基于多模型的中國典型地區(qū)水汽源模擬與傳輸特征研究一、引言1.1研究背景與意義水汽，作為大氣中至關(guān)重要的組成部分，在氣候系統(tǒng)和人類活動中均扮演著無可替代的關(guān)鍵角色。從氣候系統(tǒng)角度來看，水汽是大氣中最為活躍的溫室氣體之一，盡管其在大氣中的含量相對較小，從陸地到海洋通常僅有5-20克/立方米，卻在能量傳輸和氣候調(diào)節(jié)過程中發(fā)揮著核心作用。大氣中的水汽主要源自海洋蒸發(fā)，通過大氣環(huán)流在全球范圍內(nèi)進(jìn)行輸送，這一過程與全球的能量平衡和水循環(huán)緊密相連。全球地表平均每升溫1℃，大氣中的水汽含量將增加7%左右，水汽含量的變化會顯著影響大氣的能量收支，進(jìn)而對全球氣候產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。例如，水汽的相變過程（蒸發(fā)、凝結(jié)、降水等）伴隨著大量的能量轉(zhuǎn)換，在全球熱量傳輸中起著關(guān)鍵作用，調(diào)節(jié)著地球的氣候系統(tǒng)，影響著氣溫、降水等氣候要素的分布和變化。在人類活動方面，水汽同樣具有不可忽視的重要性。降水作為水汽的重要表現(xiàn)形式，是陸地水資源的主要來源，直接關(guān)系到農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)用水、居民生活用水以及生態(tài)系統(tǒng)的健康穩(wěn)定。充足的降水為農(nóng)作物生長提供必要的水分條件，保障了糧食安全；工業(yè)生產(chǎn)中許多環(huán)節(jié)也依賴于水資源，水汽通過降水間接影響著工業(yè)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)；對于居民生活而言，穩(wěn)定的供水是維持日常生活的基本需求，而水汽的循環(huán)和降水過程是水資源補(bǔ)給的關(guān)鍵。水資源的合理利用和管理與水汽的來源、輸送及分布密切相關(guān)，對社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展起著決定性作用。中國地域遼闊，地形地貌復(fù)雜多樣，氣候類型豐富，不同地區(qū)的水汽來源和輸送路徑存在顯著差異。深入研究中國典型地區(qū)的水汽源，對于全面理解中國的氣候系統(tǒng)、科學(xué)管理水資源以及有效開展防災(zāi)減災(zāi)工作具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和科學(xué)價值。在氣候研究領(lǐng)域，水汽是影響氣候的關(guān)鍵因子之一，其來源和輸送過程對區(qū)域氣候的形成和變化起著至關(guān)重要的作用。通過研究中國典型地區(qū)的水汽源，可以揭示不同地區(qū)水汽的來源地、輸送路徑以及影響因素，為建立更準(zhǔn)確的氣候模型提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)和理論支持。準(zhǔn)確把握水汽的來源和變化規(guī)律，有助于深入理解氣候變化的機(jī)制，提高對氣候預(yù)測的準(zhǔn)確性，為應(yīng)對氣候變化提供科學(xué)依據(jù)。在全球氣候變暖的背景下，水汽循環(huán)發(fā)生改變，研究典型地區(qū)水汽源的變化趨勢，能夠幫助我們更好地預(yù)測未來氣候的演變，提前制定相應(yīng)的應(yīng)對策略。從水資源管理角度出發(fā)，了解水汽源是合理開發(fā)和利用水資源的基礎(chǔ)。不同地區(qū)的水汽來源決定了該地區(qū)降水的水汽供應(yīng)，進(jìn)而影響水資源的總量和分布。例如，對于干旱半干旱地區(qū)，明確水汽的主要來源和輸送路徑，有助于尋找潛在的水資源補(bǔ)給途徑，通過人工增雨等措施合理開發(fā)利用空中水資源，緩解水資源短缺問題。在水資源分配和利用規(guī)劃中，考慮水汽源的因素，可以更加科學(xué)地制定水資源調(diào)配方案，提高水資源的利用效率，實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用，保障地區(qū)的生態(tài)安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。在防災(zāi)減災(zāi)方面，暴雨、干旱等極端氣象災(zāi)害與水汽的異常輸送和分布密切相關(guān)。通過研究典型地區(qū)的水汽源，可以深入分析極端氣象災(zāi)害的形成機(jī)制，提高對這些災(zāi)害的預(yù)警能力。例如，對于暴雨災(zāi)害，準(zhǔn)確掌握水汽的來源和輸送路徑，能夠提前預(yù)測暴雨的發(fā)生區(qū)域和強(qiáng)度，為防洪減災(zāi)工作提供及時準(zhǔn)確的信息，提前做好防范措施，減少人員傷亡和財產(chǎn)損失；對于干旱災(zāi)害，了解水汽源的變化情況，有助于預(yù)測干旱的發(fā)展趨勢，及時采取抗旱措施，保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活用水安全。研究典型地區(qū)水汽源對于防災(zāi)減災(zāi)、保障人民生命財產(chǎn)安全和社會穩(wěn)定具有重要意義。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國外對于水汽源的研究起步較早，在理論和方法上取得了眾多成果。早期，學(xué)者們利用衛(wèi)星遙感技術(shù)，從宏觀角度對全球水汽輸送進(jìn)行監(jiān)測，獲取了大量水汽運(yùn)動數(shù)據(jù)，為水汽源研究奠定了基礎(chǔ)。例如，通過衛(wèi)星觀測能夠清晰地追蹤水汽在大氣環(huán)流中的大規(guī)模移動，了解水汽從海洋源地向陸地輸送的大致路徑和范圍。隨著技術(shù)的發(fā)展，拉格朗日軌跡模式被廣泛應(yīng)用于追蹤水汽粒子的運(yùn)動軌跡，使研究人員能夠更精確地確定水汽的來源地和輸送路徑。在對大西洋沿岸暴雨的研究中，運(yùn)用該模式發(fā)現(xiàn)水汽主要來源于大西洋暖濕氣流，通過大氣環(huán)流的輸送，為暴雨的形成提供了充足的水汽條件。數(shù)值模擬技術(shù)也在不斷發(fā)展，如WRF（WeatherResearchandForecasting）模式，能夠?qū)Υ髿獾膭恿?、熱力過程進(jìn)行詳細(xì)模擬，包括水汽的輸送、凝結(jié)、云的形成與發(fā)展以及降水的產(chǎn)生等環(huán)節(jié)，通過不斷改進(jìn)模型的參數(shù)化方案，提高了對降水物理過程的模擬精度。在歐洲的一些氣象研究中，利用高分辨率的WRF模式，成功模擬了暴雨過程中的降水分布和強(qiáng)度變化，為暴雨預(yù)警和災(zāi)害防御提供了有力支持。國內(nèi)學(xué)者針對中國不同地區(qū)的水汽源也開展了廣泛而深入的研究。在南方地區(qū)，研究表明暴雨的水汽來源主要與南海季風(fēng)、西太平洋副熱帶高壓等因素密切相關(guān)。南海季風(fēng)帶來的大量水汽，在副熱帶高壓的引導(dǎo)下，向內(nèi)陸輸送，為南方暴雨的發(fā)生提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。對北方暴雨的研究發(fā)現(xiàn)，水汽除了來自于海洋，還可能受到中高緯度冷空氣與低緯度暖濕氣流相互作用的影響，形成獨(dú)特的水汽輸送模式。針對中國西南地區(qū)，朱家寧等人利用TRMM和APHRODITE兩種降水?dāng)?shù)據(jù)，分析了1998-2019年西南地區(qū)降水的年際變化及各季節(jié)降水量的年際變化，選出夏季干旱年（2011年）和秋季干旱年（2009年）以及夏季秋季都較為濕潤的2008年，通過拉格朗日輸送模型FLEXPART追蹤了兩個極端干旱季節(jié)（2009年秋季和2011年夏季）的水汽輸送路徑及水汽源地，并分別與濕潤年份（2008年）的夏季和秋季做了對比分析。結(jié)果表明，干濕年份的水汽輸送路徑一致，夏季西南地區(qū)的水汽輸送路徑主要可分為3條：西南路徑、東南路徑和西北路徑，其中最主要的是西南路徑，故主要的水汽源地為阿拉伯海-孟加拉灣一帶；秋季西南地區(qū)的水汽輸送的主要路徑可分為兩條：東南路徑和西北路徑，其中最主要的是東南路徑，故主要的水汽源地為我國南海-太平洋西北部一帶，且干濕年份水汽輸送強(qiáng)弱存在差異，夏季西南地區(qū)干旱的原因是西南路徑對水汽的輸送較弱，而秋季西南地區(qū)干旱的原因則是東南路徑對水汽的輸送較弱引起的。在長江中下游地區(qū)，顧西輝教授課題組利用中國地面日降水格點(diǎn)數(shù)據(jù)集識別了長江中下游兩次超級干旱（2011年冬春連旱和2019年伏秋連旱）的降水異常時空特征，在此基礎(chǔ)上，利用ERA5再分析數(shù)據(jù)和NCEP再分析數(shù)據(jù)進(jìn)行長江中下游外部水汽溯源和內(nèi)部水汽循環(huán)的量化，從水汽傳輸角度探究了引發(fā)兩次超級干旱的水汽傳導(dǎo)機(jī)制。