六盘山地区大气水汽的时空差异与驱动因子分析

doi:10.11755/j.issn.1006-7639(2024)-03-0376

六盘山地区大气水汽的时空差异与驱动因子分析

邓佩云^,¹^,²^,³, 常倬林^,¹^,²^,³, 何佳¹^,²^,³, 杨萌⁴, 陈得圆⁵, 林彤¹^,²^,³, 穆建华¹^,²^,³, 戴言博¹^,²^,³

1.六盘山大气科学宁夏回族自治区野外科学观测研究站，宁夏银川 750002

2.中国气象局旱区特色农业气象灾害监测预警与风险管理重点实验室，宁夏银川 750002

3.宁夏气象防灾减灾重点实验室，宁夏银川 750002

4.四川省宜宾市气象局，四川宜宾 644000

5.兰州中心气象台，甘肃兰州 730020

Research on temporal and spatial differences of atmospheric water vapor and its driving factors over Liupan Mountain area

DENG Peiyun^,¹^,²^,³, CHANG Zhuolin^,¹^,²^,³, HE Jia¹^,²^,³, YANG Meng⁴, CHEN Deyuan⁵, LIN Tong¹^,²^,³, MU Jianhua¹^,²^,³, DAI Yanbo¹^,²^,³

1. Liupanshan Atmospheric Science Field Observation and Research Station in Ningxia Hui Autonomous Region， Yinchuan 750002， China

2. Key Laboratory of Monitoring， Warning and Risk Management of Characteristic Agrometeorological Disasters in Arid Regions， China Meteorological Administration， Yinchuan 750002， China

3. Ningxia Key Laboratory of Meteorological Disaster Prevention and Mitigation， Yinchuan 750002， China

4. Yibin Meteorological Bureau of Sichuan Province， Yibin 644000， Sichuan， China

5. Lanzhou Central Meteorological Observatory， Lanzhou 730020， China

通讯作者: 常倬林（1981—），女，山西文水人，正高级工程师，主要从事大气物理与人工影响天气方面研究。E-mail:changzhl05@126.com。

责任编辑: 黄小燕；校对：王涓力

收稿日期: 2022-10-31 修回日期: 2023-01-4

基金资助:

国家自然科学基金区域创新发展联合基金项目(U22A20577)
宁夏回族自治区重点研发计划项目重点项目(2022BEG02010)
宁夏回族自治区科技创新团队“宁夏智能数字预报技术研究与应用”项目(2024CXTD006)
中国气象局旱区特色农业气象灾害监测预警与风险管理重点实验室开放研究项目(CAMF-202306)
中国气象局旱区特色农业气象灾害监测预警与风险管理重点实验室开放研究项目(CAMF-201814)
中国气象局创新发展专项(CXFZ2022J035)

Received: 2022-10-31 Revised: 2023-01-4

作者简介 About authors

邓佩云（1993—），女，宁夏固原人，工程师，主要从事大气物理与人工影响天气方面研究。E-mail:734785297@qq.com。

摘要

为有效开发六盘山地区空中云水资源，提高人工增雨的科学性，需掌握该区域大气水汽的时空分布特征及其原因。利用1989—2018年六盘山地区国家基本站降水观测资料和同期欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF）第五代大气再分析资料（ERA5），分析该区域大气可降水量、比湿、相对湿度、水汽通量等大气水汽要素的时空变化，并从水汽输送、地形作用、浮力频率的影响等方面分析六盘山不同地区水汽条件及降水差异的原因。结果表明：一年中绝大多数时间六盘山山顶及东坡大气水汽条件均优于西坡，大值区主要集中在六盘山系主峰附近，并具有明显的季节变化特征。六盘山东坡，受地形抬升作用引起500 hPa辐散、700 hPa辐合的动力场，在夏季最明显，冬季最弱；浮力频率冬季最高，夏季最低；东坡更高的浮力频率及更陡峭的地形，使重力波效应更为明显，具备更有利的垂直上升扩散条件及更大的降水潜力。

