Page 51 - 《高原气象》2022年第1期
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1 期                      刘  煜等：黄河源区干湿演变条件下的水汽输送特征研究                                         49
               区之一（赵娜娜等，2019；郭洁等，2007）。研究区                       值数据集对 FNL等再分析资料进行对比分析，结果
               域地势表现为西高东低，由西北向东南倾斜，而气                            发现虽然青藏高原地区再分析资料与实测资料存
               温与降水都呈现从东南向西北递减的趋势。该地                             有误差，但其分布特征和变化特征具有一定的一致
               区海拔为 3300~4806 m，平均海拔 3600 m，多年平                  性，仍具有可用性。综上所述，在本研究中使用
               均降水量 505 mm，年平均气温 2 ℃，受青藏高原和                      FNL 再分析数据资料的可行性较高。因此在研究
               季风性大陆气候的影响，寒冷湿润，表现为夏季多                            中，将选取 2008 年 6 月至 2017 年 6 月的 FNL 数据，
               雨而冬季干燥的气候（赵娜娜等，2019）。                             该数据将用做环境场以驱动 FLEXPART 模式进行
               2. 2  资料选取                                        后向模拟。
               2. 2. 1  土壤湿度观测资料                                 2. 3  方法介绍
                   土壤湿度观测资料来自“黄河源区玛曲-若尔                          2. 3. 1  模式及参数设置
               盖土壤温湿监测网络”。该网络于 2008年设立于中                             FLEXPART 是基于拉格朗日观点的粒子传输
               国 甘 肃 省 玛 曲 县 黄 河 源 区（33°30′N -34°15′N；           和扩散模型，最初用于模拟污染物扩散，而现在已
               101°38′E-102°45′E），隶属于中国科学院寒旱区                    经越来越多的应用于大气传输模拟分析。该模式
               陆面过程与气候变化重点实验室。网络的建立确                             可以模拟研究区域内气块的运动轨迹，追踪气块的
               保了对玛曲地区土壤水分空间变异性的良好监测，                            三维位置（经纬度，垂直高度），通过运动过程中的
               在每个站点收集的测量值的空间平均值可以看作                             湿度、温度、空气密度等参数的变化，实现对大气
               网络规模土壤水分动态的准确指标，并且该网络获                            传输过程的模拟。模型具有两种模式，分别是前向
               取的数据可以用来验证从粗分辨率卫星获取的土                             与后向过程，其中前者用于模拟各种排放源排放的
               壤水分产品，并进行数值模拟（Su et al，2011；Den‐                  物质的扩散过程，而后者则用于模拟研究区域内某
               te et al，2012a）。监测网络由 20 个站点组成，这 20               物质的来源及从来源排放之后的输送过程。在本
               个站点架设在典型的山谷、河流、湿地、草地和裸                            研究中，使用 FNL数据作为输入资料以驱动模型运
               地等下垫面，面积约为 40 km×80 km。该网络可以                      行，模型的时间积分步长设置为 6 h；运用“区域填
               监测不同坡度，不同土壤层分的地表以下 5~80 cm                        塞”技术将研究区域内的大气均匀划分为 200 万个
               的土壤温度和水分，监测时间间隔为 15 min（Su et                     气块；排放区域的范围是 33°N-34. 5°N，101°E-
               al，2011；Dente et al，2012b）。                       102. 5°E，垂直高度范围设置为 3000~16000 m；模
               2. 2. 2  再分析资料                                    式的后向模拟时间设置为 10 天，即从粒子释放时
                   所使用的再分析数据资料是由美国国家环境                           间开始后向追踪 10 天，这是水汽在大气中的平均
               预报中心提供的最终分析场数据 NECP FNL（Na‐                       停留时间（Trenberth，1998）。模型运行后会输出模
               tional Centers for Environmental Prediction Final），  拟过程中每个气块的三维位置，并通过再分析资料
               包括风湿温压以及空气密度，边界层高度等气象要                            的空间插值获取模拟过程中位涡、比湿、空气密度
               素数据，其空间分标率 1°×1°，时间分辨率为 6 h，                      等物理信息（陈斌等，2011）。
               分别为 00:00（世界时，下同），06:00，12:00，18:00               2. 3. 2  土壤湿度异常百分比指数（SMAPI）
               这4个时刻的数据。垂直方向上包括有1000~10 hPa                          使用土壤湿度异常百分比指数 SMAPI（Soil
               共 26层，而 2016年 5月 11日 12:00之后的 FNL数据               Moisture Anomaly Percentage Index）来表征土壤的
               在垂直方向新增了 1、2、3、5、7 hPa 共 5 层。FNL                  干旱程度。SMAPI 是为了表征大面积的农业干旱
               资料分辨率相对较高且融合了大量的观测资料及                             而开发的（Wu et al，2011），近年来已经有很多基于
               卫星反演资料，被广泛用于数值模式及天气、气候                            SMAPI 的 研 究（黎 小 燕 等 ，2014；吴 志 勇 等 ，
               的诊断分析研究中，周青等（2008）曾用 FNL资料与                       2018，；王作亮等，2019）。SMAPI定义为当前土壤
               中国 753 个台站的实测资料进行了分析，指出 FNL                       含水量与多年同期土壤平均含水量之差占多年同
               地表温度资料能较好的反映地表温度状况，但某些                            期土壤平均含水量的百分比。它是一种相对干旱
               站点比实测数据偏低。Dong et al（2017）将青藏高                    指数，反映土壤水分偏离正常态的干旱指数，其计
               原东部和下游区域的来自 FNL 的水平风场、温度、                         算 公 式 如（1）所 示（Wu et al，2011；吴 志 勇 等 ，
               相对湿度同探空资料进行对比，指出风场、温度的                            2018；王作亮等，2019）：
                                                                                          -
               平均值与探空资料一致，平均相对湿度的偏差相对                                                 θ - θ
                                                                             SMAPI =    -   × 100%         （1）
               较大。苏彦入等（2018）利用中国地面气候资料日                                                 θ
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