新疆上空年均有1.88万亿吨水汽,为何很少形成降雨?深度解读

【作者按】:本文原文为《问水大西北》(第二版)第一章:如何正确认识大西北缺水,第三节:大西北的气候特征与水汽环流。为了让本文更具独立性,本文标题为作者附加。

三、大西北的气候特征与水汽环流

在大西北的这个纬度上,全球陆地年均蒸发量为360毫米,年均降水量为800毫米,按这样的平均数计算,原本应该有年均多于400毫米水的剩余,通过江河流入海洋。由于大西北的特殊地理特征,年均降雨量不到200毫米,而蒸发量超过800毫米以上。出现这种现象,其始作俑者就是三面高山形成的雨影区降雨稀少,并导致干热少雨的焚风效应有增无减。

焚风,是由于气流通过高山后,空气作绝热下沉运动时,因温度升高湿度降低而形成的一种干热风。

“焚风效应”示意图

在大西北的大部分地区,特别是塔里木盆地、吐哈盆地、柴达木盆地、河西走廊、河套南岸的库布齐沙漠,都是焚风效应特别强的地区。比如,吐哈盆地的吐鲁番,基本上常年都在焚风效应的控制之下,这里干热风频繁,常年干热少雨,年均降雨量16.4毫米,而蒸发量高达3000毫米以上。年均气温13.9℃,高于35℃的炎热日在100天以上。夏季极端高气温在49.6℃,地表温度多在70℃以上,有过82.3℃的极端记录。这样极端干热少雨的气候特征,在同纬度的零海拔地区来说,是绝无仅有的。所以,吐鲁番素有“火洲”、“风库”之称。

水汽环流与大气环流是紧密相联的,大气环流受热力气压带和动力气压带的双重影响。而热力气压带又受地球公转(四季更替)、大陆与海洋热力环流的双重影响;动力气压带又受地球自转和动力环流的双重影响。在这样复杂的背景下,影响大西北大气环流的主要因素有:副热带高压的南北移动(地球公转、太阳照射南北摆动所致);夏季的亚洲(蒙古、印度)低压带与太平洋、印度洋高压带产生的东南气流和西南气流相互作用,具体表现为我国的东部区域以东南气流(季风)为主,西南区域以西南气流(季风)为主,而西北地区一直处于中纬度的西风带控制之下;冬季的亚洲(蒙古、西伯利亚)高压带与太平洋(阿留申)低压带产生的西北气流,更是加强了西北地区西风带的强度。

西北地区中纬度的西风带有什么特点呢?西风带既不像信风那样干热少雨(中东、北非,美国加州,南非,澳大利亚,智利北部等干旱地区都处于信风控制区),但又不如季风(暖湿气流)的含水量,也没有季风(主要运行在对流层中下部大约海拔3500米以下,如遇高山阻挡,在气流动力的推动下,部分水汽可以到达海拔4500-5000米高程)那样的低沉。西风带夹带有大量的水汽,主要在对流层中上部(大约海拔2000米以上)和平流层下部(大约海拔16000米以下)的高空中运行。所以,新疆西南部的帕米尔高原和新疆西部、中部的天山虽然会阻挡部分从西边界进入的水汽,形成高山雨雪,但大部分水汽还是能够飘过这些山脉,从罗布泊上空飘过。这些高空水汽,如果没有本地低空水汽的辐合,将一直在高空中漂移,很难形成有效的降雨,冬天直接进入太平洋阿留申低压区或随季风进入赤道地区;夏天在长江中下游、四川盆地、黄土高原以东、华北、东北地区与来自东南、西南方向的季风(低空暖湿气流)辐合,产生大量的降雨,最后,大部分向东北进入阿留申低压区,另一部分被副热带高压卷入信风区。

中国水汽运行(700hpa)示意图

2002.7.17.08时700hpa天气图(请结合同一时间的三个不同等压面的风向变化进行对比分析)

2002.7.17.08时500hpa天气图(请结合同一时间的三个不同等压面的风向变化进行对比分析)

2002.7.17.08时200hpa天气图(请结合同一时间的三个不同等压面的风向变化进行对比分析)

新疆沙漠气候研究所研究员刘蕊的研究论文《新疆大气水汽含量、水汽通量及其净收支的计算和分析》,计算了新疆1948年至2007年60年的数据,平均每年有16333.4、446、2021.7亿吨水汽分别从西边界、南边界、北边界流入,18256.5亿吨水汽从东边界流出,全疆水汽净输入为544.6亿吨。

根据刘蕊的这个研究成果,验证了上述的研究结论。平均每年进入新疆的水汽总量超过1.88万亿吨,而且主要是从西边界流入,并从东边界集中流出,每年给新疆留下的水汽只有544.6亿吨,不到进入新疆水汽总量的2.9%,远低于全国平均水汽净输入比例的17.71%(全国年均输入水汽总量为15.0232万亿吨,输出总量为12.3627万亿吨,净输入量为2.6605万亿吨)。要解决大西北的缺水,问题的关键,是如何营造湿润的低空环境,并产生足够的低空水汽与西风带高空水汽、北冰洋水汽辐合,让大西北上空过往的巨量水汽形成更多的有效降雨。

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