哈密地區(qū)各站大氣可降水量和水資源分析

哈密地區(qū)各站大氣可降水量和水資源分析

新疆哈密地區(qū)位于自治區(qū)東部。它是古代絲綢之路和亞歐大陸橋的中心，也是新疆與大陸之間的展覽場所。地區(qū)總面積14.28萬km近年來,對于空中水資源開發(fā)利用的相關研究進行了很多,周長艷等1數(shù)據(jù)和方法1.1地面水資源壓、降水資料及季節(jié)劃分本文采用哈密地區(qū)哈密、十三間房、巴里坤、伊吾、淖毛湖和紅柳河6個氣象觀測站的逐日平均地面水汽壓、降水量資料及各站經(jīng)緯度、海拔高度數(shù)據(jù),資料時間序列為1975年1月1日—2014年12月31日,共計40a。季節(jié)按習慣劃分,春季為3—5月,夏季為6—8月,秋季為9—11月,冬季為12月—翌年2月。表1為哈密各站≥0.1mm的降水日數(shù)。1.2計算方法1.2.1哈密地區(qū)大氣可降水量w的計算我們知道,大氣中的水汽是始終存在的。假設在整層大氣的單位面積垂直氣柱中所含水汽全部凝結(jié),并積聚在氣柱底面,得到的液態(tài)水的深度,即所謂的整層大氣的可降水量,其表達式為:式中:ρ為液態(tài)水密度,g為重力加速度,p為氣壓,p楊景梅等式中:W為大氣可降水量(mm),φ為地理緯度,H為海拔高度(km),e為地面水汽壓(hPa)。將哈密地區(qū)6個地面站的海拔高度和地理緯度代入公式(2),得到各站大氣可降水量計算公式見表2。無論天空是否為晴空,大氣中水汽含量都有可能較豐富,但不一定能夠產(chǎn)生降水。根據(jù)向玉春等1.2.2自然降水產(chǎn)量e所謂自然降水產(chǎn)出率(E1.2.3人工降雨雪的潛力w在有效空中水資源量一定的情況下,自然降水產(chǎn)出率(E2結(jié)果與分析2.1哈密地區(qū)大氣可降水量的年際變化特征圖1給出了哈密地區(qū)各站近40a的大氣可降水量變化?？傮w上看,哈密地區(qū)的大氣可降水量大致呈西南部多于東北部的空間分布,地區(qū)南部的哈密明顯多于其它站,年均為4327mm,東部的伊吾和紅柳河較少,年均283mm和2560mm。這與哈密地區(qū)降水量的空間分布并不一致,可能是由于哈密地區(qū)復雜的地形影響造成的。哈密南部地區(qū)的水汽輸送大致有西北、西南和東部3個通道,水汽的輸送量較大;十三間房是風口地區(qū),常年有大風,水汽不易滯留;哈密則是盆地,水汽在此匯聚,但不利于上升運動發(fā)展,水汽凝結(jié)成云致雨的條件較差。降水量較大的巴里坤和伊吾屬山區(qū),位于向東逐漸收縮的峽谷內(nèi),受地形的抬升作用影響較大,水汽易抬升凝結(jié);淖毛湖和紅柳河均為戈壁,受地形阻擋,水汽很難到達。從近40a的變化趨勢來看,除巴里坤略呈下降趨勢(-2mm/10a)外,大部區(qū)域的大氣可降水量表現(xiàn)為增長的趨勢,紅柳河的增長率最大,約為12mm/10a,其它各站增長率約為9mm/10a。哈密地區(qū)各站的大氣可降水量也具有明顯的年代際差異,巴里坤、哈密、伊吾均在20世紀90年代達到峰值,而后逐漸降低,而其它3站則是在21世紀前10a達到最大值。從哈密多年平均整層大氣可降水量的逐月變化(表3)來看,各站大氣可降水量都呈現(xiàn)明顯的單峰型變化特征,1—7月逐月增加,7月達到年極值,7—12月逐月減少,1月出現(xiàn)最低值。比較各站的大氣可降水量月極值發(fā)現(xiàn),哈密的差異最大,紅柳河的差異最小。大氣可降水量的年變化反映了一年中空中水汽的增減變化特征,同時也反映出哈密的大氣可降水量具有明顯的季節(jié)分布特征,即夏季最大,秋季、春季次之,冬季最小,這與哈密年降水量的變化特征趨于一致。夏季高溫,大氣中可容納的水汽量也較大,而冬季冷空氣活動強而頻繁,氣溫低,大氣中可容納的水汽量少,從而形成哈密地區(qū)大氣可降水量的季節(jié)差異。2.2有效空間分布特征分析40a來哈密各站的年有效空中水資源量(表4)可以發(fā)現(xiàn),巴里坤的有效水資源量最多,伊吾次之,淖毛湖最少,最大值出現(xiàn)在2003年的巴里坤,達到了1052mm,最小值出現(xiàn)在1985年的淖毛湖,僅75mm。