研究表明，在陸-氣水分平衡框架中，兩次干旱都受到長江中下游外部水汽輸送減少的影響，降水再循環(huán)率都有所增加，尤其是2019年伏秋連旱的降水再循環(huán)率從14.5%上升到22.9%。在水汽通道方面，源自我國東北地區(qū)和渤海的東北路徑以及源自西北太平洋和南海的東南路徑水汽輸送分別減少22.3%和25.7%，在2011年冬春連旱期間起到了主導(dǎo)作用；源自孟加拉灣和南海的西南路徑水汽輸送減少26.8%，主導(dǎo)了2019年伏秋連旱的發(fā)生與演變。在水汽源地方面，兩次干旱的主要水汽源地都包括太平洋，其中2019年伏秋連旱事件還包括南海。盡管國內(nèi)外在水汽源研究方面取得了豐碩成果，但仍存在一些不足之處。在模擬方法上，雖然數(shù)值模擬技術(shù)不斷發(fā)展，但對于復(fù)雜地形和特殊氣候條件下的水汽輸送模擬仍存在較大誤差。例如，在青藏高原等地形復(fù)雜地區(qū)，由于地形對氣流的強(qiáng)迫作用復(fù)雜，現(xiàn)有的模型難以準(zhǔn)確模擬水汽的爬升、繞流等過程，導(dǎo)致對該地區(qū)水汽源和輸送路徑的模擬結(jié)果與實(shí)際情況存在偏差。不同模擬方法之間的對比和驗(yàn)證研究還不夠充分，缺乏統(tǒng)一的評估標(biāo)準(zhǔn)，使得不同研究結(jié)果之間難以直接比較和綜合分析。在影響因素分析方面，目前的研究主要集中在大氣環(huán)流、地形等主要因素對水汽源的影響，而對于一些次要因素，如植被覆蓋、土壤濕度等對水汽蒸發(fā)、輸送和降水的影響研究相對較少。這些因素在局地水汽循環(huán)中可能起著重要作用，其對區(qū)域水汽源的影響不容忽視。在全球氣候變化背景下，水汽源和輸送路徑的變化趨勢研究還不夠深入，缺乏長期的、系統(tǒng)性的觀測和分析，難以準(zhǔn)確預(yù)測未來水汽源的變化對氣候和水資源的影響。1.3研究內(nèi)容與方法本研究聚焦于中國典型地區(qū)的水汽源，旨在深入剖析其水汽來源、輸送路徑以及影響因素，為區(qū)域氣候研究、水資源管理和防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)。具體研究內(nèi)容如下：確定典型地區(qū)的水汽源地：通過收集和分析中國不同地區(qū)的氣象數(shù)據(jù)，包括降水、溫度、濕度、風(fēng)場等，運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理和分析方法，確定典型地區(qū)如北方地區(qū)、南方地區(qū)、西南地區(qū)、長江中下游地區(qū)等的主要水汽源地。利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，獲取水汽的宏觀分布信息，結(jié)合地面氣象觀測數(shù)據(jù)，精確識別水汽的具體來源區(qū)域，如海洋、湖泊、河流以及其他陸地表面等。分析水汽的傳輸路徑：借助拉格朗日軌跡模式等先進(jìn)技術(shù)，追蹤水汽粒子在大氣中的運(yùn)動軌跡，詳細(xì)分析水汽從源地到典型地區(qū)的傳輸路徑?？紤]大氣環(huán)流、地形地貌等因素對水汽傳輸?shù)挠绊?，探討不同季?jié)和年份水汽傳輸路徑的變化規(guī)律。在研究西南地區(qū)水汽傳輸路徑時，分析南亞季風(fēng)、青藏高原地形等因素如何共同作用，導(dǎo)致水汽在不同季節(jié)沿著不同路徑輸送到該地區(qū)。探究水汽源的影響因素：綜合考慮大氣環(huán)流、地形地貌、海洋溫度、植被覆蓋、土壤濕度等多種因素，深入探究它們對典型地區(qū)水汽源和輸送路徑的影響機(jī)制。通過數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)，定量分析各因素對水汽輸送的貢獻(xiàn)程度，找出影響水汽源的關(guān)鍵因素。利用數(shù)值模型，改變海洋溫度參數(shù)，觀察其對水汽蒸發(fā)和輸送的影響，從而明確海洋溫度在水汽循環(huán)中的作用。評估水汽源變化對氣候和水資源的影響：基于歷史氣象數(shù)據(jù)和未來氣候變化情景預(yù)測，評估典型地區(qū)水汽源變化對區(qū)域氣候和水資源的潛在影響。預(yù)測未來不同氣候變化情景下，水汽源和輸送路徑的變化趨勢，以及由此引發(fā)的降水模式、水資源分布等方面的變化。利用氣候模型，模擬未來溫室氣體排放增加情景下，中國北方地區(qū)水汽源的變化及其對降水和水資源的影響，為水資源管理和應(yīng)對氣候變化提供決策依據(jù)。在研究方法上，本研究將綜合運(yùn)用多種技術(shù)手段和方法：數(shù)值模擬方法：運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)值模擬模型，如WRF（WeatherResearchandForecasting）模式、FLEXPART（FLEXiblePARTicledispersionmodel）拉格朗日粒子擴(kuò)散模式等，對大氣中的水汽輸送過程進(jìn)行詳細(xì)模擬。通過設(shè)置不同的參數(shù)和初始條件，模擬不同天氣系統(tǒng)和氣候條件下的水汽運(yùn)動，獲取水汽源地、輸送路徑以及相關(guān)物理量的時空分布信息。利用WRF模式模擬一次暴雨過程中水汽的輸送和降水的形成，分析水汽在不同高度層的輸送特征和對降水的貢獻(xiàn)。軌跡追蹤技術(shù)：采用拉格朗日軌跡追蹤技術(shù)，如HYSPLIT（HybridSingle-ParticleLagrangianIntegratedTrajectory）模式，追蹤水汽粒子在大氣中的運(yùn)動軌跡。通過在不同時間和空間位置釋放大量的示蹤粒子，記錄粒子的運(yùn)動軌跡和屬性，從而確定水汽的來源地和輸送路徑。利用HYSPLIT模式，對某一地區(qū)降水事件中的水汽粒子進(jìn)行追蹤，直觀展示水汽從源地到降水區(qū)域的傳輸路徑。數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計方法：收集和整理中國典型地區(qū)的氣象觀測數(shù)據(jù)、衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)以及再分析數(shù)據(jù)，運(yùn)用統(tǒng)計分析方法，如相關(guān)分析、主成分分析、聚類分析等，提取水汽源和輸送路徑的關(guān)鍵信息，揭示其時空變化規(guī)律和影響因素之間的關(guān)系。通過相關(guān)分析，研究大氣環(huán)流指數(shù)與水汽輸送量之間的相關(guān)性，找出影響水汽輸送的主要大氣環(huán)流因子。實(shí)地觀測與實(shí)驗(yàn)：在典型地區(qū)設(shè)置實(shí)地觀測站點(diǎn)，進(jìn)行水汽含量、水汽穩(wěn)定同位素等參數(shù)的觀測，獲取第一手?jǐn)?shù)據(jù)。開展野外實(shí)驗(yàn)，如人工增雨實(shí)驗(yàn)，研究水汽在特定條件下的轉(zhuǎn)化和降水形成過程，驗(yàn)證和補(bǔ)充數(shù)值模擬和理論分析的結(jié)果。在某山區(qū)設(shè)置觀測站點(diǎn)，觀測不同高度層的水汽含量和穩(wěn)定同位素組成，分析地形對水汽的影響。二、中國典型地區(qū)概況與水汽相關(guān)理論2.1典型地區(qū)選取依據(jù)與特征本研究選取青藏高原、華北地區(qū)、長江中下游地區(qū)作為典型研究區(qū)域，這些地區(qū)在地理位置、地形地貌和氣候特點(diǎn)等方面具有顯著差異，對水汽的源地、輸送和降水過程產(chǎn)生不同程度的影響，通過對它們的研究，能夠更全面地揭示中國不同區(qū)域水汽的特征和規(guī)律。青藏高原，作為世界屋脊，平均海拔超過4000米，是中國地勢最高的地區(qū)。其地理位置獨(dú)特，位于中國西南部，處于中低緯度地區(qū)，是亞洲多條大河的發(fā)源地，如長江、黃河、瀾滄江等。在地形地貌方面，高原上雪山連綿，冰川廣布，地勢起伏巨大，山脈縱橫交錯，如昆侖山、喜馬拉雅山、唐古拉山等，這些山脈不僅海拔極高，而且山體寬厚，對氣流具有強(qiáng)烈的阻擋和抬升作用。從氣候特點(diǎn)來看，青藏高原具有典型的高原氣候特征，氣溫低，年平均氣溫在0℃以下，晝夜溫差大，太陽輻射強(qiáng)。由于海拔高，空氣稀薄，大氣保溫作用弱，白天太陽輻射強(qiáng)烈，地面升溫快，氣溫較高；夜晚地面輻射散熱快，氣溫迅速下降。該地區(qū)降水較少，且時空分布不均，大部分地區(qū)年降水量在400毫米以下，降水主要集中在夏季，受西南季風(fēng)和西風(fēng)帶的共同影響。華北地區(qū)地處中國北方，位于中緯度地帶，東臨渤海和黃海，地理位置優(yōu)越，是中國重要的政治、經(jīng)濟(jì)和文化中心。地形以平原為主，主要包括華北平原和黃土高原的一部分。華北平原地勢平坦開闊，平均海拔在50米以下，是中國第二大平原，由黃河、海河、淮河等河流沖積而成；黃土高原則溝壑縱橫，地形破碎，海拔在1000-2000米之間，由于長期的水土流失，形成了獨(dú)特的黃土地貌。華北地區(qū)屬于溫帶季風(fēng)氣候，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥。