祁連山地面風(fēng)場分布特征分析

把 黎，王瀟雅，張文煜

（1.蘭州大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，甘肅 蘭州 730000；2.中國氣象局云霧物理環(huán)境重點實驗室，北京 100081）

研究區(qū)域祁連山位于歐亞大陸腹地，山麓周圍戈壁、沙漠環(huán)抱。由于顯著的高山增水效應(yīng)[1]，祁連山頂發(fā)育有穩(wěn)定性冰川，山間植被覆蓋，且孕育了黑河、石羊河和疏勒河[2]，作為西北地區(qū)的生態(tài)屏障，開發(fā)其云水資源，增加有效降水顯得十分重要[3]。山區(qū)風(fēng)場的特點直接影響著動量、熱量和水汽的輸送，從而影響著山區(qū)氣象要素的分布[4]。

復(fù)雜地形下，近地面風(fēng)不同區(qū)域差異較大[5]。呂萍[6]等人通過對庫姆塔格沙漠及其周邊地面觀測分析發(fā)現(xiàn)，近地面風(fēng)場，春季受青藏高原地形影響，偏北氣流向南運行在途經(jīng)沙漠的過程中發(fā)生3 個分支；Liu Z[7]等人在對塔克拉瑪干沙漠近地層風(fēng)場的分析發(fā)現(xiàn)，風(fēng)向的變化受盛行氣團的控制，具有分支和轉(zhuǎn)向的特征，分支線在東西方向擺動；周立波[8]等人研究認(rèn)為，珠峰北坡絨布河谷地面風(fēng)場在局地強風(fēng)期間受青藏低壓控制盛行強西風(fēng),局地弱風(fēng)期間受來自孟加拉灣和阿拉伯海地區(qū)低壓的影響為弱東南風(fēng)；竇晶晶、曾佩生等人分析北京的觀測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)[9-10]，近地層風(fēng)場受季節(jié)盛行風(fēng)、地形和城市作用共同影響，有繞流現(xiàn)象；王麗榮[11]等人研究發(fā)現(xiàn)，由于太行山地形的影響，在河北中南部，地面存在著幾乎定常的風(fēng)向輻合；趙慶云[12]等人認(rèn)為，關(guān)中喇叭口地形以及秦嶺山脈在六盤山東側(cè)使該地多產(chǎn)生風(fēng)向輻合。夏威夷近地層風(fēng)場分析發(fā)現(xiàn)，夏威夷東北和東南部風(fēng)場存在日變化[13-14]，科羅拉多地區(qū)圣胡安山山脈的上風(fēng)區(qū)經(jīng)常存在一個風(fēng)場的水平匯合區(qū)[15]。

祁連山區(qū)作為西北地區(qū)的重要生態(tài)屏障，不同下墊面、不同區(qū)域的地面風(fēng)場有何特征，如何分型？對其研究，將對深入認(rèn)識祁連山區(qū)地形云降水過程以及進一步分析適宜人工增雨的氣象條件提供參考。

1 資料和方法

采用歐洲中心的ERA-interim 再分析資料，該資料使用了更新的四維同化（4D-Var）技術(shù)，物理模型更加優(yōu)化，時空分辨率高[27]。研究選取2018 年94°～104°E，36°～40°N 范圍，空間分辨率為0.125°×0.125°，時間分辨率為6h 的地面風(fēng)資料。研究區(qū)劃分為祁連山西段（94°E～98°E）、中段（98°E～101°E）和東段（101°E～104°E）。采用統(tǒng)計分析的方法進行研究工作。

