邯郸地区空中水资源分布特征及开发潜力分析

靳晓超　刘熙

摘要 本文通过统计邯郸地区16个气象观测站1986—2015 年的逐月自然降水资料和逐日地面水汽压资料来分析邯郸地区自然降水、空中有效水资源分布特征及空中水资源开发潜力。结果表明，从年分布特征來看，空中有效水资源呈现2000年前为上涨、2000年后开始减少的特征；邯郸地区空中有效水资源分布特征与自然降水量分布特征一致，西部山区多，东部平原南部次之，东部平原东北部最少；邯郸地区年平均空中有效水资源为2 075.2 mm，增雨潜力平均为1 581.1 mm，自然降水平均效率仅为23.8%，增雨（雪）潜力巨大；空中水资源开发潜力呈现为西部大于东部，在6—9月可开发潜力值约占全年的72%。

关键词 空中水资源；降水效率；开发潜力值；分布特征；河北邯郸

中图分类号 P481 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）13-0212-03

Abstract Based on monthly natural precipitation data and daily water vapor data of 16 meteorological stations in Handan area during 1986 to 2015，the distribution characteristics of natural precipitation and air effective water resources，and exploitation potential value of water resources were analyzed in this paper. The results showed that the distribution of air effective water resources rose before 2000，and decreased after that.In Handan area，the spatial distribution of air effective water resources consistent with the natural precipitation，which was more in western mountainous area，and followed by south area of eastern plain，and least in the northeast of eastern plain. The annual air average effective water resources was 2 075.2 mm，the average precipitation potential was 1 581.1 mm，natural precipitation average efficiency was 23.8%，which showed great precipitation（snow） potential. Development potential of air water resources showed greater in the west than in the east，the development potential value during June to September accounted for 72% of the year.

Key words air water resources；precipitation efficiency；development potential value；distribution characteristics；Handan Hebei

邯郸市位于河北省最南部，西依太行山，地势西高东低，降水分布不均，干旱频繁发生，近年来随着经济的发展，水的供需矛盾日益突出。水资源的合理开发越来越受到人们的关注，关于开发利用空中水资源的研究工作也越来越受到人们的重视。张怡[1]利用商丘市周边台站的探空资料对商丘市空中水资源的季节分布进行了分析；杨宝东等[2]利用邢台、张家口探空资料分析了河北省水汽分布特征。本文利用邯郸地区16个观测站1986—2015年的自然降水资料、地面水汽压来分析邯郸地区自然降水效率、空中有效水资源及空中水资源开发潜力值的特征。

1 资料与方法

本文对邯郸地区16个观测站30年（1986—2015年）的气象资料进行计算分析，资料包括邯郸地区地面水汽压逐日资料、降水的逐月资料和16个气象观测站的经纬度、海拔高度。通过计算分析了大气整层空中有效水资源、降水特征、自然降水效率等，对空中有效水资源开发潜力时空特征做了进一步研究，以期为科学合理开发邯郸空中水资源提供理论依据。

1.1 大气水汽含量的计算方法

大气水汽含量即空中水资源量，它是指在垂直于单位截面积上大气柱内所包含的全部水汽的总量。大气中的水汽是降水形成的必要条件之一[3]，利用杨景梅等[4-5]研究、建立的反映整层大气水汽含量与地面水汽压的关系模型计算，公式如下：

W=（a0+a1e）×10；

a0=0.03exp（-1.39H2+2.74H+0.15）（青藏高原以外，Φ≥33°）；

a1=0.17+0.066/[（Φ-33）2+4.41]（青藏高原以外，Φ≥33°）。

式中，W为整层大气水汽含量（mm），a0、a1为经验系数，e为地面水汽压（hPa），H为海拔（km），Φ为地理纬度。

1.2 空中有效水资源计算方法

本文定义当日有降水产生且>0.1mm时的大气整层水汽含量为空中有效水资源（We）。因为晴空大气所含水汽无法用以开展增雨（雪）作业，所以本文仅对降水日的整层大气可降水量即空中有效水资源进行统计分析。

2 邯郸地区空中有效水资源分布特征

2.1 空中有效水资源总量分布特征

大气水汽含量表征空中水资源在某区域上空的分布状况，是降水产生的必要条件，大气水汽含量和降水效率的差異是造成各地不同气候的原因之一[6]。根据公式算出邯郸地区1986—2015年整层空中有效水资源年变化特征。从图1可以看出，邯郸地区年空中有效水资源总量变化范围为1 484.5～2 750.2 mm，年均空中有效水资源为2 075.2 mm，年变化趋势呈现2000年前为上涨、2000年后开始减少的特征。

从图2可以看出，空中有效水资源分布呈现为西部山区多，次之是东部平原南部，东部平原东北部最少。造成空中有效水资源分布不均的主要原因：一是邯郸降水系统的大气水汽来源主要是靠西南暖湿气流，而西部太行山区正处于迎风坡，造成了山区空中有效水资源大于东部平原；二是大气水汽在由西南向东北输送过程中，水汽含量渐渐减少，从而造成在邯郸地区东北部出现了最小值。

