祁连山云和空中水汽资源的季节分布与演变

海拔 2 159 .1 2 311 .3 2 271 .5 2 073 .2 3 043 .9 3 368 .3 3 320 .0 2 788 .5 2 851 .0
表 2 祁连山区域其他 25 个气象站基本情况 T able 2 Th e b asic cir cum stance s of th e oth er 25 w eather
式为：
∫ ∫ 1
Q u
＝g
P tq
ps
×udp Q v
1 ＝g
Pt
q ×vdp
ps
式中，Q u，Q v 的单位为 kg/（m ·s）。
Q
Q
５ ５ ５５ 水汽通量散度：D ＝αcosφu λ＋αφv ，式中 D 的
单位为 kg/（m 2 ·s），α为地球半径，φ和 λ分别为
纬度和经度。
净水汽通量定义为某个区域流入和流出水汽通
年总云量在 4.7 ～5.5 成之间（1960—2004 年 45 年平均值，下同），其分布与山脉走向一致（图 略），呈自西北向东南 增加的趋势，祁连山 的中东段 为相对高值区，总云量在 5.1 ～5.5 成之间。春、夏、 秋三季总云量 与年总云 量的分布基 本一致。其中， 春季是祁连山区总云量最多的季节，在 5.9 ～6.7 成 之间；夏季次之（图 3a），在 5.2 ～6.6 成之间，其中 祁连山中段的野牛沟—祁连和东段的乌鞘岭各存在 一个 6.4 ～6.6 成的闭合高值中心；秋季在 3.8 ～ 5.2 成之间。冬季是祁连山总云分布最少的季节，总 云量分布形势与其它 季节相反，呈自西段 和东段向 中段减少趋势，等值线呈倒“Ω”分布，云量在 3.4 ～ 4.6 成之间（图 3b），低值闭合中心位于祁连山中段 的野牛沟—祁连一带（3.4 成）。
（1.兰州区域气候中心，甘肃 兰州 730020；2.中国气象局兰州干旱气象研究所，甘肃省干旱气候变化 与减灾重点实验室，甘肃 兰州 730020；3.兰州中心气象台，甘肃 兰州 730020）
摘 要：祁连山云和空中水汽资源具有明显的季节变化特征：总云量春季最多，夏季次之，低云量夏 季最多，春季次之。近 45 年中的春季和夏季，总云量在减少，低云量在增加，对应降水也在增加；秋 季三者都为减少趋势；冬季总云量和降水在增加，但低云却呈减少趋势。相关分析表明，总云和降 水在夏季、秋季呈显著正相关，低云和降水在春季、夏季及秋季呈正相关；值得注意的是冬季低云和 降水在祁连山的中东段呈负相关，但通不过信度检验。空中水汽主要沿两条路径输送到祁连山，平 均状况下祁连山存在较强的水汽辐合，且东段辐合（－0.1 ～－0.05 kg/（m 2 ·s））强于中西段 （－0.05 ～0 kg/（m 2 ·s））。地中海、黑海、里海、咸海、阿拉伯海和孟加拉湾是祁连山的水汽输送 源地，但各个季节又有所不同。祁连山区域的水汽收支表明，春季净水汽通量在 1979 年以后一直 为正且呈增加趋势，夏季整个区域基本上是个“水汽汇”，秋季和冬季则一直为负。分析认为祁连 山春、夏两季空中云水资源具有较好的开发潜力。 关 键 词：祁连山；总云；低云；大气可降水量；水汽通量；水汽源地 中图分类号：P426 文献标识码：A
站名
肃北 肃南 民乐 古浪 乌鞘 岭 托勒 野牛 沟 祁连 门源
纬度 3 9.3 1 38 .5 3 8.2 7 3 7.2 9 3 7.1 2 3 8.4 8 3 8.2 5 3 8.1 1 3 7.2 3
经度 9 4.53 9 9.37 10 0.49 10 2.54 10 2.52 9 8.25 9 9.35 10 0.15 10 1.37
950
地球科学进展 第 21 卷
图 1 祁连山区域 范围分布（圆点表 示祁连山站 点，三角形表示 其它站点） Fig.1 The re gion Qilian m ou nt ain ar ea
的分布与地形 吻合的很 好，天山—昆仑 山—祁 连山 一线是云量的高值 区［10］ 。那么 祁连 山总 云和低 云 具有怎样的分布特点？ 3 .1 云的月际分布特征
经度 4 0.15 4 0.53 4 0.27 4 0 .3
40 3 9.77 3 9.37 3 8.75 3 8.42 3 8.93 3 8 .8 3 8.23 3 7.92
站名
民勤 大柴 旦 德令 哈 格尔 木 诺木 洪 都兰 恰卜 恰 西宁 贵德 皋兰 永登 兰州
纬度 103 .08 95 .37 97 .37 94 .9 96 .42 98 .1 100 .62 101 .75 101 .43 103 .93 103 .25 103 .88
