中国水汽变化与日较差变化的特征及其相互联系Word下载.docx
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然而同样深居内陆的内蒙古，闫宾[5]等统计分析后得出，2001至2010年内蒙古空中水汽含量处于逐渐缓慢减少的过程。
水汽在大气中所占的比例很小，仅为0.1%~3%，但却是大气中最活跃的成分，不均匀且富于变化，在天气演变和气候变化中扮演着一个及其重要的角色。
水汽在大气的三相变化中对于大气能量变化意义重大，是云雾生成的宏观条件[6~8]。
由于大气中水分主要源于自由水面蒸发、土壤蒸发以及植物表面蒸腾等，随着温度的升高，蒸发进入大气中的水汽相应增加[9]。
L.Bengtsson[10]曾估算，随着温室效应的加剧，陆地上降水增加了8.5%，蒸发量增加了5%，大气中水汽含量增加了15%。
同时水汽作为重要的温室气体，将会加剧温室效应，导致气温继续升高。
因此，水汽与气温变化是存在正反馈机制的。
据IPCC第五次评估报告，最近三个十年均比1850年的之前任何一个十年都暖。
相对于1961-1990年，1880-2012年全球地表平均温度上升了约0.85℃[11]。
全球最高温度、最低温度均升高，但最低温度升高更为明显[12]，由这种非对称性变化所产生的气温日较差也成为表征气候变化的一个重要指标[13]。
国外的研究认为云量的增加是影响日较差变化的最主要原因，而我国在关于云量变化与日较差变化关系的研究较少甚至二者关系显示并不明显，这可能与我国的云观测资料质量有关。
目前，我国对于日较差变化的原理探究主要是从最高温度和最低温度两方面来考虑的，而日照百分率和大气水汽是影响最高气温和最低温度的最主要原因，进一步地，云和大气水汽含量的变化又影响着日照百分率变化[14~16]。
因此，对于日较差变化的研究，大气水汽变化扮演着不容忽视的角色。
综上所述，水汽变化和日较差变化的联系在全球变暖的大趋势下愈加密不可分。
本文将对我国36个代表站点1961—2010年50年的水汽和温度资料进行统计研究，揭示在不同气候区域水汽变化和日较差变化特征，并从数据和理论两方面谈论两者间联系，对全球气候变化背景下，我国的气候变化提供依据。
2资料
2.1区域划分
为了研究中国不同地区的变化特征，参考王澄海[17]等提到的划分标准，将中国大陆分成8个气候区，分别为西北干旱半干旱区（WA）、青藏高原区（TP）、东部干旱区（EA）、中国东北部（NE）、中国北部（NC）、中国中部（CC）、中国西南部（SW）和中国南部（SC）。
在每个气候区，选择四到五个代表站点（由于内蒙古西部站点较少，数据年代较短，故其所属的东部干旱区仅选择了三个数据较为准确的站点）的长期观测资料，从而分析研究日较差变化和水汽变化的特征及相互联系。
西北干旱半干旱区（WA）、青藏高原区（TP）、东部干旱区（EA）、
中国东北部（NE）、中国北部（NC）、中国中部（CC）、中国西南部（SW）、中国南部（SC）
图1中国气候区划分[17]
2.2数据来源
选自国家气象信息中心制作的“中国地面气候资料日值数据（V3.0）”，其包含了中国824个基准、基本气象站1951年1月以来本站气压、气温、降水量、蒸发量、相对湿度、风向风速、日照时数和0cm地温要素的日值数据。
其中1951-2010年数据基于地面基础气象资料建设项目归档的"
1951-2010年中国国家级地面站数据更正后的月报数据文件（A0/A1/A）基础资料集"
研制而成，数据经过质量控制，各要素项数据的实有率普遍在99%以上，数据的正确率均接近100%。
2.3数据选取
水汽和干空气的混合气体称为湿空气，表示湿空气中水汽含量的物理量称为空气湿度。
比湿q定义为水汽与湿空气的质量比，水汽压e为大气中水汽的分压强，描述了单位空气柱中所含水汽的质量，其大小直接表示了空气中水汽含量的大小。
因此，采用比湿和水汽压这两个物理量作为水汽资料进行研究。
气温日较差（DTR，即diurnaltemperaturerange）表示一天中最高温度和最低温度之差，即DTR=Tmax-Tmin,使用温度资料直接计算即可。
3中国1961到2010年日较差及水汽变化特征分析
3.1年均日较差和水汽变化特征分析
图21961—2010年我国部分站点日较差变化趋势图（单位℃/10a）
图31961—2010年我国部分站点比湿变化趋势图（单位g/kg/10a）
图41961—2010年我国部分站点水汽压变化趋势图（单位hpa/10a）
