水汽输送是指 , 大气中水分因扩散而由一地向另一地运移 , 或由低空输送到高空的过程 。水汽在运移输送过程中 , 水汽的含量、运动方向与路线 , 以及输送强度等随时会发生改变 , 从而对沿途的降水以重大影响 。
对于某一给定区域范围上的气柱来说 , 若取下界为地面 , 上界为对流层顶 , 则根据水量平衡原理 , 可建立该气柱的大气水分平衡式:
(W1+Ei)-(W2+Pi)=ΔW (2-46)
式中 , W1是流入气柱的水汽量;W2是流出气柱的水汽量; Ei是蒸发散发量;Pi是降水量;ΔW是气柱内水汽变量 。
对于长时段ΔW→0 , 于是研究时段内气柱的降水量可用下式表示:
Pi=W1- W2+Ei (2-47)
由于区域蒸发量远小于水汽输送量 , 所以区域降水量的大小 , 主要决定于出入该气柱的水汽量的多少 。
同时由于水汽输送过程中 , 还伴随有动量和热量的转移 , 因而要影响沿途的气温、气压等其它气象因子发生改变 , 所以水汽输送是水循环过程的重要环节 , 也是影响当地天气过程和气候的重要原因 。水汽输送主要有大气环流输送和涡动输送两种形式 , 并具有强烈的地区性特点和季节变化 , 时而环流输送为主 , 时而以涡动输送为主 。水汽输送主要集中于对流层的下半部 , 其中最大输送量出现在近地面层的850—900百帕左右的高度 , 由此向上或向下 , 水汽输送量均迅速减小 , 到500—400百帕以上的高度处 , 水汽的输送量已很小 , 以致可以忽略不计 。
(一)水汽输送通量与水汽通量散度
水汽输送通量与水汽通量散度是用来定量表达水汽输送量的基本参数 。
1.水汽输送通量的概念水汽输送通量是表示在单位时间内流经某一单位面积的水汽量 。水汽通量有水平输送通量和垂直输送通量之分 。通常说的水汽输送主要是指水平方向的水汽输送 。现取一与水平面正交、又垂直于风速的矢量截面ABCD , 其高为ΔZ , 底边长为ΔL , 风速为v , 空气密度为ρ , 比湿为q , 则单位时间内流经截面积ABCD的水汽质量为:
位时间内通过与风速正交的ABCD面的水汽质量为:
取ΔL·ΔP=1 , 则水平方向的水汽输送通量表达式为:
其单位为克每百帕厘米秒 。
水平水汽输送通量是一个向量 , 输送方向与风速相同 , 并可分解为经向输送和纬向输送两个分量 。纬向输送的水汽通量规定向东输送为正 , 向西为负;经向输送的水汽通量 , 规定向北输送为正 , 向南为负 。
垂直输送的水汽通量是指单位时间流经单位水平面的水汽通量 , 规定向上输送为正 , 向下为负 , 其单位为克每平方厘米秒 。
2.水汽通量散度水汽通量散度是指单位时间汇入单位体积或从该体积辐散出的水汽量 , 单位为克每百帕平方厘米秒 。它和水汽通量一样 , 也是一个向量 , 因此 , 水汽通量散度的定义与计算公式 , 完全可以仿照水平散度给出 , 即:
式中 , (qvnΔL)i/q表示通过长度为ΔLi边上的水汽通量;vn表示与该边正交的风速分量 。
表示由于水平运动而引起单位时间内单位体积中水汽的
任一地点的水汽通量散度 , 均可由风和温度资料计算出来 , 并可绘成等值线图 。用以表示广大范围内的水汽通量散度场 。散度为正的地区表示水汽自该地区的四周辐散 , 称该地区为水汽源 , 在这种情况下降水比较少;反之散度为负的地区 , 表示四周有水汽向该地区汇集 , 称该地区为水汽汇 , 降水比较多 。例如 , 我国大陆东半部水汽总输送场中 , 其主要水汽耦合区与主要降水区的分布就存在良好的对应关系 。黄土高原与华北平原常年为水汽源 , 东南沿海地区为主要水汽耦合区 , 所以前者降水远少于后者 。
水汽
(二)影响水汽输送的主要因素
影响水汽含量与水汽输送的因素很多 , 主要因素如下 。
1.大气环流的影响如前所述水汽输送形式有两种 , 其中环流输送处于主导地位 。这是和大气环流决定着全球流场和风速场有关 。而流场和风速场直接影响全球水汽的分布变化 , 以及水汽输送的路径和强度 。因此大气环流的任何改变 , 必然通过流场和风速场的改变而影响到水汽输送的方向、路径和强度 。
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