文档介绍：第卷第期气候与环境研究,
年月
东亚季风区地气系统的水平衡
伊兰陶诗言
国家气候中心, 北京中国科学院大气物理研究所, 北京
摘要本文利用欧洲中心年年逐日资料及同期中国六大流域片
的月径流量资料, 用水平衡方法尝试了对东亚季风区进行蒸发估算、土坡和地下水含量估算
及总的水量平衡分析。结果表明全均约为, 蒸发的最
大值比其滞后个月出现。北方流域和南方流域的水平衡特征明显不同。南方流
域降水始终大于蒸发, 蒸发峰值比降水峰值滞后个月, 土壤、地下水含量盛夏或初秋开始
减小北方流域蒸发有时超过降水, 两者的峰值同月出现, 土壤、地下水含量初夏就开始减
小。东北流域片的水平衡特点介于上述南、北方流域特点之间。计算误差中由水汽通量散度
项的日变化引起的误差可能占总误差的。
关键词径流水平衡土坡和地下水含量
引言
对大尺度护左右地气系统水平衡问题的研究是一个一直被忽略的课题。
气象学家更多关注的是大气中降水的前因, 而水文学家更多关注的是降水之后对陆地河
流造成的后果。事实上, 前因和后果是一个整体的两个方面, 偏爱哪一方, 都不能获得
、。
对系统的全面正确的认识目前气候模式中阻碍气候模拟能力的“, , 正是
由于我们对水循环的陆地分支认识不够所引起的。另外, 还有两方面的原因一是对降
水、蒸发的观测和对径流的空间分布的估算仍存在较大误差, 土壤湿度的变化仍缺乏有
代表性的数据二是陆地水文过程有自己的特征时间和空间尺度。
全球能量和水循环试验中的大陆尺度国际项目, 正是将改善和
提高对陆地水文过程的认识、发展和检验大尺度水文模式和相关的高精度大气模式及祸
合的大气一水文模式作为自己的目标。目前, 在亚洲季风区的目标试验之一
计划正在积极酝酿之中。看来, 水文和大气科学的融合是势在必趋, 一个新
的学科生长点正在为更多的学者所瞩目。
利用水平衡分析方法间接估算大尺度的蒸发和土壤湿度的变化是一种尝试。尽管这
种方法本身也有一定的误差, 但它在加深对水循环陆地分支的认识, 并使某些参数大尺
度定量化方面是十分有价值的。同时, 它能在一定程度上为检验和改进大气环流模式提
供依据。在年就指出, 象做的欧洲区域水平衡那样的研究应在全
球范围推广, 。目前, 西欧尤其是德国, 在这方面已进行广泛、深入的工作。美国科
学家则在边界层小尺度陆面过程参数化方面投人更多的研究力量。在我衡
法将大尺度陆地水文参数定量化还不多见。我们的工作还有待于今后更多同仁去检验、
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气候与环境研究卷
修正和提高。
资料与计算过程
理论原理
单位质量大气中水汽的瞬时收支方程为
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对上面的水汽收支方程垂直积分, 再求时间平均可得
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这是大气中的水汽收支方程, 它表明降水和蒸发之差等于水汽存储的局地变化率与水汽
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流入或流出之和如将上式用于一有限区域区域平均算式为丁叮,
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式中万是垂直于边界的单位法向矢量, 向外为正。
或式实际上是水圈循环大气分支的水汽或水文方程。它们表明某一区域上
和的平均偏差与大气中水汽含量的变化和净的水汽通量散度相平衡。除了短时间
内有强风暴发展的情况外, 可降水量的变化与方程中其他项相比可以忽略。因此, 在足
够长的时间内, · 厅表明蒸发超过降水, 而· 必表明降水大于蒸发。
经典的水文方程为
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瓦是单位面积的平均径流, 刁刁, 是地表水、土壤水和地下水总存储的变化率,
即流域的蓄变率。
将大气水汽方程和经典水文方程并列, 可得
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这两个方程将水圈循环的大气分支和地面分支联系了起来, 反映了区域的水平衡特
征。利用这两个方程, 若已知降水量和径流量以及整层大气的· 口和臼不刁, ,
就可求出在水文上不易大范围精确测量的蒸发量包括植物蒸腾, 以后均简称蒸发量
期伊兰等东亚季风区地气系统的水平衡
和地表、土壤及地下水储水量的变率刁刁玲的值。
对月平均, 砰刁玲与其他项相比量级很小, 可略去。方程和变为
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即从陆地上流出的平均径流