圖1 祁連山地區(qū)地貌

2 祁連山地面風(fēng)場分析

2.1 祁連山西段地面風(fēng)場分析

祁連山西段為94°E-98°E，36°N-40°N 之間的部分，主要包括大雪山、托勒南山、野馬南山、疏勒南山、黨河南山、土爾根達坂山、宗務(wù)隆山。

祁連山西段常見的風(fēng)場類型為以山體為中心，氣流向外輻散，但輻散中心的位置并不確定，可能出現(xiàn)在山體的很多地方，由于輻散中心位置的變化，祁連山區(qū)西段山系不同區(qū)域的風(fēng)場存在差異。輻散中心最常出現(xiàn)的位置是黨河南山至土爾根達坂山的中西部，此時祁連山西段整個山區(qū)的北部野馬南山、大雪山、托勒南山及黨河南山盛行西南氣流，土爾根達坂山及宗務(wù)隆山中北部盛行偏西氣流，南部盛行西北或偏北氣流，而土爾根達坂山的西部盛行偏東氣流；當(dāng)偏西中心特別偏西時，土爾根達坂山全區(qū)盛行偏西氣流；當(dāng)青藏高原南風(fēng)強盛時，土爾根達坂山及宗務(wù)隆山的南部邊緣常有氣流的匯合。有時輻散中心位于祁連山西段偏北的位置，即北坡黨河南山至野馬南山一帶時，北部山區(qū)野馬南山、大雪山、托勒南山盛行偏南氣流，其西端黨河南山盛行偏東氣流，疏勒南山盛行偏西氣流，土爾根達坂山盛行偏南或偏東北氣流，宗務(wù)隆山盛行西北氣流。當(dāng)輻散中心位于祁連山西段偏南的位置，即土爾根達坂山南部時，基本上全區(qū)盛行西南或偏南氣流。有時整個祁連山西段都為輻散中心，此時祁連山西段北部山區(qū)、土爾根達坂山北部及疏勒南山為偏南氣流，土爾根達坂山西部為偏東氣流，土爾根達坂山南部及宗務(wù)隆山為偏北氣流。

對偏西或西北來向的氣流，在經(jīng)過祁連山時有以下特征：除了在祁連山區(qū)西段表現(xiàn)為一致的偏西或西北氣流以外，大部分氣流均產(chǎn)生繞流現(xiàn)象，即在北部山區(qū)為西南氣流，在土爾根達坂山南部及宗務(wù)隆山為西北氣流，土爾根達坂山中北部及疏勒南山以偏西氣流為主；另一部分偏西或西北氣流在整個祁連山西段主體表現(xiàn)為偏西或西北氣流，在托勒南山至疏勒南山一帶會有偏北氣流匯合的現(xiàn)象。

當(dāng)北部邊坡盛行偏東風(fēng)而祁連山西段主體盛行偏西風(fēng)時，容易在祁連山西段北部邊坡處形成氣旋式環(huán)流。

圖2 祁連山西段地面風(fēng)場類型

2.2 祁連山中段地面風(fēng)場分析

祁連山中段為98°E-101°E，36°N-40°N 之間的部分，包括走廊南山、冷龍嶺的西段、托來山、大通山以及青海南山。

祁連山中段主體受偏西氣流影響，整體氣流呈現(xiàn)輻散形勢，在北坡走廊南山、托來山及冷龍嶺處轉(zhuǎn)為西南氣流，大通山處為偏西氣流，在南坡青海南山處轉(zhuǎn)為西北、偏北甚至是東北氣流，并且在青海南山的最南部邊坡受青藏高原而來的偏南風(fēng)影響，在此處形成氣流的匯合，有時南坡輻散形勢表現(xiàn)的不太明顯時，青海南山受偏西氣流影響，不會在邊坡形成氣流的匯合。當(dāng)高原南風(fēng)強盛時，青海南山轉(zhuǎn)為偏南氣流。當(dāng)高原南風(fēng)強盛且南坡輻散形勢較弱時，祁連山區(qū)中段為一致的西南氣流。

當(dāng)祁連山中段主體為偏西氣流，沿河西走廊為西北、偏北或東北氣流時，氣流在走廊南山及冷龍嶺邊坡處形成匯合西北氣流，有時河西走廊的西北氣流比較強盛時，會沿走廊南山及冷龍嶺之間的埡口流入，在達坂山的西端形成匯合西北氣流。

祁連山主體為偏西或西南氣流，河西走廊為偏東或東北氣流，容易在祁連山中段北坡形成氣流的匯合，該氣流匯合帶基本維持在38.5°N-39°N，99°E-100°E 之間。