关键词： 六盘山; 大气可降水量; 水汽条件; 地形抬升; 影响因子

Abstract

In order to effectively develop the cloud water resources in the Liupan Mountain area and improve the scientificity of artificial precipitation enhancement, it is necessary to grasp the spatial and temporal distribution characteristics of atmospheric water vapor in the region and its causes. In this paper, the precipitation observation data of national basic meteorological stations in the Liupan Mountain area from 1989 to 2018 and the Fifth Generation Atmospheric Reanalysis Data (ERA5) of European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) during the same period are used to analyze the spatial and temporal changes of atmospheric water vapor elements such as precipitable water, specific humidity, relative humidity and water vapor flux in this area. The reasons for the difference of water vapor conditions and precipitation in different areas of the Liupan Mountain area are analyzed from the aspects of water vapor transport, terrain effect and influence of buoyancy frequency. The results show that the water vapor conditions over the top and the east slope of the Liupan Mountain are better than those over the west slope in most of the year. The large value areas are mainly concentrated near the main peak of the Liupan Mountain, and water vapor condition has obvious seasonal variation characteristics. Over the eastern slope of the Liupan Mountain, the dynamic field of 500 hPa divergence and 700 hPa convergence caused by the uplift of the terrain is the most obvious in summer and the weakest in winter. The buoyancy frequency is the highest in winter and the lowest in summer. The higher buoyancy frequency and steeper terrain on the eastern slope make the gravity wave effect more obvious, resulting in more favorable vertical upward diffusion conditions and greater precipitation potential.

Keywords： the Liupan Mountain area; atmospheric precipitable water; water vapor condition; orographic lifting; impact factor

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本文引用格式

邓佩云, 常倬林, 何佳, 杨萌, 陈得圆, 林彤, 穆建华, 戴言博. 六盘山地区大气水汽的时空差异与驱动因子分析[J]. 干旱气象, 2024, 42(3): 376-384 DOI:10.11755/j.issn.1006-7639(2024)-03-0376

DENG Peiyun, CHANG Zhuolin, HE Jia, YANG Meng, CHEN Deyuan, LIN Tong, MU Jianhua, DAI Yanbo. Research on temporal and spatial differences of atmospheric water vapor and its driving factors over Liupan Mountain area[J]. Arid Meteorology, 2024, 42(3): 376-384 DOI:10.11755/j.issn.1006-7639(2024)-03-0376

0 引言

在全球气候变暖的背景下，极端降水与干旱同步频发（薛媛和薛晓萍，2022），以干旱为代表的生态问题严重制约着经济社会和农业生产的发展（张继波等，2019；王莺等，2022），其中降水季节性分配不均是导致极端干旱频发的主要原因之一（刘珂和姜大膀，2014）。为应对日益紧迫的水资源短缺问题，20世纪90年代以来，国内外学者利用多种手段对大气中的水汽条件进行研究（Rocken et al.， 1995；王婉等，2021；刘宇佳等，2023），发现大气水汽含量、大气可降水量等空中水汽条件及水汽输送特征与区域旱涝状况有较高的相关性（徐祥德等，2002；刘炜等，2021）。地形在降水的发展、维持中发挥着重要作用（胡振菊等，2022），地形的强迫抬升作用会影响云中垂直气流的分布，从而影响降水的发展（廖菲等，2006），山体高度与宽度对过山气流和上升气流强度的直接影响会改变局地降水的位置和降水量（Kirshbaum and Durran， 2004；Morales et al.，2019）。此外，地形对大气的辐合强迫作用会导致空气密度的局地变化，进而产生重力波（陈炜和李跃清，2018），导致高空产生大量过冷水，并形成波状冰云，与地形云结合形成冰晶播撒云和供给云的混合云系统，从而增加降水效率（Reinking et al.，2000）。