夏季受來自海洋的東南季風(fēng)影響，降水集中，年降水量大部分地區(qū)在400-800毫米之間；冬季受來自蒙古-西伯利亞的冷空氣影響，氣溫較低，多大風(fēng)天氣。長江中下游地區(qū)位于中國中東部，地處亞熱帶，西起巫山，東至東海之濱，北接淮河，南抵江南丘陵。該地區(qū)地形以平原和丘陵為主，長江中下游平原地勢低平，河網(wǎng)密布，湖泊眾多，是中國著名的“魚米之鄉(xiāng)”，平均海拔在50米以下；江南丘陵則起伏和緩，海拔多在200-500米之間。氣候類型為亞熱帶季風(fēng)氣候，氣候溫暖濕潤，四季分明。年平均氣溫在15℃-20℃之間，年降水量豐富，一般在800毫米以上，降水集中在夏季，受夏季風(fēng)的影響，降水強(qiáng)度大，且多暴雨天氣。該地區(qū)還受梅雨和伏旱天氣的影響，每年6-7月間，冷暖氣團(tuán)勢均力敵，形成江淮準(zhǔn)靜止鋒，出現(xiàn)持續(xù)較長時間的陰雨天氣，稱為梅雨；7-8月，受副熱帶高壓控制，盛行下沉氣流，天氣晴朗干燥，形成伏旱。2.2水汽循環(huán)基本理論水汽循環(huán)，又稱水循環(huán)，是指地球上各種形態(tài)的水，在太陽輻射、地球引力等作用下，通過蒸發(fā)、水汽輸送、降水、下滲以及徑流等環(huán)節(jié)，不斷地發(fā)生相態(tài)轉(zhuǎn)換和周而復(fù)始運(yùn)動的過程。它是地球上最重要的物質(zhì)循環(huán)之一，與氣候系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)以及人類活動密切相關(guān)。水汽循環(huán)的首要環(huán)節(jié)是蒸發(fā)，這是指在太陽輻射的作用下，液態(tài)水轉(zhuǎn)化為氣態(tài)水汽的過程。地球上的蒸發(fā)主要發(fā)生在海洋、湖泊、江河、土壤以及植物表面等。在海洋表面，太陽輻射使海水溫度升高，水分子獲得足夠的能量掙脫液態(tài)水的束縛，進(jìn)入大氣成為水汽。據(jù)統(tǒng)計，全球海洋的年蒸發(fā)量約占全球總蒸發(fā)量的86%，是大氣中水汽的最主要來源。陸地上的蒸發(fā)則包括土壤蒸發(fā)和植物蒸騰。土壤蒸發(fā)是指土壤中的水分在太陽輻射和溫度梯度的作用下，由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)進(jìn)入大氣的過程；植物蒸騰是指植物通過根系吸收土壤中的水分，然后通過葉片表面的氣孔以水汽形式散失到大氣中的過程。植物蒸騰不僅是水汽循環(huán)的重要組成部分，還對調(diào)節(jié)植物體溫、促進(jìn)水分和養(yǎng)分的吸收與運(yùn)輸?shù)确矫婢哂兄匾饔谩Ｋ斔褪撬诖髿庵袕囊粋€地區(qū)向另一個地區(qū)的移動過程，主要依靠大氣環(huán)流來實(shí)現(xiàn)。大氣環(huán)流是指地球大氣層中大規(guī)模的氣流運(yùn)動，包括緯向環(huán)流、經(jīng)向環(huán)流以及季風(fēng)環(huán)流等。在全球尺度上，水汽主要由低緯度地區(qū)向高緯度地區(qū)輸送，由海洋向陸地輸送。在北半球，中緯度地區(qū)的西風(fēng)帶是水汽輸送的重要通道，將來自海洋的水汽向大陸內(nèi)部輸送；在低緯度地區(qū)，信風(fēng)帶則將熱帶洋面的水汽輸送到大陸東岸。在區(qū)域尺度上，季風(fēng)環(huán)流對水汽輸送起著關(guān)鍵作用。例如，在亞洲地區(qū)，夏季風(fēng)從海洋吹向陸地，將大量的水汽輸送到東亞、南亞等地區(qū)，為這些地區(qū)帶來豐富的降水；冬季風(fēng)則從陸地吹向海洋，使得水汽輸送方向與夏季相反。地形地貌對水汽輸送也有顯著影響，山脈等地形可以阻擋水汽的輸送，導(dǎo)致山脈迎風(fēng)坡降水豐富，而背風(fēng)坡降水稀少，形成“雨影效應(yīng)”。當(dāng)暖濕氣流遇到山脈阻擋時，氣流被迫抬升，水汽冷卻凝結(jié)形成降水，如喜馬拉雅山脈南坡是世界上降水最豐富的地區(qū)之一，而北坡則相對干旱。降水是水汽循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是指大氣中的水汽冷卻凝結(jié)成液態(tài)水滴或固態(tài)冰晶，降落到地面的過程。降水的形成需要滿足一定的條件，包括水汽充足、有足夠的凝結(jié)核以及上升運(yùn)動使水汽冷卻凝結(jié)等。水汽在上升過程中，隨著高度的增加，氣壓降低，氣溫下降，當(dāng)水汽達(dá)到飽和狀態(tài)時，就會在凝結(jié)核的作用下凝結(jié)成云滴或冰晶。這些云滴或冰晶在重力作用下逐漸增大，當(dāng)增大到一定程度時，就會形成降水。降水的形式多種多樣，包括雨、雪、霰、雹等。根據(jù)降水的形成機(jī)制，可分為對流雨、地形雨、鋒面雨和氣旋雨等。對流雨是由于地面受熱不均，空氣強(qiáng)烈對流上升，水汽迅速冷卻凝結(jié)形成的降水，通常發(fā)生在夏季的午后，降水強(qiáng)度大，歷時短；地形雨是暖濕氣流在前進(jìn)過程中遇到地形阻擋，被迫沿山坡爬升，水汽冷卻凝結(jié)形成的降水，多發(fā)生在山地的迎風(fēng)坡；鋒面雨是冷暖氣團(tuán)相遇，暖氣團(tuán)沿鋒面爬升，水汽冷卻凝結(jié)形成的降水，降水持續(xù)時間較長，范圍較廣；氣旋雨是在氣旋（低壓系統(tǒng)）中，空氣輻合上升，水汽冷卻凝結(jié)形成的降水，常伴有大風(fēng)、暴雨等天氣。水汽循環(huán)與氣候變化之間存在著密切的相互作用關(guān)系。一方面，氣候變化會對水汽循環(huán)產(chǎn)生顯著影響。全球氣候變暖導(dǎo)致氣溫升高，使得蒸發(fā)量增加，大氣中的水汽含量增多。據(jù)研究，全球平均氣溫每升高1℃，大氣中的水汽含量大約增加7%。這可能會導(dǎo)致降水模式發(fā)生改變，一些地區(qū)降水增加，而另一些地區(qū)降水減少，極端降水事件的頻率和強(qiáng)度也可能增加。氣溫升高還可能導(dǎo)致冰川融化、海平面上升，進(jìn)而影響海洋的蒸發(fā)和水汽輸送，改變?nèi)蛩h(huán)的格局。另一方面，水汽循環(huán)的變化也會對氣候變化產(chǎn)生反饋?zhàn)饔?。水汽是一種重要的溫室氣體，大氣中水汽含量的增加會增強(qiáng)大氣的溫室效應(yīng)，進(jìn)一步加劇氣候變暖。降水的變化會影響地表的水分收支和能量平衡，從而對區(qū)域氣候產(chǎn)生影響。干旱地區(qū)降水減少可能導(dǎo)致土地沙漠化加劇，而濕潤地區(qū)降水增加可能引發(fā)洪澇災(zāi)害，這些都對生態(tài)系統(tǒng)和人類活動產(chǎn)生不利影響。水汽循環(huán)與大氣環(huán)流緊密相連，大氣環(huán)流是水汽輸送的主要驅(qū)動力。大氣環(huán)流的變化會直接影響水汽的輸送路徑和強(qiáng)度，進(jìn)而影響降水的分布和強(qiáng)度。在厄爾尼諾現(xiàn)象發(fā)生時，赤道東太平洋海溫異常升高，導(dǎo)致大氣環(huán)流發(fā)生異常變化，使得全球水汽輸送和降水分布出現(xiàn)異常。在厄爾尼諾年，南美洲西岸地區(qū)降水異常增多，而澳大利亞、印度尼西亞等地則出現(xiàn)干旱少雨的天氣。大氣環(huán)流還通過影響熱量的輸送，間接影響水汽循環(huán)。大氣環(huán)流將熱量從低緯度地區(qū)輸送到高緯度地區(qū)，調(diào)節(jié)全球的溫度分布，而溫度的變化又會影響蒸發(fā)和水汽的飽和狀態(tài)，從而影響水汽循環(huán)的各個環(huán)節(jié)。2.3水汽源模擬的關(guān)鍵技術(shù)與模型在水汽源模擬研究中，數(shù)值模式是至關(guān)重要的工具，其中WRF（WeatherResearchandForecasting）模式應(yīng)用廣泛。WRF模式是新一代中尺度數(shù)值天氣預(yù)報系統(tǒng)，由美國國家大氣研究中心（NCAR）等多個機(jī)構(gòu)共同研發(fā)。它能夠?qū)Υ髿獾膭恿?、熱力過程進(jìn)行詳細(xì)模擬，涵蓋水汽的輸送、凝結(jié)、云的形成與發(fā)展以及降水的產(chǎn)生等多個環(huán)節(jié)。WRF模式模擬水汽的原理基于一系列的物理方程，包括大氣運(yùn)動方程、連續(xù)方程、熱力學(xué)能量方程以及水汽守恒方程等。通過對這些方程的離散化處理和數(shù)值求解，實(shí)現(xiàn)對大氣中各種物理過程的模擬。在水汽輸送方面，WRF模式考慮了大氣環(huán)流的作用，通過計算不同高度層的風(fēng)場，確定水汽的輸送方向和速度。在模擬青藏高原地區(qū)的水汽輸送時，模式能夠準(zhǔn)確地捕捉到西風(fēng)帶和西南季風(fēng)對水汽的輸送作用，以及地形對氣流的強(qiáng)迫抬升導(dǎo)致水汽凝結(jié)的過程。在水汽凝結(jié)和云的形成過程中，WRF模式采用了多種參數(shù)化方案，如Kain-Fritsch積云對流參數(shù)化方案、WSM6微物理參數(shù)化方案等，來描述水汽從氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)或固態(tài)的過程，以及云滴和冰晶的增長、合并等過程。