2.2 空中有效水资源月分布特征

从图3可以看出，1月最小，仅为15.7 mm；随后月空中有效水资源逐渐增加，7月达到峰值，为541.4 mm；随后随着月份的增加而减小。这是因为大多数年份1—5月以冷空气活动为主；6—7月随着副热带高压的北抬，源源不断的西南暖湿气流被大量地输送过来，造成空中有效水资源逐渐增大；8月之后，副热带高压开始南撤，水汽输送随之明显减少，冷空气也开始加强，冷高压开始控制地面，空中有效水资源随之减少。

3 邯郸地区空中水资源开发潜力分析

3.1 自然降水量特征

从图4可以看出，邯郸各县降水量为461～529 mm，呈现不均匀分布，降水量为西部与平原南部大，东部平原北部小，年降水量最多的涉县为529.7 mm，最少的鸡泽为465.1 mm，与年空中有效水资源分布特征基本吻合，但也有不一致的地区。这主要是因为自然降水是一个复杂的过程，自然降水不仅与大气水汽含量相关，还主要受不同天气系统影响，不同的天气系统会造成水汽辐合、动力条件及云型等方面的差异，加上不同地势和大气中的气溶胶，都会对降水产生影响[7-8]。从图5可以看出，1—7月自然降水量逐渐增加，之后开始减少，这与空中有效水资源月分布特征相符合。

3.2 降水效率特征

从图6可以看出，邯郸地区年降水效率在17.19%～35.21%之间波动，平均效率为24.1%。从图7可以看出，各县年均自然降水效率位于17.0%～34.8%之间，降水效率线呈现自西向东波动上升，最大为馆陶（25.6%），最小为鸡泽（22.7%），平均为23.8%。由此可以看出，邯郸地区自然降水的效率并不高，说明邯郸地区空中水资源开发潜力巨大。我国北方各省人工增雨率一般为20%左右[9-10]。因此，在合适的天气条件下，通过开展人工增雨（雪）作业增加降水量、提高自然降水效率、开发空中水资源是完全可行的，也是缓和干旱、补充农田用水的一条有效途径。

3.3 空中水资源开发潜力值分布特征

一般来说，在发生降水时，自然降水效率越低，滞留在大气中的水汽含量就越多，其空中水资源开发潜力越大。因此，空中水资源开发潜力（Wz）可表示为：Wz=We-Wp。式中，Wz为空中水资源开发潜力值，We为有效水气量，Wp为自然降水量。

邯郸地区各县（市、区）全年空中水资源开发潜力值为1 507.9～1 683.1 mm，平均值1 581.1 mm，约为邯郸地区30年平均降水量（502.3 mm）的3倍，西部山区增雨潜力平均为1 668 mm，东部山区平均增雨潜力为1 547 mm。由图8可以看出，西部山区较东部平原更具有增雨（雪）潜力。

从图9可以看出，增雨潜力最大值出现在7月，最小值出现在1月或者12月，6—9月的可开发潜力值约占全年的72%，邯郸地区在6—9月开展空中水资源开发的潜力最大，1月、12月较小。

4 结论与讨论

结果表明，邯郸地区年空中有效水资源量为2 075.2 mm，西部山区多，东部平原南部次之，东部平原东北部最少。空中有效水资源平均为2 075.2 mm，年变化呈现2000年前为上涨、2000年后开始减少。邯郸各县降水量为461～529 mm，呈不均匀分布，降水量为西部与平原南部大，东部平原北部小，年降水量与年空中有效水资源分布特征基本吻合。邯郸地区年均自然降水效率为17.0%～34.8%，降水效率线呈现自西向东波动上升，邯郸地区人工开发空中云水资源具有巨大的潜力，是缓和干旱、增加水库蓄水的有效途径。空中水资源开发潜力平均值为1 581.1 mm，增雨潜力西部大于东部，每年6—9月可开发潜力值约占全年的72%，适宜开展人工增雨（雪）作业。

5 参考文献

[1] 张怡.空中水资源开发潜力及增雨效益分析[J].气象与环境科学，2009，32（增刊1）：119-122.

[2] 杨保东，银燕，段英，等.河北地区大气水汽含量分布特征及其变化趋势的初步分析[J].内蒙古气象，2007（2）：10-13.

[3] 何军，翟丹华，郝全成，等.重庆地区大气可降水量的时空分布特征[J].热带气象报，2012，28（2）：96-103.

[4] 杨景梅，邱金恒.用地面湿度参数计算我国整层大气可降水量及有效水汽含量的方法研究[J].大气科学，2002，26（1）：10-22.

[5] 杨景梅，邱金恒.我国可降水量同地面水汽压的经验表达式[J].大气科学，1996，20（5）：620-626.

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