西北地区地处欧亚大陆腹地，作为我国水资源最短缺的地区之一，干旱少雨、灾害性天气多、水汽来源匮乏（韩雪云等，2019；薛亮等，2023；张强等，2023）。宁夏六盘山地区是西北地区空中水汽输送的主要通道之一，该地降水时空差异大，年均降水量高于宁夏的引黄灌溉区与中部干旱带（常倬林等，2015；张沛等，2020），是国家生态主体功能区“两屏三带”的“黄土高原—川滇生态屏障”的重要组成部分。六盘山地区位于东亚夏季风、西风带和高原季风交汇处，地处青藏高原东北边缘地带，也是强对流天气多发区（唐国瑛等，2022），研究复杂山地的水汽条件及输送特征对揭示山地特殊地形下暴雨等灾害性天气的成因具有重要意义（庄晓翠等，2022），此外，研究空中云水资源气候变化特征对空中水资源开发利用及人工增雨的效果评估也尤为重要（尹宪志等，2020）。六盘山地区水汽主要来源于低层孟加拉湾、南海及印度洋的暖湿气流，水汽输送特征表现为700 hPa以西南风水汽输送为主导，将孟加拉湾的水汽不断向北输送（陈海波等，2013；邓佩云等，2021）。该地区降水天气的主要影响系统为500 hPa低槽和700 hPa风切变、低空急流，强降水过程水汽主要来自700 hPa水汽输送（冯建民，2012），但不同季节、不同区域空中云水资源的变化特征尚不明晰，人工影响天气的作业能力亟待提高。因此，本文基于1989—2018年六盘山地区国家基本站降水观测资料和同期欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF）第五代大气再分析资料（ERA5），对六盘山地区降水和大气可降水量、700 hPa比湿、相对湿度、水汽通量等的时空分布特征进行分析，并关注地形等驱动因子的作用，以期为当地科学开展人工增雨作业、高效开发空中云水资源提供科学依据，也可为气候模式云模拟的改进提供参考。

1 研究区概况

六盘山位于宁夏南部，是我国大地形中比较小的一个典型近似南北走向（与南北方向夹角近30°）的连续山脉（西北接青藏高原北麓祁连山东部余脉，东南接秦岭西部余脉），山地东坡陡峭，坡度为26°~60°，西坡平缓，坡度为20°~35°。六盘山地区气候属中温带半湿润向半干旱过渡带，具有大陆性和海洋季风边缘气候特点，区域年均降水量高于宁夏的引黄灌溉区与中部干旱带，但降水仍匮乏且差异大，其中东坡年均降水量大于西坡。六盘山地区海拔高度为1 295.0~2 942.0 m，最高海拔地为六盘山的主峰米缸山，山脊海拔高度在2 500.0 m以上。利用该区域6个国家基本站（西吉、隆德、六盘山、泾源、彭阳、固原站）作为典型代表站（图1），这些站点降水观测资料长达30 a，可代表西吉县、隆德县、泾源县、彭阳县、固原市5大行政辖区，核心站点六盘山气象站可揭示山顶的地面降水及空中水汽状况，海拔高度为2 845.2 m。其中，西吉、隆德站位于六盘山脉西坡，泾源、固原、彭阳站位于六盘山脉东坡。

图1

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图1 六盘山地区地形（单位：m）及气象站点空间分布

Fig.1 Topographic （Unit： m） and spatial distribution of meteorological stations in the Liupan Mountain area

2 资料与方法

2.1 数据来源

使用资料包括：1）1989—2018年六盘山地区6个国家基本站的逐日降水量观测数据；2）ECMWF发布的ERA5高分辨率再分析资料，该资料与ERA-Interim资料相比，融合了更多的观测数据，具有更高的时空分辨率，对于较小区域的研究更有利。资料空间分辨率为0.25°×0.25°，垂直分为19层（本文选取700、500 hPa），要素包括月平均大气可降水量、比湿、相对湿度、温度、风场和海平面气压场等。

2.2 主要方法

大气可降水量表示单位面积大气柱中所含水汽总量全部凝结降落到地面可以产生的降水量；比湿指湿空气中水汽质量与湿空气总质量之比，700 hPa比湿对地面降水具有强烈的指示意义，随着700 hPa比湿增大，降水的可能性也增大（赵美等，2011）。利用双线性插值法（陈国华，2013）将ERA5再分析资料的整层大气可降水量与700 hPa比湿、相对湿度、水汽通量及700 hPa和500 hPa水汽通量散度等格点数据插值到六盘山地区191个站点（6个国家基本站、185个区域自动站），对近30 a六盘山地区大气水汽要素进行时空分布特征分析，并进一步对六盘山地区的6个国家基本站的大气水汽条件进行定量分析。为便于分析，分4个季节把月平均大气可降水量等物理量分别相加并求平均，作为季节平均值。

水汽通量散度（张沛等，2020）及大气可降水量（黄露和范广洲，2018）的计算公式如下：

（1）

C = \nabla \cdot Q = \frac{1}{g} \int_{p_{s}}^{p_{t}} V \cdot \nabla q \cdot d p + \frac{1}{g} \int_{p_{s}}^{p_{t}} q \cdot (\nabla \cdot V) \cdot d p