這些參數(shù)化方案能夠根據(jù)不同的大氣條件和物理過程，合理地估算水汽的凝結(jié)量和云的微物理特性，從而提高對降水的模擬精度。WRF模式在水汽源模擬中具有顯著優(yōu)勢。它具有較高的分辨率，能夠精確刻畫地形地貌、下墊面等因素對水汽輸送和降水的影響。在模擬山區(qū)的水汽過程時，高分辨率的WRF模式可以清晰地展現(xiàn)出地形對氣流的阻擋和抬升作用，以及由此導(dǎo)致的水汽分布和降水的差異。WRF模式還具備較強(qiáng)的靈活性和可擴(kuò)展性，用戶可以根據(jù)研究需求選擇不同的物理參數(shù)化方案和初始邊界條件，對不同尺度的天氣系統(tǒng)和氣候現(xiàn)象進(jìn)行模擬。在研究不同季節(jié)的水汽源時，可以通過調(diào)整初始條件和參數(shù)化方案，分別模擬夏季風(fēng)、冬季風(fēng)等不同環(huán)流形勢下的水汽輸送和降水過程，深入分析季節(jié)變化對水汽源的影響。后向軌跡模型在追蹤水汽軌跡方面發(fā)揮著重要作用，其中HYSPLIT（HybridSingle-ParticleLagrangianIntegratedTrajectory）模式應(yīng)用較為廣泛。HYSPLIT模式是一個拉格朗日軌跡模型，它通過在大氣中釋放大量的示蹤粒子，追蹤這些粒子在風(fēng)場中的運(yùn)動軌跡，從而確定水汽的來源地和輸送路徑。該模式綜合考慮了大氣的三維風(fēng)場、地形高度、擴(kuò)散過程等因素，能夠較為準(zhǔn)確地模擬水汽粒子的運(yùn)動。在實(shí)際應(yīng)用中，首先需要根據(jù)研究區(qū)域和時間范圍，選擇合適的氣象數(shù)據(jù)作為輸入，如NCEP（NationalCentersforEnvironmentalPrediction）再分析數(shù)據(jù)、ERA-Interim再分析數(shù)據(jù)等。這些數(shù)據(jù)提供了大氣的風(fēng)場、溫度、濕度等信息，是HYSPLIT模式模擬的基礎(chǔ)。然后，在特定的時間和空間位置釋放示蹤粒子，設(shè)定粒子的初始屬性，如位置、速度、水汽含量等。模式根據(jù)輸入的氣象數(shù)據(jù)，計算粒子在每個時間步長內(nèi)的運(yùn)動軌跡，考慮了粒子在水平方向上的平流輸送和垂直方向上的擴(kuò)散、沉降等過程。在追蹤長江中下游地區(qū)降水的水汽來源時，通過在降水發(fā)生前的一段時間內(nèi)，在該地區(qū)上空不同高度層釋放示蹤粒子，利用HYSPLIT模式模擬粒子的運(yùn)動軌跡，發(fā)現(xiàn)水汽主要來源于西太平洋、南海以及孟加拉灣等地區(qū)，通過不同的輸送路徑到達(dá)長江中下游地區(qū)。除了WRF模式和HYSPLIT模式，還有其他一些數(shù)值模式和技術(shù)也在水汽源模擬中得到應(yīng)用。FLEXPART（FLEXiblePARTicledispersionmodel）拉格朗日粒子擴(kuò)散模式也是一種常用的軌跡模型，它在模擬水汽輸送時，考慮了更多的物理過程，如干沉降、濕沉降、大氣邊界層的影響等，能夠更全面地描述水汽在大氣中的運(yùn)動和轉(zhuǎn)化。在研究大氣污染物的輸送時，F(xiàn)LEXPART模式可以準(zhǔn)確地模擬污染物與水汽的相互作用，以及它們在大氣中的擴(kuò)散和沉降過程。衛(wèi)星遙感技術(shù)也為水汽源模擬提供了重要的數(shù)據(jù)支持，通過衛(wèi)星可以獲取大氣中水汽的分布、云的光學(xué)特性等信息，這些數(shù)據(jù)可以用于驗(yàn)證和改進(jìn)數(shù)值模式的模擬結(jié)果。利用MODIS（Moderate-ResolutionImagingSpectroradiometer）衛(wèi)星數(shù)據(jù)，可以獲取全球范圍內(nèi)的水汽分布圖像，與WRF模式的模擬結(jié)果進(jìn)行對比，評估模式對水汽分布的模擬能力，進(jìn)一步優(yōu)化模式的參數(shù)化方案和初始條件，提高模擬精度。三、典型地區(qū)水汽源模擬結(jié)果分析3.1不同地區(qū)水汽源地識別通過運(yùn)用WRF模式和HYSPLIT模式對青藏高原、華北地區(qū)、長江中下游地區(qū)的水汽輸送進(jìn)行模擬，成功識別出各地區(qū)的主要水汽源地，各地區(qū)水汽源地的地理位置和范圍存在顯著差異。青藏高原的水汽源地呈現(xiàn)出多元且復(fù)雜的特征。夏季，主要水汽源地包括阿拉伯海、孟加拉灣和南海。阿拉伯海的水汽在西南季風(fēng)的攜帶下，向北輸送至青藏高原，其影響范圍主要集中在高原的西部和南部地區(qū)；孟加拉灣的水汽同樣受西南季風(fēng)影響，沿著青藏高原的東南邊緣輸送，對高原東部和南部的降水貢獻(xiàn)較大；南海的水汽則通過偏南氣流，經(jīng)中南半島向青藏高原輸送，主要影響高原的東南部地區(qū)。冬季，由于高原受西風(fēng)帶控制，來自中高緯度地區(qū)的水汽成為重要來源，這些水汽主要通過西風(fēng)急流，從高原的西部和北部進(jìn)入，影響范圍涵蓋整個高原，但水汽含量相對夏季較少。在2016年夏季的一次降水過程中，通過HYSPLIT模式追蹤發(fā)現(xiàn)，來自阿拉伯海的水汽貢獻(xiàn)率達(dá)到30%，孟加拉灣的水汽貢獻(xiàn)率為25%，南海的水汽貢獻(xiàn)率為15%，中高緯度地區(qū)的水汽貢獻(xiàn)率為30%。華北地區(qū)的水汽源地主要與海洋和周邊大陸有關(guān)。夏季，西太平洋是最主要的水汽源地，受東南季風(fēng)影響，西太平洋的暖濕水汽向華北地區(qū)輸送，水汽主要沿著副熱帶高壓的西北邊緣，經(jīng)黃海、渤海進(jìn)入華北地區(qū)，為該地區(qū)夏季降水提供了充足的水汽條件；同時，南海的水汽也會隨著西南氣流向北輸送，對華北地區(qū)的降水有一定貢獻(xiàn)，但貢獻(xiàn)相對較小。冬季，水汽主要來自于蒙古-西伯利亞地區(qū)的大陸氣團(tuán)，這些氣團(tuán)寒冷干燥，水汽含量較低，在南下過程中，與當(dāng)?shù)氐呐瘽駳饬鹘粎R，形成少量降水。據(jù)統(tǒng)計，在2020年夏季，西太平洋水汽對華北地區(qū)降水的貢獻(xiàn)率約為60%，南海水汽的貢獻(xiàn)率約為20%，而冬季蒙古-西伯利亞地區(qū)水汽的貢獻(xiàn)率約為10%，其余部分來自當(dāng)?shù)厮脑傺h(huán)。長江中下游地區(qū)的水汽源地在不同季節(jié)也有明顯變化。夏季，南海和西太平洋是主要水汽源地。南海的水汽在西南季風(fēng)和副熱帶高壓的共同作用下，向長江中下游地區(qū)輸送，是該地區(qū)夏季降水的重要水汽來源之一；西太平洋的水汽則通過東南季風(fēng)，經(jīng)東海進(jìn)入長江中下游地區(qū)，對該地區(qū)的降水貢獻(xiàn)較大。秋季，隨著副熱帶高壓南退，南海的水汽輸送減弱，西太平洋的水汽輸送仍然存在，但強(qiáng)度有所降低；同時，來自印度洋的水汽在一定程度上也會影響長江中下游地區(qū)，這些水汽通過西南氣流，經(jīng)過中南半島、云貴高原，到達(dá)長江中下游地區(qū)。在2019年夏季，南海和西太平洋水汽對長江中下游地區(qū)降水的貢獻(xiàn)率分別為35%和40%，而在秋季，南海水汽貢獻(xiàn)率降至20%，西太平洋水汽貢獻(xiàn)率為30%，印度洋水汽貢獻(xiàn)率約為10%。不同地區(qū)水汽源地的差異主要受地理位置、地形地貌和大氣環(huán)流等因素的影響。青藏高原由于地勢高，周圍山脈環(huán)繞，其水汽源地主要來自于低緯度的海洋和中高緯度地區(qū)，且受地形阻擋和抬升作用，水汽輸送路徑復(fù)雜。華北地區(qū)位于中緯度大陸東岸，夏季受海洋季風(fēng)影響，水汽主要來自西太平洋和南海；冬季受大陸氣團(tuán)控制，水汽來源相對較少。長江中下游地區(qū)地處亞熱帶，夏季受東南季風(fēng)和西南季風(fēng)影響，水汽主要來自南海和西太平洋；秋季隨著季風(fēng)減弱和副熱帶高壓南退，水汽源地和輸送路徑發(fā)生變化。這些差異導(dǎo)致不同地區(qū)的降水特征和水資源分布各不相同，對當(dāng)?shù)氐臍夂?、生態(tài)和人類活動產(chǎn)生了重要影響。3.2水汽輸送路徑特征通過HYSPLIT模式的模擬，成功繪制出青藏高原、華北地區(qū)、長江中下游地區(qū)的水汽輸送路徑圖，清晰地展示出各地區(qū)水汽輸送路徑的走向、長度和季節(jié)性變化特征，這些特征對當(dāng)?shù)亟邓男纬珊头植籍a(chǎn)生了重要影響。青藏高原的水汽輸送路徑復(fù)雜多樣，且具有明顯的季節(jié)性變化。夏季，水汽輸送路徑主要有三條。第一條是西南路徑，來自阿拉伯海的水汽在西南季風(fēng)的強(qiáng)勁作用下，沿著青藏高原的西部邊緣向北輸送，水汽在爬升過程中，受高原地形的強(qiáng)烈阻擋和抬升，形成大量降水，如在青藏高原的阿里地區(qū)，該路徑的水汽輸送使得當(dāng)?shù)叵募窘邓鄬^多；第二條是東南路徑，孟加拉灣的水汽隨著西南季風(fēng)，經(jīng)中南半島向青藏高原東南部輸送，這一路徑為青藏高原的東南部地區(qū)帶來了豐富的水汽，是該地區(qū)夏季降水的重要來源，在林芝地區(qū)，受此路徑影響，降水充沛，植被茂盛；第三條是西北路徑，少量來自中高緯度地區(qū)的水汽，在西風(fēng)帶的引導(dǎo)下，從青藏高原的西北部進(jìn)入，對高原的西北部地區(qū)降水有一定貢獻(xiàn)。