Page 63 - 《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 61
令P=1-F（x），当P≤0. 5时，W = -2ln ( P )， 总和，而是要考虑水汽在输送过程中的持续变化
C 0 + C 1 W + C 2 W 2 （Sun and Wang，2014），例如粒子在某个水汽源地
SPEI = W - （9）
2
1 + d 1 W + d 2 W + d 3 w 3 首次得到水汽蒸发补充，在该粒子之后输送到研究
当P>0. 5时，W = -2ln (1 - P )， 区域的输送过程中还会经历多次蒸发或者降水导
致了水汽含量的变化，针对这个问题，Sodemann et
C 0 + C 1 W + C 2 W 2
SPEI = - W （10） al（2008）提出了一种方法，考虑了粒子运动轨迹上
1 + d 1 W + d 2 W + d 3 w 3
2
的蒸发和降水，但是该方法没有没有准确的区别水
而根据 SPEI 划分的干旱等级如表 1 所示（王作
汽源地内外的蒸发，会导致错误估计水汽源地的水
亮等，2019）。
汽贡献率，因此Sun and Wang（2014）对该方法做出
表1 基于SPEI的干旱等级划分 了改进，在确定水汽源地的基础上，统计所有粒子
Table 1 Classifying drought level corresponding to SPEI
在研究区域内的降水量 R ，然后后向追踪这些产
total
干旱等级 SPEI 生降水的粒子轨迹，找到其在某个水汽源地的首次
极端湿润 SPEI≥2 水分吸收（时间上向前）△q，接着分为水汽源地
非常湿润 1. 5<SPEI<2 内、研究区域内、水汽源地和研究区域外 3 种情况
中等湿润 1<SPEI≤1. 5 对△q进行迭代，最后某水汽源地的贡献率为
轻微湿润 0. 5<SPEI≤1 C = Δq(Δp q) （13）
正常 -0. 5<SPEI≤0. 5
式中： Δp是研究区内的某次降水。
轻微干旱 -1<SPEI≤-0. 5
对研究区域内的总降水R total 的贡献率为
中度干旱 -1. 5<SPEI≤-1
C p = C R total （14）
严重干旱 -2<SPEI≤-1. 5
极端干旱 SPEI≤-2 4 结果分析

3. 2 水汽源地的识别方法 4. 1 基于SPEI的干湿状态分析
首先假设运动过程中气块的水分变化是由气 本文主要关注对象是与气象干旱密切相关的
块降水和地表蒸发导致，这样气块运动过程中的水 水汽输送，而短期内降水不足引发的气象干旱和月
分变化可以通过蒸发和降水的差值识别。而通过 尺度的 SPEI 关系最为密切（Liu et al，2017），因此
FLEXPART 模拟的粒子运动过程中的比湿变化可 本文绘制了 2000-2017 年月尺度 SPEI 的时间序列
以追踪其运动过程中水分含量变化的区域。因此 以显示干湿状况的演变特征。同时根据 SPEI 数值
单个气块的水分收支计算如下： 确定干旱（湿润）事件：当 SPEI 值首次降至 0 以下
Δq
e - p = m （11） （升至 0 以上）（该月份计入事件周期），并且随后值
Δt
为-1 或更小（随后值为 1 或更大），确定为干旱（湿
式中：e 和 p 分别是单位时间步长 Δt 内地表蒸发使
润）事件的开始，当 SPEI 值返回正值（负值）时（该
得气块得到补充的水汽和气块降水失去的水汽；
月份不计入事件周期），事件结束。此外，干湿事
△q 为比湿变化。假设某区域大气均分为了质量相
件的一些相关衡量标准计算如下（Tan et al，2015）：
对均匀的气块，则该区域平均的水分收支为：
N Δq 事件期间 SPEI 的绝对值总和代表了该次事件的严
∑ m Δt 重性，而严重性和持续时间的比值为该次事件的
E - P = i = 1 （12）
A 强度。
式中：E 和 P 分别是区域平均的地表蒸发量和气块 图 2 显示了 1 个月时间尺度的 SPEI 时间序列
降水；A 为该区域的面积。当 E-P 为正值时，该区 （下文以 SPEI-1 表示），其中负值代表干旱状态，正
域的地表蒸发导致的气块得水量大于降水导致的 值代表湿润状态。总体来看，干湿变化较为频繁，
气块失水量，则可以看作水汽源地。 其中极端干旱、严重干旱以及中度干旱的发生频率
3. 3 水汽源地的贡献率计算 分别为 2. 3%，7. 8% 和 10. 6%，极端湿润、严重湿
粒子运输到研究区域前会经历多个蒸发和降 润和中度湿润的发生频率分别是 3. 7%，5. 6% 和
水阶段，并且会受到地形阻碍，因此输送到研究区 10. 2%，其中极端湿润月的频率要高于极端干旱
域内的水汽不能简单看作之前的蒸发得到的水汽 月，但严重和中度湿润月的频率均低于严重和中度