（2）

W = - \frac{1}{g} \int_{p_{s}}^{p_{t}} q d p

式中： $Q$ [g·（s·hPa·cm）^-1]为水汽通量；C[g·（s·cm²·hPa）^-1]为水汽通量散度；q（g·kg^-1）为各层大气的比湿；V（m·s^-1）为风速矢量；p_s、p_t（hPa）分别为大气柱下界气压和上界气压；W为大气可降水量（mm）； $\nabla$ 为矢量微分算符，其中 $\nabla$ · $Q$ 、 $\nabla$ ·V分别表示矢量 $Q$ 、V的散度， $\nabla$ q表示矢量q的梯度；g（m·s^-2）为重力加速度。

3 降水量与空中水汽条件的时空分布特征

3.1 降水量

图2为1989—2018年六盘山地区降水量月变化。可以看到，六盘山地区的降水主要集中在6—9月，其中8月平均降水量最大为102.33 mm。夏季降水量最大为270.20 mm，秋季其次为117.32 mm，春季次之为87.89 mm，冬季最少为15.11 mm。表1列出1989—2018年不同季节六盘山地区典型代表站降水量。可以看出，不同季节六盘山地区降水量整体由东南向西北递减，南部降水量高于北部，东部高于西部。降水量主要集中在六盘山地区偏南部的六盘山系附近，具体表现为六盘山顶降水量最大，其次为六盘山系东坡的泾源站和西坡的隆德站，西吉、固原、彭阳站降水量相对较小，东坡降水量各季节平均值均高于西坡。其中，东、西坡降水量平均值差异春季最大，东坡平均降水量比西坡高5.58 mm，其次为秋季，东、西坡平均降水量差值为5.52 mm，夏季和冬季相差不大。春、夏、秋季泾源站降水量最大，六盘山、隆德、彭阳、西吉、固原站降水量依次减小；冬季六盘山站降水量最大，泾源、隆德、彭阳、西吉、固原站降水量依次减小。

图2

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图2 1989—2018年六盘山地区降水量月变化

Fig.2 Monthly variation of precipitation in the Liupan Mountain area during 1989-2018

表1 1989—2018年不同季节六盘山地区典型代表站降水量

Tab.1 Precipitation at typical stations in the Liupan Mountain area in different seasons during 1989-2018 单位：mm

季节	西吉	隆德	六盘山	泾源	彭阳	固原	平均
春季	73.06	87.78	108.49	122.77	57.82	77.40	87.89
夏季	226.28	285.71	340.02	355.04	155.89	258.24	270.20
秋季	95.57	118.92	151.10	155.89	81.80	100.61	117.32
冬季	9.69	15.86	25.56	19.42	8.26	11.84	15.11

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3.2 空中水汽条件

图3为用ERA5再分析资料计算的1989—2018年六盘山地区各站不同季节平均大气可降水量分布。可以看出，六盘山地区大气可降水量季节变化特征明显，夏季大气可降水量最充沛，平均值为20.53~26.26 mm，其次为秋季，平均值为10.52~13.97 mm，春季略少，平均值为8.22~10.92 mm，冬季最少，均值为3.55 mm~4.88 mm，这与前人研究该区域大气可降水量的数值范围基本一致（常倬林等，2015；方文维等，2019；邓佩云等，2021；常倬林和崔洋，2022）。

图3

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图3 1989—2018年六盘山地区各站不同季节平均大气可降水量分布（单位：mm）

Fig.3 The distribution of mean atmospheric precipitable water of each station in the Liupan Mountain area in different seasons during 1989-2018 （Unit： mm）

六盘山地区不同季节平均大气可降水量空间分布均表现为东高西低、南多北少的特征，大值区主要集中在六盘山系东坡的彭阳县和泾源县。为定量分析六盘山地区大气可降水量的差异，表2列出六盘山地区6个典型代表站1989—2018年不同季节平均大气可降水量。可见，春季彭阳站大气可降水量最大，其次依次为泾源、隆德、六盘山、固原站，西吉站最小；夏季彭阳站最大，其次依次为固原、泾源、六盘山、隆德站，西吉站最小；秋季彭阳站最大，其次依次为泾源、固原、隆德、六盘山站，西吉站最小；冬季彭阳站最大，其次依次为泾源、隆德、固原、六盘山站，西吉站最小。因此，六盘山地区东部及南部地区的云水资源开发潜力较强，其中彭阳站大气可降水量在四季均最大，但近30 a平均降水量却低于六盘山、泾源、隆德站，空中云水资源的开发有待进一步加强。