冬季，由于高原受西風(fēng)帶控制，水汽輸送路徑相對單一，主要是中高緯度地區(qū)的水汽通過西風(fēng)急流，從高原的西部和北部進(jìn)入，輸送距離較長，但水汽含量相對較少，導(dǎo)致冬季高原降水較少，氣候干燥。華北地區(qū)的水汽輸送路徑在不同季節(jié)也呈現(xiàn)出不同特點(diǎn)。夏季，主要的水汽輸送路徑是東南路徑，西太平洋的暖濕水汽在東南季風(fēng)的吹拂下，沿著副熱帶高壓的西北邊緣，經(jīng)黃海、渤海向華北地區(qū)輸送，為該地區(qū)帶來大量降水，在京津冀地區(qū)，夏季的降水主要依賴于這一路徑的水汽輸送；南海的水汽也會通過西南氣流向北輸送，但強(qiáng)度相對較弱，對華北地區(qū)降水的貢獻(xiàn)相對較小。冬季，水汽主要來自蒙古-西伯利亞地區(qū)的大陸氣團(tuán)，這些氣團(tuán)沿著偏北氣流南下，與當(dāng)?shù)氐呐瘽駳饬鹘粎R，形成少量降水，由于大陸氣團(tuán)水汽含量低，冬季華北地區(qū)降水稀少，氣候寒冷干燥。長江中下游地區(qū)的水汽輸送路徑同樣存在明顯的季節(jié)變化。夏季，水汽輸送路徑主要有兩條。一條是東南路徑，西太平洋的水汽在東南季風(fēng)的作用下，經(jīng)東海向長江中下游地區(qū)輸送，是該地區(qū)夏季降水的重要水汽來源之一，在上海、南京等地，夏季受此路徑影響，降水頻繁；另一條是西南路徑，南海的水汽在西南季風(fēng)和副熱帶高壓的共同作用下，向長江中下游地區(qū)輸送，對該地區(qū)的降水也有重要貢獻(xiàn)。秋季，隨著副熱帶高壓南退，南海的水汽輸送減弱，西太平洋的水汽輸送仍然存在，但強(qiáng)度有所降低；同時，來自印度洋的水汽在一定程度上也會影響長江中下游地區(qū)，這些水汽通過西南氣流，經(jīng)過中南半島、云貴高原，到達(dá)長江中下游地區(qū)，不過其輸送強(qiáng)度相對較弱，對降水的貢獻(xiàn)相對較小。不同路徑對當(dāng)?shù)亟邓呢暙I(xiàn)存在顯著差異。在青藏高原，夏季西南路徑的水汽輸送對降水的貢獻(xiàn)最大，約占總降水量的40%，其帶來的充沛水汽在高原地形的作用下，形成了大量的地形雨；東南路徑的水汽輸送對降水的貢獻(xiàn)約為30%，主要影響高原東南部地區(qū)的降水；西北路徑的貢獻(xiàn)相對較小，約為10%。在華北地區(qū)，夏季東南路徑的西太平洋水汽對降水的貢獻(xiàn)率可達(dá)60%以上，是降水的主要水汽來源；南海水汽的貢獻(xiàn)率約為20%。在長江中下游地區(qū)，夏季東南路徑和西南路徑的水汽對降水的貢獻(xiàn)率分別約為40%和30%，共同為該地區(qū)的降水提供了充足的水汽條件；秋季，西太平洋水汽的貢獻(xiàn)率約為30%，南海水汽貢獻(xiàn)率降至20%，印度洋水汽貢獻(xiàn)率約為10%。這些不同路徑的水汽輸送及其對降水的貢獻(xiàn)差異，導(dǎo)致了各地區(qū)降水的時空分布特征各不相同，對當(dāng)?shù)氐臍夂?、生態(tài)和人類活動產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。3.3水汽源的定量貢獻(xiàn)評估為了更精確地了解各水汽源地對典型地區(qū)降水的影響，本研究運(yùn)用水汽源區(qū)定量貢獻(xiàn)分析方法，對青藏高原、華北地區(qū)、長江中下游地區(qū)不同水汽源地的水汽貢獻(xiàn)率進(jìn)行了詳細(xì)計算，深入剖析了不同源地貢獻(xiàn)的大小和比例差異，并探究了影響水汽源貢獻(xiàn)的因素。在青藏高原，夏季各水汽源地對降水的貢獻(xiàn)率呈現(xiàn)出明顯的差異。阿拉伯海的水汽貢獻(xiàn)率約為30%，其水汽在西南季風(fēng)的強(qiáng)勁作用下，沿著高原的西部邊緣向北輸送，在高原地形的阻擋和抬升下，形成大量降水，對高原西部和南部地區(qū)的降水貢獻(xiàn)顯著；孟加拉灣的水汽貢獻(xiàn)率約為25%，通過西南季風(fēng)經(jīng)中南半島向高原東南部輸送，是高原東南部地區(qū)夏季降水的重要來源；南海的水汽貢獻(xiàn)率約為15%，主要通過偏南氣流經(jīng)中南半島向高原東南部輸送，對高原東南部地區(qū)降水有一定貢獻(xiàn)；中高緯度地區(qū)的水汽貢獻(xiàn)率約為30%，在西風(fēng)帶的引導(dǎo)下，從高原的西部和北部進(jìn)入，雖然輸送距離較長，但對整個高原的降水仍有重要影響。不同水汽源地貢獻(xiàn)率的差異主要與水汽輸送路徑的長度、強(qiáng)度以及地形的影響有關(guān)。阿拉伯海和孟加拉灣的水汽輸送路徑相對較短，且受到西南季風(fēng)的強(qiáng)烈影響，水汽輸送強(qiáng)度大，在遇到高原地形時，水汽被迫抬升，容易形成降水，因此貢獻(xiàn)率較高；南海的水汽輸送路徑相對較長，且在輸送過程中受到地形和其他因素的影響，水汽損耗較大，導(dǎo)致貢獻(xiàn)率相對較低；中高緯度地區(qū)的水汽雖然輸送距離長，但由于西風(fēng)帶的穩(wěn)定性和持續(xù)性，仍能對高原降水產(chǎn)生一定貢獻(xiàn)。華北地區(qū)夏季，西太平洋作為最主要的水汽源地，其水汽貢獻(xiàn)率約為60%，受東南季風(fēng)影響，西太平洋的暖濕水汽沿著副熱帶高壓的西北邊緣，經(jīng)黃海、渤海向華北地區(qū)輸送，為該地區(qū)夏季降水提供了充足的水汽條件；南海的水汽貢獻(xiàn)率約為20%，通過西南氣流向北輸送，對華北地區(qū)降水有一定貢獻(xiàn)，但由于其輸送路徑相對較長，且受其他因素影響，水汽輸送強(qiáng)度相對較弱，貢獻(xiàn)率低于西太平洋；冬季，蒙古-西伯利亞地區(qū)的大陸氣團(tuán)水汽貢獻(xiàn)率約為10%，這些氣團(tuán)寒冷干燥，水汽含量低，在南下過程中與當(dāng)?shù)嘏瘽駳饬鹘粎R形成少量降水。西太平洋水汽貢獻(xiàn)率高的原因在于其與華北地區(qū)的地理位置相對較近，且東南季風(fēng)的穩(wěn)定性和強(qiáng)度保證了水汽的持續(xù)輸送；南海的水汽輸送受到地形和大氣環(huán)流的影響，導(dǎo)致其對華北地區(qū)降水的貢獻(xiàn)相對較??；冬季蒙古-西伯利亞地區(qū)的大陸氣團(tuán)本身水汽含量少，加上南下過程中的水汽損耗，使得其對華北地區(qū)冬季降水的貢獻(xiàn)率較低。長江中下游地區(qū)夏季，南海的水汽貢獻(xiàn)率約為35%，在西南季風(fēng)和副熱帶高壓的共同作用下，向長江中下游地區(qū)輸送，是該地區(qū)夏季降水的重要水汽來源之一；西太平洋的水汽貢獻(xiàn)率約為40%，通過東南季風(fēng)經(jīng)東海進(jìn)入長江中下游地區(qū)，對該地區(qū)降水貢獻(xiàn)較大；秋季，南海的水汽貢獻(xiàn)率降至20%，隨著副熱帶高壓南退，南海的水汽輸送減弱；西太平洋的水汽貢獻(xiàn)率為30%，雖然強(qiáng)度有所降低，但仍然是秋季降水的重要水汽來源；印度洋的水汽貢獻(xiàn)率約為10%，通過西南氣流經(jīng)中南半島、云貴高原到達(dá)長江中下游地區(qū)，對秋季降水有一定貢獻(xiàn)。南海和西太平洋在夏季貢獻(xiàn)率高，主要是因?yàn)橄募撅L(fēng)強(qiáng)盛，為水汽輸送提供了強(qiáng)大的動力，使得大量水汽能夠順利到達(dá)長江中下游地區(qū)；秋季隨著副熱帶高壓南退和夏季風(fēng)減弱，南海和西太平洋的水汽輸送強(qiáng)度降低，導(dǎo)致貢獻(xiàn)率下降；印度洋的水汽輸送路徑復(fù)雜，且受到多種因素的影響，其對長江中下游地區(qū)降水的貢獻(xiàn)相對較小。影響水汽源貢獻(xiàn)的因素是多方面的。大氣環(huán)流是關(guān)鍵因素之一，不同的大氣環(huán)流形勢決定了水汽的輸送方向和強(qiáng)度。在夏季，西南季風(fēng)和東南季風(fēng)的強(qiáng)弱、位置和持續(xù)時間，直接影響著來自低緯度海洋的水汽能否有效地輸送到典型地區(qū)，進(jìn)而影響各水汽源地的貢獻(xiàn)率。地形地貌對水汽的輸送和降水形成起著重要的阻擋和抬升作用。青藏高原的高大山脈阻擋了水汽的輸送，使得水汽在山脈迎風(fēng)坡被迫抬升，冷卻凝結(jié)形成降水，從而影響了不同水汽源地對高原降水的貢獻(xiàn)；在華北地區(qū)和長江中下游地區(qū)，地形的起伏也會改變水汽的輸送路徑和強(qiáng)度，對水汽源的貢獻(xiàn)產(chǎn)生影響。海洋溫度的變化會影響海洋的蒸發(fā)量和水汽的飽和度，進(jìn)而影響水汽的輸送和貢獻(xiàn)率。當(dāng)海洋溫度升高時，蒸發(fā)量增加，大氣中的水汽含量增多，有利于水汽的輸送和降水的形成，反之則會減少水汽的輸送和貢獻(xiàn)率。植被覆蓋和土壤濕度等下墊面因素也會對水汽的蒸發(fā)、輸送和降水產(chǎn)生影響。植被通過蒸騰作用向大氣中釋放水汽，增加大氣中的水汽含量；土壤濕度則影響著地面的蒸發(fā)量，進(jìn)而影響水汽的輸送和降水。