陳祺等

摘要 介紹了甘肅省水資源基本現(xiàn)狀，總結(jié)了云水資源與水汽的空間分布，并對人工增雨潛力進(jìn)行評估，以期為緩解甘肅省水資源短缺及保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供參考。

關(guān)鍵詞 云水資源；水汽；分布；人工增雨；潛力評估；甘肅省

中圖分類號 P481 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2015）01-0243-02

Abstract In this paper，the basic situation of water resources in Gansu Province was introduced，the spatial distributions of cloud water resources and water vapor were summarized，and the potential of artificial precipitation enhancement was evaluated，in order to provide reference for alleviating the water shortage and protecting agricultural production in Gansu Province.

Key words cloud water resource；water vapor；distribution；artificial precipitation；potential evaluation；Gansu Province

空中云水資源是指存在于大氣中的液態(tài)水和固態(tài)水總量，是通過人工干預(yù)可以直接開發(fā)利用的水資源。自然情況下，層狀云平均降水效率為29%[1]。人工增雨（雪）的目的是提高自然云的降水效率，增加地面降水量，因此可開發(fā)利用的云中水資源潛力是巨大的，但究竟能開發(fā)利用多少，取決于科學(xué)技術(shù)水平和能力。甘肅省降水稀少，近年來受全球氣溫變化和人類活動(dòng)的影響，草場退化、土地沙漠化問題十分嚴(yán)重。通過開發(fā)空中云水資源，可以有效增加地面降水量，科學(xué)評估以及開發(fā)利用空中云水資源對緩解水資源短缺、保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)保護(hù)具有重要意義。

1 甘肅省水資源基本現(xiàn)狀

甘肅省的水資源主要是地表水。地表水具有時(shí)空分布不均、河川徑流補(bǔ)給來源多樣和與地下水轉(zhuǎn)換頻繁等特點(diǎn)。在受全球氣溫變化、人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的雙重壓力下，草場退化、沙化、鹽堿化問題十分嚴(yán)重[2]。甘肅省降水稀少，全年降水量分布從東南向西北依次遞減，全省平均降水量僅300 mm。甘肅省水資源主要分屬黃河、長江、內(nèi)陸河3個(gè)流域，9個(gè)水系，全省水資源總量多年平均值為289.441億m3。

2 甘肅省云水資源與水汽分布

2.1 甘肅省云水資源的時(shí)間分布

云水資源是存在于空中可供開發(fā)利用的液態(tài)和固態(tài)水凝物。西北地區(qū)每年過境的空中水汽資源總量十分可觀[3]（圖1），一年四季來自我國東海、南海、印度洋的水汽源隨著季節(jié)性的大氣環(huán)流，源源不斷地輸送到這片干涸土地的上空?？罩兴Y源的更替周期為8 d左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于河流16 d、淺層地下水1年的周期。甘肅省內(nèi)也遵循以上規(guī)律。

2.2 甘肅省水汽變化

在近40年中，甘肅省水汽變化存在全區(qū)一致性，但同時(shí)存在著以黃河為界的東西反向變化；西部增多東部減少，在1978年突變以后趨勢變得更加明顯。全球大氣環(huán)流在1977年左右發(fā)生了年代際突變，甘肅省西部水汽趨高，東部下降可能與環(huán)流調(diào)整有關(guān)?？罩兴亢退斔拖募据^多、冬季較少，南部較多、北部較少；2—7月是水汽含量的增長期，8月至次年1月是遞減期；水汽輸送源地主要有孟加拉灣及周邊海域、南海和東海海域、青藏高原、四川盆地及周邊地區(qū)；水汽輸送路徑主要有中層西南路徑、中低層偏南路徑以及東南路徑[3]。

3 人工增雨潛力評估

空中云水資源的狀況可通過監(jiān)測分析等方法進(jìn)行評估[4-5]。實(shí)施人工催化，提高成云致雨水平，是有效開發(fā)空中云水資源的唯一手段[6]。人工增雨是開發(fā)空中云水資源的主要手段，現(xiàn)采用CWR-PEP法對甘肅省80個(gè)縣區(qū)進(jìn)行人工增雨開發(fā)潛力的評估。

3.1 評估方案

云水資源人工增雨開發(fā)潛力評估方案方程如下：

PEP=Hh×Ew×Pe

=∑（Hht×Hhs）×Ew×Pc×Pn×（1-Pk）×Pa（1）

式（1）中：PEP為增雨潛力，Hh為降水總量，Ew為增雨效率，Pe為增雨幾率。式（1）中，降水總量Hh為S區(qū)域T時(shí)段的降水總量（kt），Hht為各站點(diǎn)觀測的T時(shí)段內(nèi)降水總深度（mm），Hhs為該站點(diǎn)所代表的面積（km2），Hht和Hhs乘積為該站點(diǎn)觀測的降水體積（質(zhì)量），∑指S區(qū)域內(nèi)各站點(diǎn)降水體積質(zhì)量相加。增雨效率Ew為人工增雨量占自然降水量的比例。利用區(qū)域模擬控制法對甘肅春、夏、秋季飛機(jī)人工增雨作業(yè)的效果檢驗(yàn)結(jié)果顯示，增雨效率約為12%。根據(jù)各地市提供的地面火箭增雨作業(yè)點(diǎn)技術(shù)水平及多年作業(yè)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整，增雨效率為15%～26%。增雨幾率Pe為適合并實(shí)施人工增雨作業(yè)所占降水區(qū)域時(shí)段的比例。計(jì)算公式如下：