表2 1989—2018年不同季节六盘山地区典型代表站大气可降水量

Tab. 2 The atmospheric precipitable water at typical representative stations in the Liupan Mountain area in different seasons during 1989-2018 单位：mm

季节	西吉	隆德	六盘山	泾源	彭阳	固原
春季	9.01	9.24	9.21	9.41	10.11	9.19
夏季	21.54	21.88	21.90	22.18	24.33	22.25
秋季	11.35	11.55	11.53	11.73	12.87	11.65
冬季	3.93	4.05	4.02	4.09	4.46	4.03

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将1989—2018年不同季节ERA5再分析资料中700 hPa比湿、相对湿度、水汽通量插值到六盘山地区各站点（图略），发现其空间分布特征四季均表现为由东南向西北递减趋势，大值区主要集中在六盘山系附近，与大气可降水量的空间变化特征基本一致。选取六盘山地区的典型代表站进一步分析，由表3可见，六盘山地区700 hPa比湿表现为夏季最大，其次为秋季，春季次之，冬季最小。春、夏、冬季的比湿均表现为泾源站最大，其次依次为隆德、六盘山、西吉、彭阳、固原站；秋季泾源站最大，其次依次为隆德、六盘山、西吉、固原、彭阳站。

表3 1989—2018年不同季节六盘山地区典型代表站700 hPa比湿

Tab.3 The 700 hPa specific humidity at typical representative stations in the Liupan mountain area in different seasons during 1989-2018 单位：g·kg^-1

季节	西吉	隆德	六盘山	泾源	彭阳	固原
春季	3.14	3.27	3.25	3.36	3.09	3.05
夏季	7.47	7.70	7.68	7.82	7.32	7.33
秋季	3.88	3.98	3.97	4.07	3.76	3.77
冬季	1.31	1.36	1.35	1.38	1.28	1.27

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700 hPa相对湿度季节变化表现为夏季最大，秋季、春季次之，冬季最小（表4）。四季空间分布均表现为南大北小、东高西低的特征，大值区主要集中在六盘山系附近。春、夏、秋季均表现为泾源站最大，其次依次为六盘山、隆德、西吉、彭阳站，固原站最小；冬季泾源站最大，其次依次为隆德、六盘山、西吉、固原站，彭阳站最小。

表4 1989—2018年不同季节六盘山地区典型代表站700 hPa相对湿度

Tab.4 The 700 hPa relative humidity at typical representative stations in the Liupan Mountain area in different seasons during 1989-2018 单位：%

季节	西吉	隆德	六盘山	泾源	彭阳	固原
春季	53.84	55.56	55.57	57.11	53.23	52.20
夏季	65.36	67.77	67.99	69.34	64.56	64.18
秋季	59.72	60.86	61.04	62.30	57.84	57.76
冬季	49.68	50.64	50.51	51.36	47.97	48.07

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700 hPa水汽通量季节变化特征表现为夏季最大，秋季、春季次之，冬季最小（表5）。四季空间分布表现为春、冬季北大南小、东高西低，夏、秋季南大北小、东高西低，大值区主要集中在六盘山系附近。春季彭阳站最大，其次依次为固原、六盘山、泾源、隆德、西吉站；夏季泾源站最大，其次依次为隆德、六盘山、西吉、固原、彭阳站；秋季泾源站最大，其次依次为六盘山、隆德、彭阳、固原、西吉站；冬季彭阳站最大，其次依次为固原、六盘山、泾源、隆德站，西吉站最小。

表5 1989—2018年不同季节六盘山地区典型代表站700 hPa水汽通量

Tab.5 The 700 hPa water vapor flux at typical representative stations in the Liupan Mountain area in different seasons during 1989-2018 单位：g·(s·hPa·cm)^-1

季节	西吉	隆德	六盘山	泾源	彭阳	固原
春季	0.52	0.54	0.56	0.55	0.67	0.65
夏季	1.69	1.88	1.84	1.88	1.51	1.54
秋季	0.85	0.99	1.00	1.03	0.99	0.96
冬季	0.49	0.51	0.53	0.51	0.60	0.59