当前，我们一方面要面对河西走廊经济社会发 展对水资源日益增长的需求，另一方面又要面对作 为绿洲生态主导因素的有限的水资源，雪线上升将 直接导致“天然固体水库”不断缩减的现实，因此如 何实现水资源的“开源”将关系该地区的可 持续发 展。河西走廊的水资源以大气降水、地表水和地下 水等形式 存在［8］ ，大气 降水 作为 水循 环的 重要 一 节，可通过实施人工增雨（雪）来增加一地降水实现
下降趋势，雪线高度 略有升高［3］ 。祁连山森 林、冰 川和水资源现状调查研究表明［4］，祁连山存在冰川 在退缩、林分质量下降、河川径流量减少、生态环境 恶化的现象。由于水 资源是环境 系统中联系性 最 广、最活跃的因素，因此它对包括生物环境、土壤环 境及社会环境的整个生态环境系统都有直接和间接 的影响，青海湖周边 生态环境的 恶化［5］、石羊河 尾 闾民勤绿洲的萎缩［6，7］等说明了这一点。
祁连山区域范围： 如图 1 所示，本文选取 37.5 ～40°N ，92.5 ～ 105°E 之间的区域，计算和分析祁连山云和空中水 汽资源演变 特征。图中圆 点表 示祁 连山站 点（表 1），三角形表示使用云资料的其它站点（表 2）。
表 1 祁连山区 9 个气象站基本情况 Table 1 T he basic circu m stanc es of w eath er stations of Qilian M ountain area
经度 38 .63 37 .85 37 .37 36 .42 36 .43 3 6.3 36 .27 36 .72 36 .03 36 .35 36 .75 36 .05
3 祁连山云的分布和演变及与降水的 相关分析
宜树华［9］ 等研究指出，云的时空分布具有明显 的地域性和稳定性，在天山、昆仑山、祁连山等高山 区，因气流抬升而形成云或使云量增加，总云量、中 云 量要比周围地区多10％左右。西北地区总云量
and Low Cloud in Qபைடு நூலகம்lian M oun tain
到 12 月仅为 3.1 成，约为 6 月峰值的 46％；低云也 呈单峰型变化，1 月为 0.4 成，此后低云量开始持续 增加，7 月达到峰值 3.7 成，进入 8 月，低云量开始
减少，到了 12 月，低云量减少到 0.4 成，约为 7 月峰 值的 10.8％。此外还可以看出，祁连山总云量在 春、夏两季（3 ～8 月）基本维持在 6.0 ～7.0 成之间 变化，是云量分 布最 多 的半 年，而 低云 量 只在 夏季 （6 ～8 月）最高，其它季节远小于夏季。 3.2 云的季节分布特征
第 21 卷第 9 期 2006 年 9 月
地球科学进展 A DV ANCES IN EA RTH SCIEN CE
Vol.21 No.9 Se p.，2006
文章编号：1001 -8166（2006）09-0948 -08
祁连山云和空中水汽资源的季节分布与演变
王宝 鉴1，2 ，黄玉霞2，3，王劲 松2，陶健红 3
第 9 期 王宝鉴等：祁连山云和空中水汽资源的季节分布与演变
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开源的目的。由于水汽是降水的物质基础，那么祁 连山云和空中水汽资源具有什么特点？
2 资料和方法
资料：气象观测资料取自位于祁连山区域 34 个
气象站 1960—2004 年总云、低云和降水的月平均资
station s of Qilian M ou ntain Region
站名
敦煌 安西 玉门 金塔 鼎新 肃州 高台 冷湖 野 牛沟 张掖 山丹 永昌 武威
纬度 94 .68 95 .77 97 .03 99 .52 9 8.9 98 .48 99 .83 93 .33 99 .58 10 0.43 10 1.08 10 1.97 10 2.67
料；空中水汽的诊断采用 NCEP /NCAR 资料：1960—
2004 年月平均再分析资料，水平规格为 2.5°×
2.5°，u，v 为垂直 17 层纬向风分量和经向风分量，
比湿 q
为垂直
8
层（1000
～300
hP a），地面气压
p s
（下同）。
方法：
（1）大气可降水量
大气可降水量为从地表到大气顶单位面积的空
收 稿日 期 ：2006 -0 5-29 ；修 回日 期 ：2006 -08 -20 . * 基 金项 目 ：中 国科 技 部 科研 院 所社 会 公益 研 究 项目“中 国 干旱 气 象灾 害 监测 预 警 方法 研 究”（20 04 DIB5J192 -02 -02）. 作 者简 介 ：王 宝鉴（197 4-），男，甘肃 会 宁 人，工程 师 ，硕 士，主要 从 事 气候 变 化研 究 .E -m ail：w angbj＠ gsm a.