Pe=Pc×Pn×（1-Pk）×Pa（2）

式（2）中，Pc為合適條件出現(xiàn)的幾率。該幾率可根據(jù)人工增雨云條件要求，統(tǒng)計(jì)符合人工增雨的云條件出現(xiàn)的幾率；也可假定降雨量≥1 mm的降水天氣過程均適合作業(yè)，通過評估期間降雨量≥1 mm的累積天數(shù)與評估期間累積降水日數(shù)之比來近似獲得。由于甘肅省地域跨度大、作業(yè)手段多（高炮、飛機(jī)播散、火箭彈、地面燃燒器等），各種作業(yè)方式要求的云條件存在較大差異，通過雷達(dá)資料和衛(wèi)星資料統(tǒng)計(jì)方法評估存在一定困難，因此使用降水量分級指標(biāo)方法，統(tǒng)計(jì)出適宜作業(yè)的天數(shù)與總降水日數(shù)的比值，選取了2013年10月1日至2014年9月30日全省80個(gè)地面氣象站逐日降雨量資料。Pn為需求幾率。甘肅省小麥的主產(chǎn)區(qū)主要在隴東地區(qū)，麥?zhǔn)掌陂g約為7 d，且出現(xiàn)連陰雨時(shí)才會對小麥?zhǔn)崭町a(chǎn)生影響；省內(nèi)其他農(nóng)作物收獲均受天氣影響較小。Pn的取值計(jì)算利用了降雨量歷史資料，統(tǒng)計(jì)出各縣出現(xiàn)25 mm以上大雨量級的降水概率及夏收、秋收期間的降水概率，用1減去此概率即為Pn。Pk為避免局地災(zāi)害未作業(yè)幾率。按照暴雨日數(shù)和地質(zhì)情況，大體可以分為5個(gè)區(qū)域，即隴南山地、黃土高原、河西山地、蘭州周邊和其他地區(qū)，由于在計(jì)算Pn時(shí)已考慮暴雨致災(zāi)因素，在Pk的計(jì)算過程中，主要考慮不能實(shí)現(xiàn)作業(yè)次數(shù)占滿足作業(yè)條件次數(shù)的比例，各縣情況差異較大，暫全部取值為5%。Pa為現(xiàn)有條件可實(shí)現(xiàn)作業(yè)的幾率。通常認(rèn)為，一門高炮的影響面積約為50 km2，一部火箭的影響面積約為100 km2，飛機(jī)在自行往返最大區(qū)域內(nèi)可實(shí)現(xiàn)數(shù)小時(shí)作業(yè)，從實(shí)際情況看，除張掖市以西地區(qū)，省內(nèi)其他地區(qū)均可覆蓋。本次評估中，在現(xiàn)有作業(yè)條件下，綜合考慮飛機(jī)是否可覆蓋、地面火箭架數(shù)、保障面積占比和空域申請成功比例等的因素，計(jì)算出各縣作業(yè)保障能力。

3.2 評估分析

使用2013年10月至2014年9月甘肅省80個(gè)國家基本站年均降水資料，采用克里金插值后分別代表該區(qū)域（縣）的降水量，有3個(gè)大值區(qū)，即隴南、甘南臨夏、慶陽平?jīng)觯粡堃匆晕骺拷钸B山的降水量大于河西走廊。利用3.1的評估方案對甘肅省空中云水資源人工增雨開發(fā)潛力進(jìn)行初步估算，以評估2014年人工增雨潛力（圖2）。

3.3 評估結(jié)果

從以上估計(jì)得出，甘肅省2014年人工增雨的潛力為215億～217億t，從西北向東南增雨潛力逐漸增大，靠近祁連山區(qū)的比增雨潛力河西走廊大。

4 參考文獻(xiàn)

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[3] 陳勇航，黃建平，陳長和，等.西北地區(qū)空中云水資源的時(shí)空分布特征[J].高原氣象，2005，24（6）：905-912.

[4] 李興宇，郭學(xué)良，朱江.中國地區(qū)空中云水資源氣候分布特征及變化趨勢[J].大氣科學(xué)，2008（5）：1094-1106.

[5] 王靜，尉元明，郭鈮，等.祁連山空中云水資源開發(fā)利用效益預(yù)測與評估[J].自然資源學(xué)報(bào)，2007（3）：463-470.

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