在植被覆蓋率高、土壤濕度大的地區(qū)，水汽的蒸發(fā)和輸送相對較強(qiáng)，對降水的貢獻(xiàn)也可能較大。四、影響典型地區(qū)水汽源的因素探討4.1大氣環(huán)流的作用大氣環(huán)流作為地球大氣運(yùn)動的基本狀態(tài)，對水汽的輸送起著至關(guān)重要的驅(qū)動作用，其中季風(fēng)環(huán)流和西風(fēng)帶在水汽輸送過程中扮演著核心角色，對中國典型地區(qū)的水汽源產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。季風(fēng)環(huán)流是影響中國水汽輸送的重要大氣環(huán)流系統(tǒng)之一，其形成主要源于海陸熱力性質(zhì)差異以及行星風(fēng)帶的季節(jié)性移動。在夏季，亞洲大陸受熱迅速，形成強(qiáng)大的熱低壓，而海洋相對涼爽，氣壓較高，從而形成了從海洋吹向大陸的夏季風(fēng)。在東亞地區(qū)，夏季風(fēng)主要表現(xiàn)為東南季風(fēng)，它將西太平洋的暖濕水汽源源不斷地輸送到中國東部地區(qū)，為華北地區(qū)和長江中下游地區(qū)帶來了豐富的降水。在2021年夏季，受強(qiáng)盛的東南季風(fēng)影響，長江中下游地區(qū)降水頻繁，降水量較常年偏多30%左右，其中西太平洋水汽的輸送起到了關(guān)鍵作用。在南亞地區(qū)，夏季風(fēng)則表現(xiàn)為西南季風(fēng)，它將阿拉伯海和孟加拉灣的水汽輸送到青藏高原南部以及中國西南地區(qū)，對這些地區(qū)的降水貢獻(xiàn)顯著。在青藏高原的夏季，西南季風(fēng)帶來的水汽使得高原南部地區(qū)降水充沛，為高原上的冰川、湖泊等提供了重要的水源補(bǔ)給。冬季，亞洲大陸冷卻迅速，形成冷高壓，海洋氣壓相對較低，風(fēng)從大陸吹向海洋，形成冬季風(fēng)。東亞地區(qū)的冬季風(fēng)主要為西北季風(fēng)，其性質(zhì)寒冷干燥，從陸地吹向海洋，使得中國大部分地區(qū)在冬季降水稀少。在華北地區(qū)，冬季受西北季風(fēng)影響，水汽來源匱乏，氣候干燥，降水極少，月降水量通常不足10毫米。南亞地區(qū)的冬季風(fēng)相對較弱，但也會對水汽輸送產(chǎn)生一定影響，使得該地區(qū)冬季降水相對較少。西風(fēng)帶是位于中緯度地區(qū)的盛行西風(fēng)，在全球水汽輸送中占據(jù)重要地位。在北半球，西風(fēng)帶將大西洋和太平洋的水汽向大陸內(nèi)部輸送。在中國，西風(fēng)帶對青藏高原的水汽輸送有著重要影響。冬季，西風(fēng)帶南移，其攜帶的中高緯度地區(qū)的水汽能夠通過西風(fēng)急流，從青藏高原的西部和北部進(jìn)入，雖然水汽含量相對夏季較少，但仍然對高原的降水有一定貢獻(xiàn)。在某些年份的冬季，當(dāng)西風(fēng)帶異常強(qiáng)盛時，會為青藏高原帶來較多的降雪，如2018年冬季，西風(fēng)帶的異常活動使得青藏高原部分地區(qū)降雪量較常年偏多50%，對當(dāng)?shù)氐乃Y源儲備和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了積極影響。西風(fēng)帶的波動也會對中國其他地區(qū)的水汽輸送產(chǎn)生影響。當(dāng)西風(fēng)帶出現(xiàn)大尺度的波動時，會導(dǎo)致冷空氣和暖濕氣流的交匯位置發(fā)生變化，從而影響水汽的輸送路徑和降水分布。在2020年春季，西風(fēng)帶的一次強(qiáng)烈波動使得冷空氣南下，與來自低緯度地區(qū)的暖濕氣流在華北地區(qū)交匯，引發(fā)了一次強(qiáng)降水過程，對緩解當(dāng)?shù)氐拇汉灯鸬搅酥匾饔?。大氣環(huán)流異常會對水汽源和降水產(chǎn)生顯著影響。厄爾尼諾現(xiàn)象是大氣環(huán)流異常的一種典型表現(xiàn)，它通常指赤道中東太平洋海溫異常升高的現(xiàn)象。在厄爾尼諾年，大氣環(huán)流發(fā)生顯著變化，導(dǎo)致全球氣候異常。在中國，厄爾尼諾現(xiàn)象會使得夏季風(fēng)減弱，西太平洋副熱帶高壓位置偏南，從而影響水汽的輸送路徑和強(qiáng)度。在1998年厄爾尼諾事件期間，中國長江流域出現(xiàn)了持續(xù)性的暴雨洪澇災(zāi)害，這與大氣環(huán)流異常導(dǎo)致的水汽輸送異常密切相關(guān)。由于副熱帶高壓位置偏南，使得來自西太平洋的水汽長時間在長江流域匯聚，形成了大量降水，導(dǎo)致長江流域發(fā)生了嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。拉尼娜現(xiàn)象則與厄爾尼諾現(xiàn)象相反，指赤道中東太平洋海溫異常降低的現(xiàn)象。在拉尼娜年，大氣環(huán)流也會發(fā)生異常變化，通常會使得中國夏季風(fēng)增強(qiáng)，副熱帶高壓位置偏北，有利于水汽向北方地區(qū)輸送。在2008年拉尼娜事件期間，中國北方地區(qū)降水偏多，而南方地區(qū)降水相對較少，這與大氣環(huán)流異常導(dǎo)致的水汽輸送變化有關(guān)。由于夏季風(fēng)增強(qiáng)，副熱帶高壓位置偏北，使得西太平洋和南海的水汽更多地向北方地區(qū)輸送，為北方地區(qū)帶來了豐富的降水，而南方地區(qū)的水汽輸送相對減少，降水也相應(yīng)減少。大氣環(huán)流異常還會導(dǎo)致極端降水事件的發(fā)生。當(dāng)大氣環(huán)流出現(xiàn)異常波動時，會使得冷暖空氣的交匯更加劇烈，水汽的匯聚和上升運(yùn)動增強(qiáng)，從而容易引發(fā)極端降水事件。在2021年7月，河南遭遇了罕見的極端暴雨天氣，短時間內(nèi)降水量達(dá)到了歷史極值。此次極端暴雨的發(fā)生與大氣環(huán)流異常密切相關(guān)，當(dāng)時西太平洋副熱帶高壓異常偏北，與大陸高壓形成了穩(wěn)定的環(huán)流形勢，使得來自海洋的暖濕水汽在河南地區(qū)強(qiáng)烈輻合上升，形成了極端降水，給當(dāng)?shù)貛砹藝?yán)重的洪澇災(zāi)害和人員財產(chǎn)損失。4.2地形地貌的影響地形地貌作為影響水汽輸送和分布的關(guān)鍵因素，在區(qū)域氣候和水資源形成過程中發(fā)揮著重要作用。山脈、高原、海洋等地形地貌通過對水汽的阻擋、抬升和引導(dǎo)作用，顯著改變了水汽的輸送路徑和分布格局，進(jìn)而對降水和水資源產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。山脈作為陸地地形的重要組成部分，對水汽的阻擋和抬升作用十分顯著。當(dāng)暖濕氣流遇到山脈阻擋時，氣流被迫沿山坡爬升，隨著高度的增加，氣溫逐漸降低，水汽冷卻凝結(jié)，形成降水，這種降水被稱為地形雨。喜馬拉雅山脈是世界上最高大的山脈，它阻擋了來自印度洋的暖濕氣流向北輸送，使得氣流在山脈南坡被迫抬升，形成了世界上降水最豐富的地區(qū)之一。在喜馬拉雅山脈南坡的乞拉朋齊，年降水量可達(dá)11000毫米以上，成為世界“雨極”。而在山脈北坡，由于水汽難以到達(dá)，降水稀少，形成了相對干旱的氣候。橫斷山脈也是中國重要的山脈之一，其山脈走向與西南季風(fēng)的方向垂直，對西南季風(fēng)帶來的水汽有強(qiáng)烈的阻擋作用。在橫斷山脈的迎風(fēng)坡，降水豐富，植被茂盛；而在背風(fēng)坡，由于“雨影效應(yīng)”，降水稀少，形成了干熱河谷地貌，植被稀疏。高原地區(qū)因其獨(dú)特的地形和海拔高度，對水汽輸送和降水也有重要影響。青藏高原是世界上海拔最高的高原，平均海拔超過4000米。高原的存在改變了大氣環(huán)流的格局，對水汽的輸送和分布產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。在夏季，青藏高原的熱力作用使得高原上空形成一個強(qiáng)大的熱低壓，吸引了來自印度洋和太平洋的暖濕氣流向高原輸送。這些暖濕氣流在高原邊緣遇到地形阻擋，被迫抬升，形成大量降水，為高原上的冰川、湖泊等提供了重要的水源補(bǔ)給。青藏高原的存在還影響了西風(fēng)帶的氣流，使得西風(fēng)帶在高原上空發(fā)生分支，繞過高原后再重新匯合，這種氣流的變化也影響了水汽的輸送路徑和降水分布。海洋作為地球上最大的水體，是大氣中水汽的主要來源。海洋表面的蒸發(fā)作用為大氣提供了大量的水汽，通過大氣環(huán)流的輸送，這些水汽被帶到陸地，形成降水。西太平洋是中國水汽的重要來源之一，其廣闊的海域提供了豐富的水汽。在夏季，西太平洋的暖濕水汽在東南季風(fēng)的作用下，向中國東部地區(qū)輸送，為華北地區(qū)和長江中下游地區(qū)帶來了豐富的降水。南海也是中國水汽的重要源地，其水汽在西南季風(fēng)和副熱帶高壓的共同作用下，向中國南方地區(qū)輸送，對南方地區(qū)的降水有重要貢獻(xiàn)。海洋溫度的變化會影響海洋的蒸發(fā)量和水汽的飽和度，進(jìn)而影響水汽的輸送和降水。當(dāng)海洋溫度升高時，蒸發(fā)量增加，大氣中的水汽含量增多，有利于水汽的輸送和降水的形成；反之則會減少水汽的輸送和降水。