基于迹线方法的黄河源区降水来源分析

黄河源区是青藏高原生态屏障的重要组成部分,也是黄河的主要水源地,具有重要的生态环境与社会经济意义.本文基于拉格朗日迹线观点,利用自主研发的高效并行大气迹线求解软件pyTraject获得黄河源区1980～2018年全部6h累计降水量大于1mm的降水来源迹线,采用水汽源归因法对这些降水进行溯源分析,并采用已有的类似软件hysplit进行对比验证.结果表明,黄河源区降水中有43%左右的水汽由青藏高原贡献;青藏高原、南亚和四川盆地的水汽贡献对黄河源区的降水变化起主导作用;青藏高原东南部、四川盆地、柴达木盆地等地对黄河源区降水的水汽贡献呈显著增长趋势.基于拉格朗日观点的降水来源解析可为更好地理解区域的水物质循环,尤其是空中的水物质输送过程,以及其历史演变过程提供参考依据.     

空中水资源及其降水转化分析

本文在回顾空中水资源利用的愿景和相关研究成果、分析空中水资源的概念和内涵的基础上,定义了白水,用以代表空中水资源.白水指的是通过地表某处上空的统计意义上具备降水潜力的水物质通量.白水和其他水资源一样,一般表述为年度水量,其本质是水物质的更新通量.将空中水物质的水平运动垂直积分投影到地表二维空间,对于地表任一点,白水的量纲为[L~2 T~(-1)],与地表水资源常用的[L~3 T~(-1)]不同.将某地的降水通量与相应时段的白水的比值定义为白水降水效率,量纲为L~(-1),代表白水每运动单位距离产生的降水量占其自身的比例.将白水概念扩展到地表流域,则可通过沿流域边界积分得到进入某一流域的白水,量纲为[L~3 T~(-1)].将该流域上空全部白水输送路径上的降水效率沿各自路径积分后加权平均,即得到流域的白水降水转化率(无量纲)为流域内的降水占进入该流域的白水的比例,可以采用降水量除以白水与径流量的1/2之差来近似计算.本文采用再分析数据研究了我国大陆附近的白水降水效率的空间分布特征,并选择长江、黄河、珠江、三江源流域开展相关特征参量对比分析.结果表明,白水降水效率是反映气候和地理条件的降水转化能力的公允度量,可直接用于不同地区的对比分析;流域的白水降水转化率可用于分析流域空地水资源循环中的数量关系.研究和评估白水及其降水转化特征,是空地水资源耦合分析及空中水资源开发利用的基础.通过技术手段提高局部地区的白水降水转化率,并与地表水利工程联合调控,有望实现一定规模的空地水资源耦合利用,是水资源开源的新机遇.