图2至4为我国部分站点日较差和水汽变化每十年平均变化趋势图。
图1可以明显看出，我国大部分地区日较差均处于减小趋势，平均下降速率可达0.2℃/10a。
整体来看，北方地区较南方地区而言日较差减小趋势更为明显，效果更为显著，尤其在东北地区和华北北部，这可能与北方地区受到更多温室效应的作用有关[18]。
图3和4分别表示了我国部分站点比湿和水汽压的变化趋势，总体而言我国近50年的水汽呈上升趋势，尤其是西北大部分趋势更为明显，犹以新疆北部沿河西走廊至甘肃中部更甚[19]。
南方地区除华南地区外以上升趋势为主，尤其东部沿海地区上升效果更为明显。
内蒙古大部分地区处于下降趋势，通过对内蒙古2001—2010年空中水汽含量计算，尽管在2007年前后平均空中水汽含量有脉动增加趋势，但总体依旧处于缓慢的减少状态[5]。
华南地区水汽基本处于较弱减小趋势，其降水近五十年呈缓慢增加[20]，水汽减小原因有待进一步讨论，可能与蒸发和水汽输送有关[21]。
3.2四季日较差和水汽变化特征比较分析
表2中国和各地区四季日较差和水汽变化速率及显著性检验
地区
DTR
q
e
春季
夏季
秋季
冬季
WA
-0.017**
-0.019**
-0.002
-0.026**
0.003
0.018**
0.014**
0.007**
0.024**
0.019**
0.010**
TP
-0.023**
-0.019*
-0.025**
0.011**
0.006
0.009*
0.009**
0.005
NE
-0.029**
-0.015**
0.010*
0.004**
0.012**
0.016*
0.008
0.006**
EA
-0.038**
-0.030**
-0.032**
-0.057**
-0.003
-0.007
0.001
-0.004
-0.009
0.002
SC
-0.020**
-0.033**
-0.005
-0.015
0.013
SW
-0.010*
-0.001
0.004
0.006*
CC
-0.024**
-0.008
-0.028**
0.013*
0.009
NC
0.005*
0.008*
**代表在0.01水平（双侧）上显著相关
*代表在0.05水平（双侧）上显著相关
由表二可知中国及各地区四季平均日较差和水汽的变化趋势情况。
对于日较差，冬季比其他季节表现出更为明显的下降趋势，平均下降幅度可达到-0.3℃/10a，其中东部干旱区的下降幅度最为明显，达到-0.57℃/10a。
春季下降速率最慢，变化最快的东部干旱区仅-0.38℃/10a，中国中部和北部地区变化最慢，仅为0.02—0.03℃/10a。
水汽的增长幅度和日较差相对应，同样变化幅度最快的冬季比湿平均0.08g/kg/10a,水汽压达到0.09hpa/10a，此时增长最快的地区是西北干旱半干旱区和中国中部，青藏高原和中国北部变化幅度很小。
整体来看，我国日较差和水汽变化在北方地区更为明显，冬季的变化幅度最大。
4中国各地区日较差和水汽的相互联系
4.1日较差和水汽的联系
西北干旱半干旱区（WA）日较差和水汽含量均变化显著，其中水汽压变化程度高于比湿。
日较差是由于最高温度和最低温度升高的不对称性而产生的，随着温度的升高，蒸发到大气中的水汽增加，作为衡量水汽绝对含量的水汽压随之增加[23]。
以日较差和水汽压的变化曲线为例，1961—1984年日较差呈较强波动下降，比湿呈较强波动上升，且波动的趋势基本相反。
1985年日较差出现较小增长的突变，比湿突然降低了将近0.5g/kg，也出现了一个较小突变。
1985—1988年日较差直线下降，水汽压直线上升，表现出了完全相反的变化趋势。
接下来将近十年的时间日较差和水汽压的变化不明显，在一定范围内波动。
到1998年日较差降低到近几年的最低值，水汽压急剧上升，基本与近五十年的最大值持平。
2009到2010年又出现明显反向变化，日较差由13.3℃下降到12.6℃左右，水汽压由6.7hpa上升到7.4hpa左右。
比湿和水汽压的变化趋势一致，仅水汽压的变化趋势略大于比湿，根据比湿和水汽压的关系式
（其中ε为水汽和干空气的摩尔数之比，约等于0.622；
为理想空气常数，约等于287J/
）,气压升高。
伴随温度的升高，干空气密度
由于水汽的增加而减小，显然由于空气中水汽的增加程度不足以将密度减小到抵消温度的增加值，使得气压最终还是呈现升高趋势。
因此，伴随西北干旱半干旱区温度的升高，日较差的减小，水汽含量对于本身而言处于显著增加状态，但与其相比变化不够显著。
