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「气象」直击天气 与科学家聊“天”：关注“气候与水”( 四 )


采访人员：如何理解云水资源？我国的云水资源有什么特点？
中国气象科学研究院研究员周毓荃：首先要明白什么是云水资源 ， 还需要先了解一下大气水循环过程 。 前面丁院士很生动全面地讲述了全球水循环过程 ， 特别是水汽和降水的全球分布和气候变化 ， 让我们更清晰地了解了降水的不均匀性 。 在这个大气水循环过程中 ， 有一种水物质叫做大气水凝物 ， 也就是通常说的云水 ， 它的含量相较于水汽是很少的 ， 但它的时空变化又很剧烈 ， 认识它一直是大气科学的重要课题 。
实际上 ， 这部分大气水凝物对于补充陆地水资源是非常重要的 ， 其发生的物理过程是大气水循环中十分重要的环节 ， 是我们人工影响天气工作者特别关注的重点 。
为了弄清云水资源是什么、有多少 ， 我们还需要进一步来看一下大气水循环中发生的物理过程（图10） 。 实际上 ， 大气水循环过程不仅是物质循环过程 ， 同时也是相态和能量循环的过程 。 来自海洋和陆地的水（固态和液态）蒸发成为水汽进入大气（第一次相变）；水汽受大气不均匀的动力热力影响移动和上升 ， 部分水汽在天空冷却凝结成云（第二次相变） ， 形成的云具有复杂的宏微观结构 ， 它由各种大小不同、相态不一的高浓度细微云滴或冰晶（直径约10μm）组成 ， 在一定条件下 ， 云粒子通过复杂的云物理过程增长形成雨、雪、霰等低浓度的大颗粒水凝物（直径约102～103μm） ， 最终落出云体 ， 降落到地面成为降水 ， 这才完成相态闭合的大气水循环 。 可见 ， 在大气水循环中 ， 水汽无法直接变为降水 ， 只有那些已经经历了第二次相变成为云水 ， 才有可能转化形成降水 ， 成为人类可用的陆地水资源的主要来源 。 在大气水循环过程中 ， 有一部分云水还留在空中 ， 不能靠自然过程转化成为降水为人们所用 ， 我们把循环过程中这些仍留在空中的云水叫云水资源 。 这些云水通过人工催化的手段有可能被开发成为降水 ， 也就是通常说的人工增雨开发云水资源 。
通过前面大气水循环和云水资源的介绍 ， 我们不难想到 ， 精确评估云水资源也是非常困难的 ， 但作为人工影响天气的基础性工作 ， 近年来 ， 中国气象局人工影响天气中心一直致力于这方面攻关 ， 不断提出和完善概念和方法 。 近期 ， 基于国家重点研发专项《云水资源评估和利用示范》项目最新研究表明 ， 近20年 ， 中国大陆全年参与大气水循环的水汽年平均总量约36万亿吨 ， 水汽更新期约8-10天；大气水凝物（云水）年平均总量约8-10万亿吨 ， 但其更新期平均仅5-8小时；留在空中没有形成降水的大气水凝物即云水资源年平均总量仍约有2-3万亿吨 。 如此丰富的云水资源和快速的更新 ， 十分有利于我国大气水循环和云水资源的再生及开发利用 。

「气象」直击天气 与科学家聊“天”：关注“气候与水”
本文插图
图10 大气水循环和云水资源概念图（图片来源：中国气象科学研究院）
由于云的分布在各地、各季节差异明显 ， 云水资源也有其明显时空分布特征 。 总体上 ， 中国云水资源的空间分布十分不均匀（图11） ， 从云水资源总量分布看 ， 中国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 。 丰沛区主要位于我国的东南地区和东北地区东部 。 虽然华北至西部地区的云水资源量值相对较少 ， 但这些地区的地面降水也少 ， 自然降水效率低 ， 还是存有明显的开发潜力 。 结合气候变化大背景下的降水演变 ， 在云水资源丰沛的东南地区 ， 地面降水也很多 ， 近年来干旱日数也在减少；而华北和西南地区 ， 近十年来干旱日数明显增多 ， 急需通过开发空中云水资源缓解当地水资源短缺和干旱的情况 。
「气象」直击天气 与科学家聊“天”：关注“气候与水”


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