祁连山地面风场分布特征分析

把 黎，王潇雅，张文煜

（1.兰州大学大气科学学院，甘肃 兰州 730000；2.中国气象局云雾物理环境重点实验室，北京 100081）

研究区域祁连山位于欧亚大陆腹地，山麓周围戈壁、沙漠环抱。由于显著的高山增水效应[1]，祁连山顶发育有稳定性冰川，山间植被覆盖，且孕育了黑河、石羊河和疏勒河[2]，作为西北地区的生态屏障，开发其云水资源，增加有效降水显得十分重要[3]。山区风场的特点直接影响着动量、热量和水汽的输送，从而影响着山区气象要素的分布[4]。

复杂地形下，近地面风不同区域差异较大[5]。吕萍[6]等人通过对库姆塔格沙漠及其周边地面观测分析发现，近地面风场，春季受青藏高原地形影响，偏北气流向南运行在途经沙漠的过程中发生3 个分支；Liu Z[7]等人在对塔克拉玛干沙漠近地层风场的分析发现，风向的变化受盛行气团的控制，具有分支和转向的特征，分支线在东西方向摆动；周立波[8]等人研究认为，珠峰北坡绒布河谷地面风场在局地强风期间受青藏低压控制盛行强西风,局地弱风期间受来自孟加拉湾和阿拉伯海地区低压的影响为弱东南风；窦晶晶、曾佩生等人分析北京的观测数据发现[9-10]，近地层风场受季节盛行风、地形和城市作用共同影响，有绕流现象；王丽荣[11]等人研究发现，由于太行山地形的影响，在河北中南部，地面存在着几乎定常的风向辐合；赵庆云[12]等人认为，关中喇叭口地形以及秦岭山脉在六盘山东侧使该地多产生风向辐合。夏威夷近地层风场分析发现，夏威夷东北和东南部风场存在日变化[13-14]，科罗拉多地区圣胡安山山脉的上风区经常存在一个风场的水平汇合区[15]。

祁连山区作为西北地区的重要生态屏障，不同下垫面、不同区域的地面风场有何特征，如何分型？对其研究，将对深入认识祁连山区地形云降水过程以及进一步分析适宜人工增雨的气象条件提供参考。

1 资料和方法

采用欧洲中心的ERA-interim 再分析资料，该资料使用了更新的四维同化（4D-Var）技术，物理模型更加优化，时空分辨率高[27]。研究选取2018 年94°～104°E，36°～40°N 范围，空间分辨率为0.125°×0.125°，时间分辨率为6h 的地面风资料。研究区划分为祁连山西段（94°E～98°E）、中段（98°E～101°E）和东段（101°E～104°E）。采用统计分析的方法进行研究工作。

图1 祁连山地区地貌

2 祁连山地面风场分析

2.1 祁连山西段地面风场分析

祁连山西段为94°E-98°E，36°N-40°N 之间的部分，主要包括大雪山、托勒南山、野马南山、疏勒南山、党河南山、土尔根达坂山、宗务隆山。

祁连山西段常见的风场类型为以山体为中心，气流向外辐散，但辐散中心的位置并不确定，可能出现在山体的很多地方，由于辐散中心位置的变化，祁连山区西段山系不同区域的风场存在差异。辐散中心最常出现的位置是党河南山至土尔根达坂山的中西部，此时祁连山西段整个山区的北部野马南山、大雪山、托勒南山及党河南山盛行西南气流，土尔根达坂山及宗务隆山中北部盛行偏西气流，南部盛行西北或偏北气流，而土尔根达坂山的西部盛行偏东气流；当偏西中心特别偏西时，土尔根达坂山全区盛行偏西气流；当青藏高原南风强盛时，土尔根达坂山及宗务隆山的南部边缘常有气流的汇合。有时辐散中心位于祁连山西段偏北的位置，即北坡党河南山至野马南山一带时，北部山区野马南山、大雪山、托勒南山盛行偏南气流，其西端党河南山盛行偏东气流，疏勒南山盛行偏西气流，土尔根达坂山盛行偏南或偏东北气流，宗务隆山盛行西北气流。当辐散中心位于祁连山西段偏南的位置，即土尔根达坂山南部时，基本上全区盛行西南或偏南气流。有时整个祁连山西段都为辐散中心，此时祁连山西段北部山区、土尔根达坂山北部及疏勒南山为偏南气流，土尔根达坂山西部为偏东气流，土尔根达坂山南部及宗务隆山为偏北气流。

对偏西或西北来向的气流，在经过祁连山时有以下特征：除了在祁连山区西段表现为一致的偏西或西北气流以外，大部分气流均产生绕流现象，即在北部山区为西南气流，在土尔根达坂山南部及宗务隆山为西北气流，土尔根达坂山中北部及疏勒南山以偏西气流为主；另一部分偏西或西北气流在整个祁连山西段主体表现为偏西或西北气流，在托勒南山至疏勒南山一带会有偏北气流汇合的现象。

