向水汽輸送是西北干旱區(qū)水汽主要來(lái)源，冬季總水汽輸送增加的原因是緯向水汽輸出減少，而經(jīng)向水汽輸入減少是春、夏、秋季總水汽輸送減少的主要原因。

(2)西北干旱區(qū)各季節(jié)蒸發(fā)均顯著增強(qiáng)，但蒸發(fā)與降水的關(guān)系有明顯的季節(jié)性差異。冬季蒸發(fā)與降水呈現(xiàn)同位相變化且顯著正相關(guān)；春、夏季蒸發(fā)與降水反位相變化且呈顯著負(fù)相關(guān)；秋季蒸發(fā)與降水1991年前關(guān)系不明顯，1991年以后降水與蒸發(fā)是明顯的反位相變化，但總體來(lái)說(shuō)蒸發(fā)與降水相關(guān)不顯著。

(3)西北干旱區(qū)水汽通量散度1961—2010年間各季節(jié)均呈顯著減小趨勢(shì)(-0.49～-1.4×10-3g·m-2·s-1·(10 a)-1)，夏季減小趨勢(shì)最大。水汽通量散度變化表明西北干旱區(qū)水汽輻合加強(qiáng)、輻散減弱；水汽通量散度與降水冬、春季相關(guān)性好，而夏、秋季相關(guān)性差。

(4)西北干旱區(qū)外部水汽輸送和蒸發(fā)影響空氣中的水汽含量，水汽輻合輻散能夠影響降水的形成條件。冬季外部水汽輸送和蒸發(fā)呈顯著增加趨勢(shì)，水汽通量散度呈顯著減小趨勢(shì)，空氣中水汽含量增大，水汽輻合上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，降水顯著增加。春季外部水汽輸送顯著減少，但蒸發(fā)和水汽輻合顯著增強(qiáng)，降水增加顯著。夏季水汽輸出顯著增加，秋季水汽輸入顯著減少，雖然蒸發(fā)顯著增加且輻合上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，但夏、秋降水增加不顯著。

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Changes of Water Vapor Budget in Arid Area of Northwest China and Its Relationship with Precipitation

XU Dong, KONG Ying, WANG Chenghai

(KeyLaboratoryofAridClimaticChangeandReducingDisasterofGansuProvince,KeyLaboratoryforSemi-AridClimateChangeoftheMinistryofEducation,CollegeofAtmosphericSciences,LanzhouUniversity,Lanzhou730000,China)

Abstract:With global temperature increasing, climate in arid areas also has a marked change. Based on NCEP reanalysis datasets, the characteristics and changes of meridional and zonal water vapor transportation, evaporation, water vapor convergence and divergence in the arid areas (35°N- 50°N, 73°E-105°E) of northwest China during 1961-2010 were analyzed, at the same time, their relationships with rainfall were also discussed. Conclusions are as follows:(1) The meridional vapor transportation was net input in winter, spring and autumn over the arid area of northwest China, whereas the zonal vapor transportation was net output, the total vapor transportation was also net input. In summer, both the meridional and zonal transportation were net outputs. Precipitation in the northwest arid area increased in each season during 1961-2010, and the increasing trend was significant in winter and spring, but it was not obvious in summer and autumn. The decrease of zonal water vapor net output in winter resulted in an increase of total water vapor transport. While the decrease of zonal water vapor net input in spring and autumn as well as the increase of zonal water vapor net output in summer caused the reduction of total water vapor input in spring, summer and autumn. (3) The evaporation increased significantly in each season in the northwest arid areas, and the increasing rate was the biggest in summer. (4) The water vapor flux divergence decreased significantly in each season, which meant the convergence of water vapor became stronger, especially in summer. (5) Considering the effect of water vapor transport, evaporation and water vapor convergence, the increase of evaporation and water vapor convergence was the main positive driving force to precipitation in northwest arid area, but external vapor transportation could also affect precipitation there.

Key words:northwest arid area of China; precipitation; water vapor transport; evaporation; vapor convergence

收稿日期：2015-12-22；改回日期：2016-01-26

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(41471034)，中國(guó)氣象局行業(yè)專項(xiàng)(GYHY201506001，CCSF2014)及蘭州大學(xué)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金(lzujbky-2016-194)共同資助

作者簡(jiǎn)介：徐棟(1990-)，男，碩士，主要從事干旱區(qū)氣候研究. E-mail: xud2009@lzu.edu.cn 通訊作者：王澄海. E-mail:wch@lzu.edu.cn

文章編號(hào)：1006-7639(2016)-03-09-0431

DOI:10.11755/j.issn.1006-7639(2016)-03-0431

中圖分類號(hào)：P467

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

徐棟，孔瑩，王澄海.西北干旱區(qū)水汽收支變化及其與降水的關(guān)系[J].干旱氣象，2016，34(3)：431-439, [XU Dong, KONG Ying, WANG Chenghai. Changes of Water Vapor Budget in Arid Area of Northwest China and Its Relationship with Precipitation[J]. Journal of Arid Meteorology, 2016, 34(3):431-439], DOI:10.11755/j.issn.1006-7639(2016)-03-0431