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综合对比分析可见，六盘山地区整层大气可降水量及700 hPa比湿、相对湿度、水汽通量季节变化特征均表现为夏季最大，秋季、春季次之，冬季最小。各季节空间分布特征表现为：春季东坡大气可降水量、700 hPa水汽通量均高于西坡，700 hPa比湿、相对湿度略低于西坡；夏季大气可降水量东坡高于西坡，700 hPa比湿、相对湿度、水汽通量均低于西坡；秋季东坡的大气可降水量、700 hPa水汽通量均高于西坡，700 hPa比湿、相对湿度均低于西坡；冬季东坡大气可降水量、700 hPa水汽通量均高于西坡，700 hPa比湿、相对湿度略低于西坡（表6）。

表6 1989—2018年不同季节六盘山地区平均空中水汽条件

Tab.6 The mean water vapor condition in the Liupan Mountain area in different seasons during 1989-2018

季节	区域	大气可降水量/mm	700 hPa比湿/（g·kg^-1）	700 hPa相对湿度/%	700 hPa水汽通量/[g·（s·hPa·cm）^-1]
春季	东坡	9.57	3.16	54.18	0.62
	西坡	9.12	3.20	54.70	0.53
	六盘山地区	9.36	3.19	54.59	0.58
夏季	东坡	22.92	7.49	66.03	1.64
	西坡	21.71	7.58	66.56	1.78
	六盘山地区	22.35	7.55	66.53	1.72
秋季	东坡	12.08	3.86	59.30	0.99
	西坡	11.45	3.93	60.29	0.92
	六盘山地区	11.78	3.90	59.92	0.97
冬季	东坡	4.19	1.31	49.13	0.57
	西坡	3.99	1.33	50.16	0.50
	六盘山地区	4.10	1.32	49.70	0.54

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4 空中水汽条件差异性成因分析

4.1 水汽通量散度场

图4为基于ERA5再分析资料的六盘山地区1989—2018年不同季节500、700 hPa水汽通量散度。可以看出，近30 a春季500 hPa平均水汽通量散度辐散区集中在六盘山系主峰附近，其中泾源县辖区最大达107.85 g·（s·cm²·hPa）^-1，次大值集中在隆德县辖区；700 hPa平均水汽通量散度的辐合区集中在泾源县，其中泾源站水汽通量散度为-172.90 g·（s·cm²·hPa）^-1，六盘山脉沿山为弱辐合区，而位于六盘山西坡的隆德县大部为弱辐散区，西吉县西部、隆德县西部、固原市东北部及彭阳县东部为辐散区，最大达65.94 g·（s·cm²·hPa）^-1。近30 a夏季500 hPa区域平均水汽通量散度辐散区主要集中在泾源县，隆德县中北部、西吉县西北部为弱辐散区，700 hPa平均水汽通量散度的辐合区集中在泾源县，彭阳县、西吉县西部和隆德县西部为辐散区。近30 a秋季500 hPa区域平均水汽通量散度辐散的大值区主要集中在泾源县，西吉县西北部、固原市南部、彭阳县北部、隆德县东部为弱辐散区；700 hPa平均水汽通量散度的辐合区集中在固原市南部、泾源县东北部和彭阳县西部。冬季各区域水汽通量散度场表现为500 hPa区域平均水汽通量散度辐散区集中在六盘山脉东侧，其中辐散的大值区集中在泾源县，隆德县东侧、西吉县西部、固原市南部和彭阳县西北部为弱辐散区；700 hPa辐合区集中在泾源县、隆德县东侧、西吉县东北侧、固原市中南部和彭阳县西南部。

图4

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图4 1989—2018年不同季节六盘山地区500、700 hPa平均水汽通量散度分布[单位：g·（s·cm²·hPa）^-1]

Fig.4 The distribution of mean water vapor flux divergence at high and low altitudes in the Liupan Mountain area in different seasons during 1989-2018（Unit： g·（s·cm²·hPa）^-1）

综上所述，六盘山脉附近及以泾源县辖区为代表的六盘山东坡受地形抬升作用引起的500 hPa辐散、700 hPa辐合的动力场，在夏季最明显，其次为秋季、春季，冬季最弱。六盘山脉的东坡比西坡、南部比北部具有更有利的降水发生发展条件。

