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索 引 号: 74777000-3/2022-06751 分类: 其他信息;其它   
发布机构: 海口气象局 发文日期: 2020年03月23日
名  称: 气候与水 探秘云水资源
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气候与水 探秘云水资源

云是悬浮在大气中的小水滴、过冷水滴、冰晶或它们的混合物组成的可见聚合体,是地球上庞大水循环的有形结果。贮存在云体中通过天然降水或人工降水可利用的水分资源,称为云水资源。云中的水通过云物理过程下落到地面形成降水,是人类可利用的陆地水资源的主要来源,它形成江河径流,补充湖泊、冰川、雪盖和地下水、土壤水等。相对于陆地水资源而言,空中水物质瞬时存量较小,但时空变化快,更新周期短,因此水资源较为丰富。在一定条件下,采用人工增雨(雪)等技术可促进大气中液态和固态的水凝物更多地转化降落到地表,供人们利用。

 

观云识雨

人工增雨(雪)等云水资源开发作业,主要针对的是大气中的云,因此,我们有必要在这里了解云,更要对空中那朵能下雨的、下雪的、下冰雹的云做深入的了解。

大气中的云有多种类别,不同类别的云含水量及垂直分布有很大差异,天气系统、海陆分布、地理纬度和地形、季节等是影响云类别和云含水量的主要因素。在对云进行分类时,我国现行的气象观测业务,也参照形态学分类法,按云的外形特征、结构特点和云底高度,将云分为3族10属29类。一般来说,丰富的云水资源主要存在于对流层大气中,集中在中低层的云里。

 

适合云水资源开发的云

层状云

层状云是布满全天或部分天穹的均匀(指厚度、灰度和透光程度均匀)幕状云层,常具有较大的水平范围,也经常会与大尺度天气系统联系在一起,甚至会形成比较大的云系,主要包括卷层云、高层云、雨层云。层状云主要由低层气流大范围缓慢而持续地抬升而形成。层状云是我国北方的主要降水云系,也是人工增雨的主要作业对象。自然条件下,层状云降水效率为29%。层状云中的雨层云和高层云可以产生长时间的连续性降水,尽管这些云的降水强度不一定很大,但是降水范围却比较广,降水时间也比较长,总的降水量也就比较大。

对流云

对流云是由于热力原因或动力原因在不稳定的大气层内产生对流而形成的,也叫积状云。对流云一般包括淡积云、浓积云、积雨云。就热力原因来说,在夏季,地面由于受到太阳的强烈辐射,又因为地表的性质不同,地表吸收的太阳辐射也不一样,地表温度的水平分布就很不均匀,这样,在近地层中就形成了大大小小的热泡。比较大的热泡维持的时间比较长,里面的温度也比较高,热泡膨胀增大,在空气浮力的作用下,就会不断升高,达到了积云的凝结高度,就成为积云的胚胎。在大气不稳定的情况下,积云的胚胎就会吸收大气中的不稳定能量继续发展,最后形成积雨云。对流云平均降水效率一般为56%。

积层混合云

绝大多数时候,并不单单只有对流云,或者只有层状云,而是两种云混合在一起,我们把这种积云和层云混合在一起组成的云叫作积层混合云。大多数大尺度降水云系,特别是产生暴雨或特大暴雨的云系,基本上都属于积层混合云。

地形云

含有一定水分的空气在盛行风的作用下,经过地形的抬升,就会形成一种云,我们把这种因为地形作用而形成的云称为地形云。有时,尽管在空气中有水汽,但是由于空气还处于未饱和的状态,所以还不能形成云,不过,经过了地形的抬升之后,随着温度降低,饱和水汽压也降低,空气就达到了饱和状态,通过凝结,便形成了地形云。地形云一般会出现在山体的迎风坡,也可能出现在山脊以下,或者高出山顶。

 

中国的云水资源概况

中国是水资源缺乏严重的国家之一,人均占有水资源量不足世界人均的1/4,到21世纪中叶,我国人均占有水资源量仅为1700立方米,将成为联合国评价的用水紧张国家。据中国气象局的调查数据显示,我国年平均云水资源(含水汽)为22万亿吨,是年平均降水量的近4倍,其中可开发的云水资源每年达2800亿吨,相当于7个三峡水库。但我国当下的云水资源的利用率仍比较低,仅为20%左右,空中云水资源开发潜力巨大。

云水量的分布 

中国大气中云水量的空间分布十分不均匀,基本呈随纬度和地形增高而减小的趋势。东南区域大气中云水量较为丰沛,其中长江流域的云水量最大,可达0.8毫米。东北区域和青藏高原的云水量较小,年平均不到0.1毫米。夏季云水量最为丰沛,春、秋季次之,冬季最少。

全球大气水汽更新一次平均只需8天,即一年中大气中的水汽可更新45次。2008—2010年,中国的云水更新周期平均只需7小时,更新速率远远快于水汽等其他任何水体。

云水输送

云水输送是指大气中的云水由气流携带,从一个地区上空运输到另一个地区的过程。由于云水在时间和空间上都是不连续的,因此,云水的输送在各地、各季节有明显差异。2008—2010年,从各边界流入中国的年平均云水净流入量约为230亿吨,东北和西北地区的云水和水汽的输入量大于输出量,而东南和中部地区的水凝物输入量小于输出量。

云水资源总量

2008—2010年,中国云水年总量的平均值约为7.15万亿吨,东南区域的云水总量平均值最大,中部区域次之,西北和华北区域的云水总量平均值较小;中国云水的降水效率平均约为70% 东南和西南区域较高;东北、西北和华北区域较低。虽然云水在大气中的含量较低,但由于其更新周期快、降水效率高,对水循环和空中水资源开发十分重要。

云水资源的开发利用

人工增雨(雪)是最直接、最有效、也是投入成本最低的一种增加降水、开发云水资源的措施。它在适当的云条件下,采用具有针对性的人工催化技术方法,改变云降水物理过程,提高云系降水效率,促使更多的云水转化为降水,从而达到增加局地降水的目的,同时调节云水资源季节性和地区性分布不均。研究表明,只要具备一定的天气条件和适合的云物理条件,人工增雨作业可在自然降水基础上增加10%~20%的降水量。

现代人工增雨(雪)活动开始于1946 年,目前全世界每年有30 多个国家开展这项工作。世界气象组织指出:应把人工影响天气作为水资源综合管理战略的一部分。实践证明,通过科学开发空中云水资源,可以有效增加地面降水量,对于缓解干旱地区水资源短缺、保障农业生产、保护和改善生态环境等具有非常重要的意义。

中国从1958年首次开始人工增雨作业至今,一直非常重视人工影响天气能力的建设,经过多年发展,人工影响天气技术和科技水平得到了明显提高,作业规模居世界首位。近年来,通过人工增雨(雪),中国年均增加降水量约500亿吨,有效缓解了当地的旱情和水资源短缺的问题,许多地区人工增加的大气降水直接补充了当地的水库库容,增加了江河径流或补给了地下水,在保障粮食安全、保护生态环境、保障重大活动等方面取得了显著效益。



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