空中水资源及其降水转化分析.pdf

2018 年 第 63 卷 第 26 期：2785 ~ 2796 《中国科学》杂志社 论 文 SCIENCE CHINA PRESS 空中水资源及其降水转化分析 摘要 本文在回顾空中水资源利用的愿景和相关研究成果、分析空中水资源的概念和内涵的基础上, 定义了白 水, 用以代表空中水资源. 白水指的是通过地表某处上空的统计意义上具备降水潜力的水物质通量. 白水和其他 水资源一样, 一般表述为年度水量, 其本质是水物质的更新通量. 将空中水物质的水平运动垂直积分投影到地表 二维空间, 对于地表任一点, 白水的量纲为[L2 T− 1], 与地表水资源常用的[L3 T− 1]不同. 将某地的降水通量与相应 时段的白水的比值定义为白水降水效率, 量纲为L− 1, 代表白水每运动单位距离产生的降水量占其自身的比例. 将 白水概念扩展到地表流域, 则可通过沿流域边界积分得到进入某一流域的白水, 量纲为[L3 T− 1]. 将该流域上空全 部白水输送路径上的降水效率沿各自路径积分后加权平均, 即得到流域的白水降水转化率(无量纲)为流域内的降 水占进入该流域的白水的比例, 可以采用降水量除以白水与径流量的1/2之差来近似计算. 本文采用再分析数据 研究了我国大陆附近的白水降水效率的空间分布特征, 并选择长江、黄河、珠江、三江源流域开展相关特征参量 对比分析. 结果表明, 白水降水效率是反映气候和地理条件的降水转化能力的公允度量, 可直接用于不同地区的 对比分析; 流域的白水降水转化率可用于分析流域空地水资源循环中的数量关系. 研究和评估白水及其降水转化 特征, 是空地水资源耦合分析及空中水资源开发利用的基础. 通过技术手段提高局部地区的白水降水转化率, 并 与地表水利工程联合调控, 有望实现一定规模的空地水资源耦合利用, 是水资源开源的新机遇. 关键词 空中水资源, 白水, 降水效率, 降水转化率, 空地耦合 地球水循环系统由大气、海洋、陆地等部分共同 地下含水层中可被人类直接利用的径流性水资源, 组成. 在水循环过程中, 大气中发生持续的水物质输 而不包括被植被等生态系统利用的降水, 水资源的 运, 其中部分水物质以降水的形式降落到地表, 一部 利用实践也主要涉及地表水和地下水的开发与配 分产生径流, 赋存在河道、湖泊中, 或进入地下含水 置[2,3]. 考虑到水资源的间接价值, Falkenmark[4]提出 层中, 均可被人类直接利用; 另一部分短暂留存在土 了绿水的概念, 将植被蒸散发所消耗的水资源定义 壤中, 一般只能被植被有效利用, 并经蒸散发转化为 为绿水, 而把传统地表水资源和地下水资源定义为 [1] 气态水, 回归到大气中 . 蓝水. 广义的绿水概念包括了植被的有效蒸腾和地 水资源研究一般只关注陆地地表水与地下水参 表、冠层及水面蒸发, 是一定区域一定时间内的蒸散 与的循环过程, 狭义水资源概念仅限于河道、湖泊和 发总量[5], 为认识水循环过程中不同环节的水物质所 引用格式: 李家叶, 李铁键, 王光谦, 等. 空中水资源及其降水转