有時來自河西走廊的偏東風(fēng)較強，爬上祁連山主體可到達青海南山，在青海南山與來自高原的偏南氣流及來自祁連山主體的偏西氣流匯合。

圖3 祁連山中段地面風(fēng)場類型

2.3 祁連山東段地面風(fēng)場分析

祁連山東段為101°E-103.5°E，36°N-38.5°N 之間的部分，包括冷龍嶺的中東段、烏鞘嶺、達坂山以及拉脊山。

祁連山東段最常見的地面風(fēng)場受偏西氣流影響，氣流在北部山區(qū)冷龍嶺中東段、烏鞘嶺、達坂山和南部山區(qū)拉脊山呈現(xiàn)出不同的態(tài)勢，在北部山區(qū)氣流呈輻散形勢，偏西氣流在冷龍嶺山脈段轉(zhuǎn)為西南氣流，在達坂山脈段轉(zhuǎn)為西北氣流，冷龍嶺和達坂山之間的谷地以及烏鞘嶺為偏西氣流，而南部山區(qū)拉脊山受青藏高原輻散氣流影響，為西南氣流，有時青藏高原的影響不明顯，且北部山區(qū)的輻散形勢強烈時，拉脊山受輻散氣流邊緣的西北或東北氣流影響。當(dāng)北部山區(qū)的輻散形勢不明顯并且青藏高原的輻散氣流強烈時，整個祁連山東部都轉(zhuǎn)為西南或偏南氣流，當(dāng)北部山區(qū)輻散形勢明顯且青藏高原的南風(fēng)強烈時，易在拉脊山形成輻合。

東南來向的風(fēng)在下半年影響范圍可達整個祁連山東部，在夜間東南氣流呈輻散形勢，東南氣流沿拉脊山至達坂山的谷地北上，并以谷地呈中心向外輻散，在達坂山至冷龍嶺一線轉(zhuǎn)為偏南氣流，白天，東南氣流在北上的同時在冷龍嶺呈匯合形勢。東南氣流在北上時有時只到達冷龍嶺處就轉(zhuǎn)為偏東氣流，此時冷龍嶺北部常為偏北氣流與南來的東南氣流在冷龍嶺處匯合向東流去，此時拉脊山、達坂山東部、烏鞘嶺均為東南氣流，冷龍嶺為偏北氣流，達坂山中西部為偏東氣流。

西北來向的氣流也是祁連山東部常見的氣流類型，與東南氣流類似，白天在冷龍嶺及達坂山處常呈匯合形勢，夜間在冷龍嶺及達坂山的谷地呈輻散形勢。有部分氣流沿河西走廊南下時在冷龍嶺處轉(zhuǎn)為偏東氣流，有時東北氣流強盛時，在整個祁連山東部均受東北氣流影響。

冷龍嶺北坡為西北氣流，冷龍嶺中部及達坂山中西部為偏西氣流，拉脊山及達坂山東部為西南氣流，烏鞘嶺及冷龍嶺東部為東南氣流，此時容易在冷龍嶺形成氣旋式輻合。冷龍嶺、達坂山、烏鞘嶺西部為一致西北氣流，拉脊山為偏西氣流，烏鞘嶺中東部為東南氣流，此時容易在烏鞘嶺形成氣旋式輻合。當(dāng)山脈北部盛行偏東氣流時，輻合中心在冷龍嶺和達坂山的谷地處、或烏鞘嶺和達坂山的谷地處、或者在達坂山處。

圖4 祁連山東段地面風(fēng)場類型

3 結(jié)論

利用2018 年ERA-interim 再分析資料，統(tǒng)計分析了祁連山地區(qū)的地面風(fēng)場分布特征發(fā)現(xiàn)，受大氣環(huán)流及地形的影響，祁連山區(qū)存在一些定常性的風(fēng)場環(huán)流特征，研究結(jié)果表明：祁連山區(qū)盛行氣流主要有7 種類型；西北氣流型，西北轉(zhuǎn)東北氣流型，東南或偏南氣流型，東南轉(zhuǎn)東北氣流型，西北-東南氣流輻合型，東北-西南氣流輻合型，偏西或西南氣流型。