青藏高原地区（TP）日较差变化更加明显，水汽具有一定的上升趋势，效果并不明显。
两者基本呈相反的变化，1967年左右日较差达到近几年最高值，比湿和水汽压基本都处于最低值附近。
1976—1979年也可以看出明显的反向变化特点，但在1997年附近两者具基本一致的变化，到2004年反向变化特征重新出现。
在水汽变化中比湿的变化趋势略高于水汽压，气压降低，伴随温度的升高，干空气密度显著减小，可以看出青藏高原地区水汽变化较快，水汽急剧增多。
东部干旱区（EA）日较差变化异常显著，水汽变化微弱，处于缓慢下降状态。
分析其变化趋势可以看出，两者的变化基本符合反向变化，以日较差和水汽压的变化为例，到1967年以前日较差和水汽压明显反向变化，后各自波动下降，出现不规则变化，到1990年左右又开始出现明显的反向变化特征，尤其在2000年开始，两者的反向变化极为显著，日较差在2004年下降到今年最低值，比湿突增到今年的最高值。
东北地区（NE）、中国北部（NC）、中部（CC）和西南部（SW）基本符合我国大部分地区变化趋势，日较差减小，水汽增加。
比较而言中国中部和西南部的变化程度略低，这可能与本身水汽含量较为充沛，最高最低温的差值没有西北等地凸显有关。
从其变化趋势也可以清晰看出，大部分年份的日较差和水汽的变化趋势处于相反的状态。
中国南部（sc）的变化趋势基本与东部干旱区相一致，日较差减小程度较为明显，水汽呈现微弱的减小状态。
日较差和水汽的相反变化特点更加明显，除1963、1967等个别年份外，均表现出了相反的变化趋势。
值得一提的是，南部地区原本的水汽充沛，且对该地区1951—2009年进行统计分析后得出，其降水量是呈微弱的增加趋势的[20]，其水汽的减少成因还有待进一步研究。
4.2最高温度和最低温度对水汽的影响情况
表3各地区最高温度和最低温度与水汽的偏相关系数及显著性检验
-0.413**
-0.391**
0.645**
0.627**
-0.374**
-0.400
0.586**
0.596**
-0.171
-0.174
0.193
0.197
-0.121
-0.111
0.473**
0.466**
-0.561**
-0.563**
0.728**
0.725**
0.007
0.055
0.799**
0.537**
-0.060
-0.062
0.549**
0.533**
0.177
0.178
0.208
0.175
为了分析直接影响日较差的最高温度和最低温度分别对水汽含量变化的贡献，表3表示了最高温度和最低温度分别与水汽的偏相关关系，计算时分别将最高温度和最低温度视为固定因子，以此消除对相关性带来的影响。
很明显的，最高温度与水汽整体呈反相关关系，并且在北方表现的愈加显著。
而最低温度与水汽呈显著的正相关关系，除去水汽缓慢减小的东部干旱区和中国南部，均通过了95%的显著性检验，表现出很强的相关性。
比较而言，最低温度对水汽的影响较最高温度更为显著。
由于近50年气温的变化趋势无论是年季或季节变化，最低温度的增幅都高于最高温度[22]，因此最低温度对日较差的影响也高于最高温度。
可以认为，最低温度的较大升高幅度是导致日较差减小的主要原因，也是影响水汽增加一个重要原因。
5主要结论
本文分析了我国1961—2010年50年的日较差和水汽变化情况，从不同角度分析了其变化趋势和相互关系，初步得到以下几点结论：
（1）我国日较差整体呈减小趋势，北方较南方更为显著，尤其是东北地区和华北北部达-0.3℃/10a以下；
水汽除内蒙古和两广外基本呈缓慢增加变化，水汽压增长情况要高于比湿，大气中水汽整体还是在不断增加的。
（2）日较差变化趋势最为显著的季节为冬季，平均可达0.3℃/10a，在秋季变化最为缓慢，春夏两季基本持平；
水汽同样在冬季变化最为显著，其余季节基本一致，春季更为缓慢。
（3）我国大部分地区都处于日较差减小，水汽增加的情况，且具有良好的反向变化特征；
东部干旱区和中国南部日较差减小趋势较显著，水汽也呈减小状态，但比较来看日较差的减小趋势远高于水汽，且日较差和水汽依旧整体呈现相反的变化趋势。
因此，无论日较差和水汽的变化情况如何，都变现出了良好的反向变化特征。
最高温度与最低温度对水汽具有相反的影响效果，最高温度与水汽具有一定的负相关关系，而最低温度与水汽呈现较强的一致变化，日较差和水汽呈现出的反向变化情况主要就是由最低温度的较快程度增加影响的。
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