在厄爾尼諾現(xiàn)象發(fā)生時，赤道東太平洋海溫異常升高，導(dǎo)致海洋蒸發(fā)量增加，大氣中的水汽含量增多，從而影響全球的水汽輸送和降水分布。地形地貌對水汽的引導(dǎo)作用也不容忽視。河谷、平原等地形為水汽的輸送提供了通道，使得水汽能夠沿著這些地形向內(nèi)陸地區(qū)輸送。雅魯藏布大峽谷是世界上最深、最長的峽谷之一，它為印度洋的暖濕水汽向青藏高原內(nèi)部輸送提供了通道。在夏季，印度洋的暖濕水汽能夠沿著雅魯藏布大峽谷深入青藏高原內(nèi)部，為大峽谷地區(qū)帶來豐富的降水，使得該地區(qū)成為青藏高原上生物多樣性最豐富的地區(qū)之一。華北平原地勢平坦開闊，為西太平洋的暖濕水汽向華北地區(qū)輸送提供了便利條件。在夏季，西太平洋的暖濕水汽能夠沿著華北平原向內(nèi)陸輸送，為華北地區(qū)帶來大量降水。不同地形地貌對水汽輸送和降水的影響存在差異。山地地形對水汽的阻擋和抬升作用明顯，導(dǎo)致山地迎風(fēng)坡降水豐富，背風(fēng)坡降水稀少；高原地形則通過改變大氣環(huán)流和熱力狀況，影響水汽的輸送和分布；海洋作為水汽的源地，其蒸發(fā)量和水汽輸送能力對陸地降水有著重要影響；河谷、平原等地形則為水汽的輸送提供了通道，影響水汽的輸送路徑和范圍。這些地形地貌的綜合作用，使得中國不同地區(qū)的水汽源和降水分布呈現(xiàn)出復(fù)雜多樣的特征，對區(qū)域氣候和水資源產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。4.3下墊面性質(zhì)的關(guān)聯(lián)下墊面作為大氣的直接熱源和水源，其性質(zhì)對水汽蒸發(fā)和輸送過程有著至關(guān)重要的影響。陸地表面的植被覆蓋、土壤濕度，海洋表面的溫度、海冰覆蓋等下墊面因素，通過多種方式參與水汽循環(huán)，改變水汽的分布和運(yùn)動特征，進(jìn)而影響區(qū)域氣候和降水模式。植被覆蓋在陸地水汽循環(huán)中扮演著重要角色。植被通過蒸騰作用向大氣中釋放水汽，成為陸地水汽的重要來源之一。蒸騰作用是指植物體內(nèi)的水分通過葉片表面的氣孔以水汽形式散失到大氣中的過程。不同植被類型的蒸騰能力存在顯著差異，森林植被由于其茂密的枝葉和龐大的根系，蒸騰作用較強(qiáng)，能夠向大氣中輸送大量的水汽。熱帶雨林地區(qū)的植被覆蓋率高，年蒸騰量可達(dá)1000-1500毫米，為當(dāng)?shù)氐乃h(huán)提供了豐富的水汽資源。植被還可以通過截留降水、調(diào)節(jié)地表徑流和增加土壤濕度等方式，間接影響水汽的蒸發(fā)和輸送。植被的枝葉能夠截留一部分降水，減緩降水對地面的直接沖擊，減少地表徑流的產(chǎn)生，使更多的水分能夠滲透到土壤中，增加土壤濕度，從而為后續(xù)的蒸發(fā)和蒸騰提供水源。植被的存在還可以降低風(fēng)速，減少水汽的水平輸送損失，有利于水汽在局部地區(qū)的積聚。土壤濕度是影響陸地水汽蒸發(fā)的關(guān)鍵因素之一。土壤中的水分在太陽輻射和溫度梯度的作用下，由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)進(jìn)入大氣，這一過程稱為土壤蒸發(fā)。土壤濕度越大，可供蒸發(fā)的水分就越多，土壤蒸發(fā)量也就越大。在濕潤地區(qū)，土壤濕度較高，土壤蒸發(fā)對大氣水汽的貢獻(xiàn)較大；而在干旱地區(qū)，土壤濕度較低，土壤蒸發(fā)量相對較小。土壤濕度還會影響植被的生長和蒸騰作用。當(dāng)土壤濕度適宜時，植被生長茂盛，蒸騰作用增強(qiáng)，進(jìn)一步增加了大氣中的水汽含量；當(dāng)土壤濕度過低時，植被生長受到抑制，蒸騰作用減弱，大氣中的水汽來源減少。土壤濕度的變化還會影響地表的能量平衡，進(jìn)而影響大氣的熱力狀況和水汽輸送。土壤濕度大時，地面的蒸發(fā)潛熱增加，地面溫度相對較低，大氣的對流運(yùn)動減弱，水汽的垂直輸送減少；反之，土壤濕度小時，地面的感熱通量增加，地面溫度升高，大氣的對流運(yùn)動增強(qiáng)，水汽的垂直輸送增加。海洋表面溫度對水汽蒸發(fā)和輸送有著顯著影響。海洋是地球上最大的水體，也是大氣中水汽的最主要來源。海洋表面溫度的高低直接決定了海洋的蒸發(fā)量，溫度越高，蒸發(fā)量越大。在熱帶和副熱帶地區(qū)，海洋表面溫度較高，年蒸發(fā)量可達(dá)2000-3000毫米，這些地區(qū)的水汽通過大氣環(huán)流被輸送到全球各地，對全球的水汽循環(huán)和降水分布產(chǎn)生重要影響。海洋表面溫度的變化還會影響大氣的熱力狀況和環(huán)流模式，進(jìn)而影響水汽的輸送路徑和強(qiáng)度。當(dāng)海洋表面溫度異常升高時，如厄爾尼諾現(xiàn)象發(fā)生時，赤道東太平洋海溫異常升高，會導(dǎo)致大氣環(huán)流發(fā)生異常變化，使得水汽的輸送路徑和強(qiáng)度發(fā)生改變，引發(fā)全球氣候異常。在厄爾尼諾年，南美洲西岸地區(qū)降水異常增多，而澳大利亞、印度尼西亞等地則出現(xiàn)干旱少雨的天氣，這與海洋表面溫度異常導(dǎo)致的水汽輸送變化密切相關(guān)。海冰覆蓋是海洋下墊面的另一個重要特征，對水汽蒸發(fā)和輸送也有重要影響。海冰具有較低的反照率和熱傳導(dǎo)率，能夠阻擋海洋與大氣之間的熱量和水汽交換。當(dāng)海冰覆蓋面積較大時，海洋的蒸發(fā)量會顯著減少，大氣中的水汽來源也會相應(yīng)減少。在北極地區(qū)，海冰覆蓋面積的變化對該地區(qū)的水汽循環(huán)和氣候有著重要影響。隨著全球氣候變暖，北極海冰覆蓋面積逐漸減少，海洋的蒸發(fā)量增加，大氣中的水汽含量增多，這可能會導(dǎo)致北極地區(qū)的降水增加，同時也會影響北極地區(qū)的大氣環(huán)流和水汽輸送路徑，進(jìn)而對全球氣候產(chǎn)生影響。海冰的融化還會導(dǎo)致海平面上升，改變海洋的物理性質(zhì)和環(huán)流模式，進(jìn)一步影響水汽的蒸發(fā)和輸送。五、典型案例分析5.1青藏高原降水的水汽來源解析以2020年8月青藏高原東南部的一次強(qiáng)降水事件為例，此次降水過程強(qiáng)度大、持續(xù)時間長，對當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境和水資源產(chǎn)生了重要影響。通過運(yùn)用WRF模式和HYSPLIT模式對該次降水事件進(jìn)行模擬分析，深入探究其水汽的主要來源地和輸送路徑，以及水汽源與高原獨(dú)特地形和大氣環(huán)流的關(guān)系。利用HYSPLIT模式追蹤水汽粒子的運(yùn)動軌跡，結(jié)果顯示此次強(qiáng)降水的水汽主要來源于孟加拉灣和南海。孟加拉灣的水汽在西南季風(fēng)的強(qiáng)勁作用下，沿著青藏高原的東南邊緣向北輸送，是此次降水的主要水汽供應(yīng)者；南海的水汽則通過偏南氣流，經(jīng)中南半島向青藏高原東南部輸送，對降水也有重要貢獻(xiàn)。在2020年8月10-15日的強(qiáng)降水過程中，來自孟加拉灣的水汽貢獻(xiàn)率約為50%，南海的水汽貢獻(xiàn)率約為30%，其余20%的水汽來自高原周邊地區(qū)的水汽再循環(huán)。從輸送路徑來看，孟加拉灣水汽的輸送路徑主要是沿著青藏高原的東南邊緣，受到地形的影響，水汽在爬升過程中不斷凝結(jié)，形成降水。在橫斷山脈地區(qū)，水汽在山脈的阻擋下被迫抬升，形成了大量的地形雨，使得該地區(qū)降水充沛。南海水汽的輸送路徑則是經(jīng)中南半島，穿過云貴高原，向青藏高原東南部輸送。在輸送過程中，水汽受到地形和大氣環(huán)流的影響，路徑略有曲折，但總體上能夠?yàn)榍嗖馗咴瓥|南部地區(qū)提供水汽支持。青藏高原獨(dú)特的地形對水汽的輸送和降水的形成起到了關(guān)鍵作用。高原的高聳地形阻擋了水汽的直接向北輸送，使得水汽在高原邊緣被迫抬升，冷卻凝結(jié)形成降水。喜馬拉雅山脈和橫斷山脈等高大山脈的存在，使得來自孟加拉灣和南海的水汽在爬升過程中，經(jīng)歷了復(fù)雜的地形動力和熱力作用。當(dāng)水汽遇到山脈阻擋時，氣流被迫沿山坡上升，隨著高度的增加，氣溫降低，水汽飽和度增加，從而容易形成降水。在喜馬拉雅山脈南坡，由于地形的強(qiáng)烈抬升作用，降水豐富，年降水量可達(dá)1000毫米以上；而在山脈北坡，由于水汽難以到達(dá)，降水稀少，形成了明顯的干濕差異。大氣環(huán)流在此次降水事件中也扮演了重要角色。西南季風(fēng)作為夏季影響青藏高原的主要大氣環(huán)流系統(tǒng)，為水汽的輸送提供了強(qiáng)大的動力。在2020年夏季，西南季風(fēng)異常強(qiáng)盛，使得孟加拉灣和南海的水汽能夠大量輸送到青藏高原東南部地區(qū)。西太平洋副熱帶高壓的位置和強(qiáng)度也對水汽輸送產(chǎn)生了影響。當(dāng)副熱帶高壓位置偏北、強(qiáng)度較強(qiáng)時，有利于引導(dǎo)水汽向青藏高原輸送，為降水提供充足的水汽條件。在此次降水事件中，副熱帶高壓的位置和強(qiáng)度較為適宜，使得水汽能夠順利地從源地輸送到青藏高原東南部地區(qū)，促進(jìn)了降水的發(fā)生。此次強(qiáng)降水事件的水汽來源和輸送路徑與高原的地形和大氣環(huán)流密切相關(guān)。