气柱内的水汽含量：W
＝1 g
∫ptq ps
dp，其中
W
的单位为
m m ，q 为比湿，pt 为大气顶气压，pt 取 300 hPa（下 同），g 为重力加速度（下同）。
（2）水汽通量、水汽通量散度及净水汽通量
在 P 坐标系中，单位时间通过垂直于风向的底
边为单位长度、高为整层大气柱的面积上的总的水
汽通量 Q（垂直积分的水汽通量）的经、纬向计算公
量之差，其中，
净纬向风水汽通量 Δqu ＝（qu －qu ）×l×2.5
west
eas t
净经向风水汽通量 若
v south
＜0
和
v n
orth
＜0
时：
Δqv
＝qvnor th
×l ×2.5
×co
s（lat2）－
q
v s
ou
th
×
l ×2.5 ×co s（lat1）
若
v sou
th
＞0
时：
Δqv
＝qvsou th
1 引 言
祁连山脉位于甘肃河西走廊西南、青海高原东 北部，地理位置在 93°30′～103°E，36°30′～39°30′N 之间，呈西北—东南走向，其 4 000 m 以上终年积 雪，发育多条现代冰川，这些冰川资源是甘肃河西黑 河等内陆河、青海大通河的发源地以及青海湖最主 要的补给水源地，因此祁连山水资源的变化将直接 影响该地区经济社会的可持续发展。研究表明［1］， 自 80 年代以来祁连山区气候明显变暖，各季气温显 著升高，尤以秋、冬两季升温最快，这可能是冬季黑 河流量显著增加，祁连山雪线上升的主要原因。蓝 永超等［2］发现，近50 年来河西祁连山东部地区出山 径流呈明显的下降趋势，中部地区出山径流的增加 趋势不是十分明显，西部出山径流呈明显的上升趋 势。祁连山区 1997—2004 年 6 ～8 月的积雪面积呈
近 45 年中（图 2），祁连山区逐月总云量呈单峰 型变化，即总云量从隆冬 1 月的 3.4 成迅速增加到 初夏 6 月的 6.8 成，达到一年中总云量分布的最高 峰值，随后的 7、8 两月总云量开始减少，9 月稍有维 持，进入深秋季节的 10 月后总云量持续快速减少，
图 2 祁连 山总云、低云的 月际变化 Fig.2 M onthly-varying variations of Total C loud
×l ×2.5
×co
s（lat1）－
q
v n
orth
×
l ×2.5 ×cos（lat） 2
式中净水汽通量单位为 kg/s，lat1
和
lat 2
分别
是某个区域的南和北边界的纬度，l 为单位 经纬度
的距离，l＝111.133 km 。
水汽源地的确定：
大气可降水量 W 表示一地从地表到大气顶单
位面积的空气柱内的水汽含量，考虑到气候平均状 况下水汽源地上空大气所含水汽含量应相当充沛， 因此一地的可能水汽输送源地是水汽输送路径上大 气可降水量大值区下方的海洋、江河及湖泊等地。