当北部边坡盛行偏东风而祁连山西段主体盛行偏西风时，容易在祁连山西段北部边坡处形成气旋式环流。

图2 祁连山西段地面风场类型

2.2 祁连山中段地面风场分析

祁连山中段为98°E-101°E，36°N-40°N 之间的部分，包括走廊南山、冷龙岭的西段、托来山、大通山以及青海南山。

祁连山中段主体受偏西气流影响，整体气流呈现辐散形势，在北坡走廊南山、托来山及冷龙岭处转为西南气流，大通山处为偏西气流，在南坡青海南山处转为西北、偏北甚至是东北气流，并且在青海南山的最南部边坡受青藏高原而来的偏南风影响，在此处形成气流的汇合，有时南坡辐散形势表现的不太明显时，青海南山受偏西气流影响，不会在边坡形成气流的汇合。当高原南风强盛时，青海南山转为偏南气流。当高原南风强盛且南坡辐散形势较弱时，祁连山区中段为一致的西南气流。

当祁连山中段主体为偏西气流，沿河西走廊为西北、偏北或东北气流时，气流在走廊南山及冷龙岭边坡处形成汇合西北气流，有时河西走廊的西北气流比较强盛时，会沿走廊南山及冷龙岭之间的垭口流入，在达坂山的西端形成汇合西北气流。

祁连山主体为偏西或西南气流，河西走廊为偏东或东北气流，容易在祁连山中段北坡形成气流的汇合，该气流汇合带基本维持在38.5°N-39°N，99°E-100°E 之间。

有时来自河西走廊的偏东风较强，爬上祁连山主体可到达青海南山，在青海南山与来自高原的偏南气流及来自祁连山主体的偏西气流汇合。

图3 祁连山中段地面风场类型

2.3 祁连山东段地面风场分析

祁连山东段为101°E-103.5°E，36°N-38.5°N 之间的部分，包括冷龙岭的中东段、乌鞘岭、达坂山以及拉脊山。

祁连山东段最常见的地面风场受偏西气流影响，气流在北部山区冷龙岭中东段、乌鞘岭、达坂山和南部山区拉脊山呈现出不同的态势，在北部山区气流呈辐散形势，偏西气流在冷龙岭山脉段转为西南气流，在达坂山脉段转为西北气流，冷龙岭和达坂山之间的谷地以及乌鞘岭为偏西气流，而南部山区拉脊山受青藏高原辐散气流影响，为西南气流，有时青藏高原的影响不明显，且北部山区的辐散形势强烈时，拉脊山受辐散气流边缘的西北或东北气流影响。当北部山区的辐散形势不明显并且青藏高原的辐散气流强烈时，整个祁连山东部都转为西南或偏南气流，当北部山区辐散形势明显且青藏高原的南风强烈时，易在拉脊山形成辐合。

东南来向的风在下半年影响范围可达整个祁连山东部，在夜间东南气流呈辐散形势，东南气流沿拉脊山至达坂山的谷地北上，并以谷地呈中心向外辐散，在达坂山至冷龙岭一线转为偏南气流，白天，东南气流在北上的同时在冷龙岭呈汇合形势。东南气流在北上时有时只到达冷龙岭处就转为偏东气流，此时冷龙岭北部常为偏北气流与南来的东南气流在冷龙岭处汇合向东流去，此时拉脊山、达坂山东部、乌鞘岭均为东南气流，冷龙岭为偏北气流，达坂山中西部为偏东气流。

西北来向的气流也是祁连山东部常见的气流类型，与东南气流类似，白天在冷龙岭及达坂山处常呈汇合形势，夜间在冷龙岭及达坂山的谷地呈辐散形势。有部分气流沿河西走廊南下时在冷龙岭处转为偏东气流，有时东北气流强盛时，在整个祁连山东部均受东北气流影响。

冷龙岭北坡为西北气流，冷龙岭中部及达坂山中西部为偏西气流，拉脊山及达坂山东部为西南气流，乌鞘岭及冷龙岭东部为东南气流，此时容易在冷龙岭形成气旋式辐合。冷龙岭、达坂山、乌鞘岭西部为一致西北气流，拉脊山为偏西气流，乌鞘岭中东部为东南气流，此时容易在乌鞘岭形成气旋式辐合。当山脉北部盛行偏东气流时，辐合中心在冷龙岭和达坂山的谷地处、或乌鞘岭和达坂山的谷地处、或者在达坂山处。

图4 祁连山东段地面风场类型

3 结论

利用2018 年ERA-interim 再分析资料，统计分析了祁连山地区的地面风场分布特征发现，受大气环流及地形的影响，祁连山区存在一些定常性的风场环流特征，研究结果表明：祁连山区盛行气流主要有7 种类型；西北气流型，西北转东北气流型，东南或偏南气流型，东南转东北气流型，西北-东南气流辐合型，东北-西南气流辐合型，偏西或西南气流型。