Page 68 - 《高原气象》2026年第1期

高 原 气 象 45 卷
64
多尺度大气传输建模与分析工具， 其应用范围现已
扩展至温室气体、 黑碳、 火山灰等气候强迫因子及
其他大气气体和气溶胶， 同时也被应用于水循环大
气分支的研究。本研究选用 FLEXPART v10. 04 版
本（Pisso et al， 2019）以研究三江源区雨季降水的水
汽来源。相较于早期版本， 该版本在性能、 物理化
学参数化、 输入/输出格式及预处理和后处理软件
等多方面均有所改进。FLEXPART 能够在指定区
域或全球范围内释放大量微粒， 既支持前向模拟，
也支持后向模拟。此外， 该模式还提供了区域填充
选项。启用区域填充选项后， 释放区域内的颗粒没
有空间间隔， 其质量分布趋于均匀。此选项使得每
个颗粒的质量得以确定， 为利用比湿计算颗粒总水
量提供了必要前提。本研究实验设计如下： 以逐
6 h 的 CFSR 数据驱动 FLEXPART 进行前向模拟，
并启用区域填充选项， 将全球大气均匀划分为 500
万个质量近乎相同的气块， 模拟时间为 1980年 1月
至 2018 年 1 月。模式逐 6 h 输出一次， 包含输出时
图1 研究区域示意图（a）和水汽源区域划分（b）
（b）中水汽源区被划分为12个区域， 分别归属于4个主要区域。西 刻所有气块的经度、 纬度、 离地高度、 比湿、 质量
风区： I 中亚， II 青藏高原北部； 东亚季风区： III 中国， IV 西太平 以及其他大气变量。
洋， V 东南亚， VI 中国南海； 南亚季风区： VII 阿拉伯海， VIII 印 2. 4 水汽源诊断方法
度， IX 孟加拉湾， X 印度洋； 青藏高原区： XI 非三江源区
拉格朗日方法假定， 当气块在大气中移动时，
的青藏高原， XII 三江源区
其比湿的变化等于气块运动过程中的净吸水量或
Fig. 1 Schematic diagram of the study area （a） and division
of moisture source regions（b）. The moisture source regions in 损失量（Stohl and James， 2004）。对于一个气块，
（b） are divided into 12 regions， which are attributed to 4 main 时间间隔t内比湿的变化可以表示为：
regions. Westerly Region： I Central Asia， II Northern Qinghai- dq
e - p = m ⋅ dt （1）
Tibet Plateau； East Asian Monsoon Region： III China， IV
-1
Western Pacific， V Southeast Asia， VI South China Sea； 式中： e、 p、 m 和 q分别为蒸发（单位： kg·s ）、 降水
-1
South Asian Monsoon Region： VII Arabian Sea， VIII （单位： kg·s ）、 气块质量（单位： kg）和比湿（单位：
-1
India， IX Bay of Bengal， X Indian Ocean； and kg·kg ）。蒸发过程使得气块比湿增加， 降水过程
Qinghai-Tibet Plateau Region： XI Qinghai- 使气块比湿降低。在此方法之上， 使用Water Sip方
Tibet Plateau excluding the Three-River 法进行水汽源的识别， 该方法可以表示为如下：
Source Region， XII Three-River （1） Water Sip方法使用的相对湿度阈值通常为
Source Region
80%， 所以选择位于三江源区相对湿度超过 80% 并
算环流指数的数据源自欧洲中期天气预报中心（Eu‐ 且比湿减小（Δq<0）的气块。降水量可以表示为：
ropean Centre for Medium-Range Weather Forecasts， 1 n
P La = - ∑ Δq i ⋅ m i （2）
A
ECMWF）发布的第五代 ECMWF 大气再分析数据 i
（ECMWF Reanalysis v5， ERA5， https： //cds. cli‐ 式中： P 代表拉格朗日方法诊断的降水（单位： kg·m -2
La
2
mate. copernicus. eu/）。数据的时间分辨率为 1 月， 或 mm）； A为网格面积（单位： m）； n为网格上可降
水平分辨率为 0. 25°×0. 25°， 使用时段为 1980 - 水气块个数； Δq i 为某个可降水气块在降水时刻前
-1
2017年。 6 h 的比湿减小量（单位： kg·kg ）； m i 为该降水气
2. 3 研究模型和参数设置 块的质量（单位： kg）。
FLEXPART 最初用于计算核电厂事故后从点 （2） 对选择的气块向后追踪 10天， 这是水汽在
源释放的有害物质在长距离及中尺度范围内的扩 大气中的平均停留时间（Numaguti， 1999）。Yao et
散。在过去数十年中， 该模式已演变为一种全面的 al（2021）发现虽然更长的跟踪时间会识别更多的水