Page 61 - 《高原气象》2022年第1期

1 期 刘 煜等：基于拉格朗日方法评估青藏高原若尔盖地区水汽输送特征 59
的发展得以解决（Wells et al，2004），但其时间尺度 了不同水汽源区的贡献；Sun and Wang（2014）利用
固定的不足仍没有得到妥善处理（Vicente-Serrano FLEXPART 模拟了 2000-2009 年期间全球空气轨
et al，2011）。近年来，干旱具有多时空特征的概念 迹 ，揭 示 了 中 国 半 干 旱 草 地 的 水 汽 源 ；朱 丽 等
被广泛认可（Hayes et al，1999），标准化降水指数 （2019）利用 FLEXPART 研究黄河源区异常降水情
（Standardized Precipitation Index，SPI）的出现也很 况下的水汽输送特征，发现在正负异常降水情况下
好的解决了干旱的多时空尺度的问题，该指数具有 的水汽输送存在明显差异。
不同时间尺度且计算简单（黄梦杰等，2020），可以 若尔盖高原是中国面积最大的高原湿地，对气
较为准确的反映干旱趋势（朱圣男等，2020），但 候变化非常敏感（李建军等，2016），并且位于黄河
SPI 的不足在于其仅仅考虑了降水因素，而没有考 源区，被誉为黄河上游的“蓄水池”（李志威等，
虑其他可以影响干旱的因素（Chen and Sun，2015）。 2014），因此研究若尔盖的干湿状态及其相应的水
在全球变暖的背景下，温度对干旱的影响已经越发 汽输送特征有着重要意义。但目前关于若尔盖的
重要。全球气候模型模拟的结果表明 PDSI 可以很 研究多基于生态（方宇等，2020）、径流（刘佳等，
好的预测变暖引起的干旱，SPI 则没有这样的表现 2016）、能量（陆宣承等，2020）等方面，而关于不同
（Dubrovsky et al，2008）。因此，基于两种指数的优 干湿演变条件下的水汽输送的研究很少，因此本文
缺点，Vicente-Serrano et al（2010）建立了标准化降 基于若尔盖地面观测站的观测资料计算SPEI，以此
水蒸散指数（Standardized Precipitation Evapotranspi‐ 提取极端干湿状态，利用 FLEXPART模拟被不同干
ration Index，SPEI），该指数使用降水和蒸发数据计 湿状态对应的水汽输送特征，识别可能的水汽源
算得到，不仅解决了 SPI 未考虑温度变化的问题， 地，并定量评估各水汽源地的贡献率。研究结果将
同时又继承了 SPI 多时间尺度的优势，从而弥补了 有助于从水汽输送的角度理解若尔盖乃至黄河源
PDSI 的缺陷（温庆志等，2020）。所以 SPEI 结合了 区的干旱机制，从而加深对区域水循环的理解。
PDSI 和 SPI 的优点，是当前干旱监测、研究的理想
指标（Zhao et al，2017）。 2 研究区域、资料及模式介绍
干旱指降水相对于长期平均水平减少，而水汽 2. 1 研究区域
条件是降水形成的重要条件之一，水汽来源及强度 若尔盖区域（图1，32. 93°N-34. 32°N，102. 13°E-
更 是 直 接 影 响 降 水 的 形 成 和 强 度（高 松 影 等 ，
2020），因此研究水汽输送有助于理解干湿演变机
制。目前学者们已经做了大量关于水汽输送的研
究工作，例如徐祥德等（2002）的研究指出了高原水
汽输送“大三角扇型”对中国及东亚旱、涝异常的重
要影响；Zhang et al（2017）认为由西风急流和印度
季 风 分 别 携 带 的 水 汽 导 致 了 青 藏 高 原 的 降 水 ；
Zhang et al（2019）以 32°N为界将青藏高原分为南北
两各区域，分别受亚洲季风和西风控制，并指出其
主要水汽源地分别是高原东南部到印度洋地区以
及高原到欧洲区域。这些研究主要是基于欧拉方
法，该方法的主要缺点是无法准确建立水汽源地和
降水区域关系，也没办法定量水汽源地的贡献（曾
钰婷等，2020），而近年来，拉格朗日方法越来越多
的被用于研究水汽输送，该方法可以追踪气团的运
动轨迹，特别是基于拉格朗日方法的粒子扩散模型
（Flexible Particle Dispersion Model，FLEXPART）的
应用（Stohl and James，2004），克服了早期拉格朗
日方法无法定量判断气团扩散过程中的水汽耗散
（Sodemann et al，2008），陈斌等（2011）利用该模型 图1 若尔盖位置及地形
诊断了一次极端降水的水汽输送情况，并定量估算 Fig. 1 Location and topography of the study area