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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

水汽作为主要的温室气体之一，是大气辐射和吸收以及热量输送研究中的一个重要参量^[1-2]；作为一种重要的大气成分，其在全球水循环过程中也扮演着重要角色，在云和降水的演变、感热潜热的输送及大气化学等过程中具有重要作用^[7]。此外，水汽是大气温度变化范围内唯一可以发生相变的成分^[8]，其相位变化与降水直接相关，在大气能量传输和天气系统演变中作用显著。因此，在全球气候变化的背景下，水汽作为一项基础数据，其研究的重要性不言而喻^[4-5]。大气含水量是任一单位截面积大气柱中所含的水汽质量,也称大气水汽含量。大气水汽含量通常用大气可降水量( Precipitation Water Vapor，PWV) ，即单位面积垂直大气柱中所含水汽总量全部凝结所形成的水柱高度来表示^［6］。空气中绝对水汽含量的多少常用地面水汽压表示，水汽压是大气压力中的水蒸汽分压，在各种水文循环、蒸散发估算、大气辐射反演、全球变化研究算法中都是一个重要的输入参数^[15-17]。常规的气象台站的实测数据（如干湿球温度表法）精度较高，但需要测量其他气象参数诸如温度、湿度、水蒸汽密度等，花费较大。国内外研究者研究发现，地面水汽压(Surface Vapor Pressure,SVP)与大气可降水量(Precipitation Water Vapor，PWV)具有很好的相关性。这一研究发现为我们计算、研究地表水汽压提供了一个经济便捷的可行方案。

国内外研究现状

气象学中探测大气水汽含量的方法主要有三种^[18,19]：(1)无线电探空技术，即通过发射探空气球，收集有关的温度、气压、湿度等气象因子来计算水汽含量。目前该技术的空间分辨率为数百到数千千米，一般每天仅进行早晚两次探测，时空分辨率低，不能满足中小尺度灾害性天气的需要；优点是计算精度相对较高，是一种常规计算水汽总量的方法^[20,21]。(2)微波辐射计，分地基和星载两种，是目前探测大气水汽最为精确的一种设备。但地基微波辐射计在有浓云时穿透能力下降，特别是有降水发生时更会产生较大误差。而星载微波辐射计由于受背景温度影响较大，所以在陆地上其精度较低。同时微波辐射计昂贵的价格，也限制了它的广泛应用。(3) GPS水汽遥感技术，分地基和空基两种。该技术的优点是具有较高的精度，可以全天候观测而不受气溶胶、云和降水的影响，具有很高的垂直分辨率和时间分辨率(可获得半小时甚至几分钟高时间分辨率水汽资料)，无需校准、设备维护简单等优势，是当前研究的热点^[22-30]。但目前我国地基GPS的布网工作正在开展之中，可供研究的资料还很少。总体来讲，目前最常用的计算水汽总量的方法是无线电探空和GPS水汽遥感技术。

当前地面水汽压的估算方法包括传统研究方法和遥感方法。传统的地面水汽压研究方法主要有地理因子回归统计法和插值方法两种。地理因子回归统计法通过建立地面水汽压与地理要素之间的回归模型来推算地面水汽压^[31,32]；另一种方法是根据空间插值方法进行水汽压研究^[35]，不同的插值方法得到的结果往往有所不同^[33,34]。第二种是遥感方法，它主要的理论依据是大气中的水汽对电磁波的衰减作用^[36]。遥感方法具有较高的时间和空间分辨率，且在人烟稀少且人迹罕至地区同样可以得到详实的大面积观测^[37]。因此，利用常规气象观测数据和覆盖范围广阔的遥感资料相结合，将是解决高分辨率地面水汽压模拟的有效方法之一。

利用SVP估算PWV的研究,可以追溯到100 a前，前人的各项研究表明PWV 与 SVP确实存在很强的相关性,但是建立的模型不尽相同。国内外研究学者发现，PWV与SVP之间存在简单的倍数关系^[9]、对数关系^[10,11,12]、线性关系和二次曲线关系^[13,14]。这主要是由于研究区域不同造成的统计模型差异。以往的研究都是以观测数据为基础，因而无法在空间上保持连续性和一致性。此外，在对无观站区域研究也有一定难度，随着遥感技术发展，空间上大尺度的监测水汽参数已经成为可能。

2. 研究的基本内容

本文依据大气含水量和地表水汽压的相关理论,应用envi5.1和arcgis9.3等软件的技术支持，结合excel软件中的统计分析功能，研究云南省不同地域和不同时间段的可降水量与地表水汽压之间的关系，找出地表水汽压的估算方法。论文中涉及内容概括为：

u 国内外对大气含水量和地表水汽压及二者关系的研究现状

u 研究区域的数据预处理

u 云南省不同区域不同时段的可降水量和地表水汽压的计算

3. 实施方案、进度安排及预期效果

一、实行方案：

本研究在地理信息系统软件arcgis9.3和遥感软件envi5.1的支持下，基于云南省多年月均值可降水量modis数据，计算出云南省各地不同时间的地表水汽压，借助统计分析工具拟合出可降水量与地表水汽压的关系，进而找出地表水汽压的估算方法。最后将地表水汽压的估算值与实际值进行对比分析，得出结论。

数据来源：我国云南省多年月均值可降水量modis数据

4. 参考文献

[1] decosmo j., katsaros k. b., smith s. d., et al. air-sea exchange of water vapor and sensible heat: the humidity exchange over the sea（hexos）results [j]. journal of geophysical research,1996,101（c5）: 12001–12016 .

[2]held isaac m.，soden brian j. annual review of energy and the environment [j]. water vapor feedback and global warming, 2000,25: 441-475.

[4]starr p., peixoto, j. p. on the global balance of water vapor and the hydrology of deserts [j]. tellus, 1958, 10（2）:188–194.

[5]solomon susan, rosenlof karen.h., portmann robert.w., et al.contributions of stratospheric water vapor to decadal changes in the rate of global warming [j]. science, 2010, 327: 1219-1223