4.2 动力条件

图5为1989—2018年研究区（103.00°E-109.00°E，33.00°N-37.00°N）垂直速度分别沿六盘山气象站（106.20°E，35.67°N）的垂直剖面。可以看出，六盘山及其西坡以上升运动为主，最大上升速度为40 Pa·s^-1，而山系东坡700 Pa以下有下沉运动，最大下沉速度达10 Pa·s^-1。六盘山及其北部以上升运动为主，六盘山脉上空有剧烈的垂直上升运动，最大上升速度达50 Pa·s^-1。距六盘山脉越远，上升速度越小，34.30°N以南700 hPa以内区域有明显上升运动，最大上升速度达10 Pa·s^-1，六盘山系东坡及南部的上升运动为该区域提供了较好的水汽输送动力条件。

图5

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图5 1989—2018年六盘山地区垂直速度分别沿35.67°N（a）、106.20°E（b）的垂直剖面（单位：Pa·s^-1）

（黑色填色为地形）

Fig.5 The vertical sections of vertical velocity along 35.67°N （a） and 106.20°E （b） in the Liupan Mountain area during1989-2018 （Unit： Pa·s^-1）

（the black filled for terrain）

李芳芳（2019）利用秒级探空资料对东亚地区的浮力频率及重力波的动量通量时空分布状况进行了探究，浮力频率作为重力波参数的重要影响因子，与重力波有显著的正相关关系，而地形与重力波也有较为明显的联系。2014—2017年六盘山脉东坡年均浮力频率为（1.3~1.5）×10^-4 s^-2，明显高于西坡[（1~1.3）×10^-4 s^-2]，六盘山地区南部的浮力频率也高于北部地区。六盘山地区浮力频率冬季最高，其东坡区域浮力频率为（1.4~1.5）×10^-4 s^-2，西坡区域为（1.3~1.4）×10^-4 s^-2；秋季次之，东坡浮力频率集中在（1.2~1.4）×10^-4 s^-2，西坡区域为（1~1.3）×10^-4 s^-2；春季再次之，东西坡的浮力频率差异不大，东南部浮力频率比其他地区高0.1×10^-4 s^-2；夏季最低，表现为由东南向西北递减现象。综合分析可见，浮力频率对六盘山地区东部及南部各种动力学过程影响较大，东坡更高的浮力频率及更陡峭的地理特征，使东坡的重力波高于西坡，垂直上升扩散条件也更优。此外，六盘山山脉的地形辐合以及抬升作用，加强了山脉东坡的上升运动并导致降水量增加，加之近30 a来4—10月六盘山地区以东南风水汽输送为主导（邓佩云等，2021），东坡作为迎风坡其降水潜力也更高。

5 结论

本文分析了六盘山山顶和山体两侧的空中云水资源和降水量的时空分布及其影响因素，进一步揭示了六盘山地形在该区域降水形成和分布中的作用，得到以下主要结论。

六盘山地区大气水汽和降水集中在6-9月，近30 a大气可降水量与700 hPa比湿、相对湿度、水汽通量的季节分布特征与实际降水量一致，表现为夏季最大，秋季、春季次之，冬季最小。

六盘山山顶及东坡，大气水汽条件和降水量在一年中绝大多数时间高于西坡，大值区均主要集中在六盘山脉附近；大气可降水量与700 hPa比湿、相对湿度由东南至西北递减；700 hPa水汽通量春、冬季表现为由东北至西南递减，夏、秋季东南至西北递减。

六盘山东坡，受地形抬升作用引起的500 hPa辐散、700 hPa辐合的动力场特征，在夏季最明显，其次为秋季、春季，冬季最弱。六盘山地区浮力频率冬季最高，其次为秋季、春季，夏季最低。东坡更高的浮力频率、更优的动力场特征及更陡峭的地形，使东坡的重力波效应更明显，具备更有利的垂直上升扩散条件，因而其降水潜力也更高。

本文对六盘山地区大气水汽的时空差异及驱动因子进行分析，对科学开展人工增雨雪作业、高效开发利用空中云水资源、提高该区域生态环境保护和建设效率很有意义。目前关于六盘山地区云水资源对局地生态系统的影响研究还比较欠缺，下一步将建立云水资源对区域植被生态系统的影响模型，为认识不同气候变化情景下云水资源变化及其对植被生态系统的影响提供科技支撑。

参考文献

原文顺序

文献年度倒序

文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

[1]

常倬林, 崔洋,

2022.

六盘山地区大气水汽资源特征及开发潜力分析

[J]. 宁夏农林科技, 63(4): 53-56.