由此可見,有效空中水資源量與大氣可降水量無明顯的相關性,降水多的地區(qū)可產(chǎn)生降水的空中水資源量就多。各站有效空中水資源量表現(xiàn)出不同的年代際分布特征,十三間房和巴里坤在上世紀70年代最多,2010年代最少;淖毛湖和紅柳河在20世紀90年代最多,80年代最少;伊吾在20世紀90年代最多,2010年代最少;哈密則是在20世紀90年代最多,20世紀70年代最少?？梢姼髡灸甏H的有效空中水資源量具有顯著的差異。圖2給出的是各站月平均有效空中水資源的分布。由圖可見,與年平均值分布特征相同,巴里坤、伊吾明顯多于其它4站,淖毛湖最少。夏季的有效空中水資源量明顯多于其它季節(jié),冬季最少,各站1月均最小,而后增大,5月后增長幅度明顯增加,7月達到最大,之后迅速減小,9月以后減小的幅度也逐漸下降。各站之間的差距也是在7月最大,1月最小,這與降水量的貢獻主要來自于夏季相吻合。2.2最小40.4mm哈密地區(qū)各站1975—2014年的年平均降水量的差異很大,中部巴里坤最大,達228.3mm,北部的淖毛湖最少,僅20.6mm,南部三站中十三間房最少,為31.5mm,地區(qū)平均的年降水量最大117.9mm,出現(xiàn)在1998年,最小40.4mm,出現(xiàn)在1985年。各站自然降水產(chǎn)出率的年際差異很大,區(qū)域平均來看2005年最大,為20.9%,1977年最小,僅9.4%。自然降水產(chǎn)出率的季節(jié)變化也很復雜,各站的最大值主要集中于春季、秋季和初冬,十三間房、巴里坤出現(xiàn)在9月,哈密出現(xiàn)在11月,淖毛湖、伊吾出現(xiàn)在3月,紅柳河出現(xiàn)在4月;最小值主要出現(xiàn)在冬季和夏季,十三間房出現(xiàn)在12月,伊吾、紅柳河出現(xiàn)在1月,巴里坤出現(xiàn)在2月,淖毛湖、哈密出現(xiàn)在7月。水汽輸送條件、地形環(huán)境、局地小氣候等對自然降水產(chǎn)出率的影響造成季節(jié)分布的差異。分析哈密各站的年均自然降水產(chǎn)出率(圖3)發(fā)現(xiàn),巴里坤最大,伊吾次之,淖毛湖最小,這與各站的降水量多少有很好的對應關系。降水量越大,自然降水產(chǎn)出率越高。2.3哈密地區(qū)的降水量將增從表5中可以看到,哈密各站的人工增水潛力值有較大的差異,根據(jù)經(jīng)驗公式計算得到的理論值,哈密各站全年潛力在844~2399mm之間,淖毛湖最小,巴里坤最大。理論上說,全地區(qū)年平均增水潛力值達到1532mm,是近40a間哈密地區(qū)年平均降水量(79.6mm)的19.3倍,可見對于嚴重缺水的哈密地區(qū)來說,空中水資源的潛力是巨大的。如果能將10%的空中可開發(fā)水資源轉(zhuǎn)換成降水,地區(qū)的平均降水量將增加近2倍,增加的水資源量達上百億噸。各站人工增水潛力最大值均出現(xiàn)在7月,最小值除巴里坤出現(xiàn)在1月,淖毛湖出現(xiàn)在11月外,其它站出現(xiàn)在2月,總體來看,哈密地區(qū)人工增水潛力值最大的季節(jié)是夏季,其次是在春季。具體來看,哈密北部的巴里坤、伊吾的增水潛力值明顯大于其它區(qū)域。大氣中的水汽是不可能全部凝結(jié)為降水的,所以本文計算出的結(jié)果要比實際偏大,但分析哈密地區(qū)空中水資源及人工增水潛力值的時空分布特征,對嚴重缺水的哈密地區(qū)如何有效的開發(fā)空中水資源,合理進行人工增水作業(yè)仍具有重要的參考價值。3降水量和人工增水潛力(1)哈密地區(qū)年平均整層大氣可降水量為2560~4327mm之間,最大值出現(xiàn)在哈密,最小值在紅柳河。年均有效空中水資源量約為232~828mm,最大出現(xiàn)在巴里坤,最小出現(xiàn)在淖毛湖,分別是整層大氣可降水量的1/4~1/10不等,各區(qū)域之間差異較大。(2)哈密地區(qū)的年均自然降水產(chǎn)出率在9%~28%之間,各站之間差異較大,巴里坤最大,淖毛湖最小。自然降水產(chǎn)出率與降水量有較好的對應關系,降水量越大,自然降水產(chǎn)出率越高。(3)根據(jù)經(jīng)驗公式計算得到的理論值,哈密地區(qū)的年人工增水潛力