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水汽是大气最活跃的组成成分之一,在天气过程中扮演着重要的角色。水汽是一种温室气体,在大气辐射平衡中起至关重要的作用,影响着全球的气候变化。大气水循环是地球上最重要的物质循环之一,实现全球水量、能量和地球化学物质的迁移与转换,使我们的星球生机勃勃,水汽是水循环中最重要的要素之一。华北平原是中国第二大平原,占中国国土面积的1.46％,集中了全国1.12亿的人口,12％的国内生产总值,10％的粮食产量。华北地区的水汽、水循环问题关系到中国近十分之一人的饮水和粮食安全,具有重要的社会意义。 本文利用了大量的外场观测数据、卫星数据和再分析资料来分析水汽在华北平原上的时空分布特征,利用中尺度气象模式WRF模拟了天气过程中水汽场、风场的演变并分析了水汽通量及其收支。本文主要结论如下: 1、水汽总量数据比对分析表明,研究选取的探空和全球定位系统GPS(Global PositioningSystem)数据的质量较高;中分辨率成像光谱仪MODIS(Moderate-resolution ImagingSpectroradiometer)反演的水汽总量要比GPS高19.0％;美国国家环境预报中心的FNL(Final)资料比GPS数据低估2～12％。 2、华北地区水汽时空分布具有以下特征。通常平原地区地面比湿是山区的2倍。水汽有明显的干湿季分布,6月到9月为湿季,水汽总量大于20mm,地面水汽密度大于10gm-3,10月到第二年3月为干季,水汽总量小于10mm,地面水汽密度小于5gm-3。 3、利用探空资料建立华北地区水汽廓线的参数化方案为:在稳定边界层或浅对流边界层下,q=q0e-z/2624表示,q0为地面比湿。在对流边界层下,1)对流边界层内(0≤z＜PBL-200),q=q0;2)对流边界层高度附近(┃z-PBL┃＜200),q=q0(A-B(z-PBL));3)对流边界层高度之上(PBL+200≤z),q=Cq0(z-5000-PBL)),参数分别为A=0.72,B=1.4×10-3(m-1),C=-9.17×10-5(m-1)。 4、华北地区的水汽总量存在日变化:GPS水汽总量日变化幅度6.5％,探空水汽总量日变化的幅度为10％左右,中午达到一天中的最小值。华北地区的风向有明显的日变化,大气水汽总量与风向有非常好的对应关系。 5、利用探空数据计算分析水汽通量表明,水汽的输送集中在下层,水汽通量纬向分量最大值出现在2km,为2.5×10-3gm-1s-1Pa-1,经向分量最大值出现在1km,为3×10-3gm-1s-1pa-1。时间涡动水汽通量为总通量的0.39倍,每月均是有南向北,由低湿向高湿输送水汽;垂直涡动水汽通量为总通量的1.21倍,基本与水汽平均输送通量反向,起抵消作用;华北地区水汽年净输入量为负值。 6、降水过程的中尺度气象模式WRF(Weather Research and Forecasting)模拟和水汽通量及其收支的计算结果表明,降水最大值与水汽总量峰值出现时间一致:分析了水汽总量、水汽通量的辐散辐合、降水量的相互关系。