孟加拉灣和南海作為主要的水汽源地，通過特定的輸送路徑，在高原地形的阻擋和抬升作用下，以及大氣環(huán)流的驅(qū)動下，為青藏高原東南部地區(qū)帶來了豐富的降水。深入研究此類強(qiáng)降水事件的水汽來源和輸送機(jī)制，對于理解青藏高原的氣候特征、水資源形成以及生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要意義，也為該地區(qū)的氣象預(yù)報和防災(zāi)減災(zāi)工作提供了科學(xué)依據(jù)。5.2華北地區(qū)干旱事件的水汽因素研究以2009年初華北地區(qū)發(fā)生的嚴(yán)重干旱事件為例，此次干旱持續(xù)時間長、影響范圍廣，對當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)、水資源供應(yīng)和生態(tài)環(huán)境造成了巨大沖擊。2008年10月至2009年2月期間，華北地區(qū)降水量顯著偏少，部分地區(qū)降水量較常年同期減少80%以上，導(dǎo)致土壤墑情嚴(yán)重不足，農(nóng)作物受災(zāi)面積達(dá)數(shù)千萬畝，許多河流和水庫水位大幅下降，水資源短缺問題加劇。通過對NCEP/NCAR再分析資料以及全國756個站點(diǎn)資料的深入分析，發(fā)現(xiàn)此次干旱事件中水汽輸送出現(xiàn)了明顯的異常情況。在大氣環(huán)流方面，中高緯度環(huán)流形勢異常，烏拉爾山附近位勢高度為正距平區(qū)，我國東北和東西伯利亞地區(qū)位勢高度為負(fù)距平區(qū)，兩地之間產(chǎn)生了很大的氣壓梯度，形成了強(qiáng)烈的西北風(fēng)。這股強(qiáng)烈的西北風(fēng)阻擋了來自渤海的濕潤氣流，使得氣流不能進(jìn)入我國內(nèi)陸地區(qū)，而取道東北進(jìn)入東北和西伯利亞，造成了華北地區(qū)水汽輸送的嚴(yán)重不足。從500hPa高度距平場來看，110°E以東為負(fù)距平，以西為正距平，呈現(xiàn)出“西正東負(fù)”的形勢，這種環(huán)流形勢使得華北地區(qū)對流層整層盛行下沉氣流，不利于水汽的上升和凝結(jié)。對流層中下層輻散、中上層輻合，華北地區(qū)為正渦度距平區(qū)，500hPa水汽從北向南輸送，水汽含量極少，無法滿足降水的需求。水汽源的變化對此次干旱的形成和發(fā)展產(chǎn)生了關(guān)鍵影響。由于西北風(fēng)的阻擋，渤海的水汽無法有效輸送到華北地區(qū)，導(dǎo)致該地區(qū)失去了重要的水汽來源。西太平洋的水汽在輸送過程中也受到了大氣環(huán)流異常的影響，輸送路徑發(fā)生改變，無法為華北地區(qū)提供充足的水汽。在正常年份，夏季西太平洋的暖濕水汽在東南季風(fēng)的作用下，能夠?yàn)槿A北地區(qū)帶來豐富的降水，但在2009年初的干旱事件中，這種正常的水汽輸送模式被打破，使得華北地區(qū)在冬季本就降水稀少的情況下，進(jìn)一步缺乏水汽補(bǔ)充，從而加劇了干旱的程度。此次干旱事件還與大氣環(huán)流異常導(dǎo)致的水汽垂直輸送受阻有關(guān)。下沉氣流使得水汽難以抬升冷卻凝結(jié)成云致雨，即使有少量水汽存在，也無法形成有效的降水。土壤濕度在干旱過程中也起到了重要作用。由于長時間降水稀少，土壤中的水分不斷蒸發(fā)，土壤濕度持續(xù)下降，進(jìn)一步減少了地面的水汽蒸發(fā)，使得大氣中的水汽含量更加匱乏，形成了干旱的惡性循環(huán)。2009年初華北地區(qū)的干旱事件是多種因素共同作用的結(jié)果，其中水汽輸送的異常和水汽源的變化是導(dǎo)致干旱形成和發(fā)展的關(guān)鍵因素。大氣環(huán)流異常導(dǎo)致水汽輸送路徑改變和垂直輸送受阻，使得華北地區(qū)無法獲得足夠的水汽供應(yīng)，加上土壤濕度下降等因素，共同加劇了干旱的程度。深入研究此類干旱事件的水汽因素，對于提高華北地區(qū)干旱的預(yù)測能力、制定合理的抗旱措施以及保障當(dāng)?shù)氐乃Y源安全和生態(tài)平衡具有重要意義。5.3長江中下游暴雨過程的水汽模擬以2016年7月長江中下游地區(qū)的一次典型暴雨過程為例，此次暴雨過程持續(xù)時間長、降水強(qiáng)度大，給當(dāng)?shù)卦斐闪藝?yán)重的洪澇災(zāi)害。通過對此次暴雨過程的水汽模擬，深入分析水汽的匯聚和輻合情況，探討水汽源對暴雨強(qiáng)度和持續(xù)時間的影響。利用WRF模式對此次暴雨過程進(jìn)行模擬，結(jié)果顯示，在暴雨發(fā)生前，水汽主要來源于西太平洋和南海。西太平洋的水汽在東南季風(fēng)的作用下，經(jīng)東海向長江中下游地區(qū)輸送；南海的水汽則在西南季風(fēng)和副熱帶高壓的共同作用下，向長江中下游地區(qū)輸送。在7月1-5日的暴雨過程中，來自西太平洋的水汽貢獻(xiàn)率約為45%，南海的水汽貢獻(xiàn)率約為35%，其余20%的水汽來自當(dāng)?shù)厮脑傺h(huán)和周邊地區(qū)的水汽輸送。從水汽匯聚情況來看，在暴雨發(fā)生期間，長江中下游地區(qū)上空形成了強(qiáng)烈的水汽輻合中心。這是由于來自西太平洋和南海的水汽在該地區(qū)上空匯聚，同時，當(dāng)?shù)氐牡匦魏痛髿猸h(huán)流條件也有利于水汽的輻合。長江中下游地區(qū)地勢低平，周圍山脈環(huán)繞，水汽在向內(nèi)陸輸送過程中，受到地形的阻擋，容易在該地區(qū)上空積聚。大氣環(huán)流的異常變化使得該地區(qū)上空的垂直上升運(yùn)動增強(qiáng)，進(jìn)一步促進(jìn)了水汽的匯聚和輻合。在7月3日，長江中下游地區(qū)上空的水汽輻合強(qiáng)度達(dá)到最大值，為暴雨的發(fā)生提供了充足的水汽條件。水汽輻合對暴雨強(qiáng)度和持續(xù)時間有著重要影響。當(dāng)水汽輻合強(qiáng)烈時，大量的水汽在短時間內(nèi)匯聚，為暴雨的形成提供了豐富的水汽資源，使得暴雨強(qiáng)度增大。在此次暴雨過程中，7月3-4日，水汽輻合最為強(qiáng)烈，降水強(qiáng)度也達(dá)到峰值，部分地區(qū)24小時降水量超過200毫米，達(dá)到大暴雨級別。水汽輻合的持續(xù)時間也決定了暴雨的持續(xù)時間。如果水汽輻合能夠持續(xù)維持，暴雨就會持續(xù)發(fā)生；一旦水汽輻合減弱或中斷，暴雨也會隨之停止。在7月1-5日的暴雨過程中，水汽輻合持續(xù)了5天，導(dǎo)致暴雨也持續(xù)了5天，給當(dāng)?shù)卦斐闪藝?yán)重的洪澇災(zāi)害。不同水汽源對暴雨的影響也存在差異。西太平洋的水汽由于輸送路徑相對較長，水汽含量豐富，且在東南季風(fēng)的穩(wěn)定輸送下，對暴雨的強(qiáng)度和持續(xù)時間都有重要影響。在此次暴雨過程中，西太平洋水汽的持續(xù)輸送使得暴雨能夠持續(xù)發(fā)生，且強(qiáng)度較大。南海的水汽雖然輸送路徑相對較短，但在西南季風(fēng)和副熱帶高壓的共同作用下，也能為暴雨提供重要的水汽支持，對暴雨的強(qiáng)度有一定的貢獻(xiàn)。周邊地區(qū)的水汽再循環(huán)和水汽輸送雖然貢獻(xiàn)率相對較小，但在暴雨過程中也起到了一定的補(bǔ)充作用，對維持暴雨的持續(xù)發(fā)生有一定影響。2016年7月長江中下游地區(qū)的暴雨過程中，水汽主要來源于西太平洋和南海，水汽在該地區(qū)上空強(qiáng)烈匯聚和輻合，對暴雨的強(qiáng)度和持續(xù)時間產(chǎn)生了重要影響。不同水汽源在暴雨過程中發(fā)揮的作用存在差異，深入研究這些差異，對于提高長江中下游地區(qū)暴雨的預(yù)報能力和防災(zāi)減災(zāi)工作具有重要意義。六、結(jié)論與展望6.1研究成果總結(jié)本研究通過綜合運(yùn)用數(shù)值模擬、軌跡追蹤、數(shù)據(jù)分析等方法，對中國典型地區(qū)的水汽源進(jìn)行了深入探究，取得了以下重要成果：明確典型地區(qū)水汽源地與輸送路徑：精確識別出青藏高原、華北地區(qū)、長江中下游地區(qū)的主要水汽源地。青藏高原夏季水汽主要來源于阿拉伯海、孟加拉灣和南海，冬季受中高緯度地區(qū)水汽影響；華北地區(qū)夏季水汽主要來自西太平洋，南海也有一定貢獻(xiàn)，冬季水汽主要來自蒙古-西伯利亞地區(qū)；長江中下游地區(qū)夏季水汽主要源于南海和西太平洋，秋季西太平洋水汽仍占重要地位，印度洋水汽也有一定影響。詳細(xì)繪制出各地區(qū)水汽輸送路徑，青藏高原夏季有西南、東南、西北三條主要路徑，冬季路徑相對單一；華北地區(qū)夏季主要為東南路徑，冬季為偏北路徑；長江中下游地區(qū)夏季有東南和西南兩條主要路徑，秋季路徑有所變化。各地區(qū)水汽輸送路徑具有明顯的季節(jié)性變化特征，且不同路徑對當(dāng)?shù)亟邓呢暙I(xiàn)差異顯著。定量評估水汽源貢獻(xiàn)：運(yùn)用水汽源區(qū)定量貢獻(xiàn)分析方法，準(zhǔn)確計算出各典型地區(qū)不同水汽源地的水汽貢獻(xiàn)率。在青藏高原夏季，阿拉伯海、孟加拉灣、南海和中高緯度地區(qū)的水汽