把 黎， 尹憲志， 龐朝云， 程 鵬， 劉維成， 王研峰

（1.甘肅省人工影響天氣辦公室，甘肅 蘭州 730020；2.中國氣象局云霧物理環(huán)境重點開放實驗室，北京 100081；3.甘肅省氣象服務(wù)中心，甘肅 蘭州 730020；4.蘭州中心氣象臺，甘肅 蘭州 730020）

祁連山地處西北干旱半干旱區(qū)腹地，在我國“兩屏三帶”生態(tài)安全戰(zhàn)略中發(fā)揮“青藏高原生態(tài)屏障”和“北方防沙帶”的作用，也是我國重點生態(tài)功能區(qū)中的“水源涵養(yǎng)重要區(qū)”［1-2］。近年來，隨著全球氣候變暖、社會經(jīng)濟發(fā)展及生態(tài)環(huán)境變化，祁連山地區(qū)局部水資源短缺問題日益突出，解決水資源問題對于緩解干旱、乃至區(qū)域經(jīng)濟及生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有重要作用［3-6］。云水資源作為水循環(huán)的重要環(huán)節(jié)及水資源存儲形式之一，儲量大、利用率低，也是人工干預可以直接開發(fā)利用的水資源，通過人工增雨技術(shù)開發(fā)云水資源，增加地表水是解決區(qū)域水資源短缺科學而有效的途徑［7-10］。然而，判斷最佳增雨潛力區(qū)是一個非常復雜的科學問題，水汽、云水分布及含量、上升氣流、降水效率等均是需要考慮的因素，了解影響增雨潛力的要素，對于準確識別作業(yè)條件和科學實施催化作業(yè)從而提高云水資源開發(fā)利用效率具有重要意義［11-13］。

以往研究表明，祁連山上空云水資源豐富，地形云的存在使其較周圍平原地區(qū)存在更高的增雨潛力，尤其夏季降水效率及人工增雨潛力最大［14-17］。而山區(qū)云水資源受地形、大氣環(huán)流、水汽分布與傳輸?shù)纫蛩氐挠绊懣臻g格局特征鮮明［18-21］，對祁連山而言，其地處西風帶、偏南季風和東亞季風影響的交匯地帶［22-23］，上空云系分布復雜、云水分布不均勻、變率大，為增雨作業(yè)帶來了不確定性［24-27］。一些學者已經(jīng)注意到其上空水汽及云的宏微觀物理特性存在南北坡差異，鄭國光等［28］在祁連山區(qū)夏季開展地形云綜合探測實驗得到山區(qū)及南坡的降水及水汽密度大于北坡；張杰等［29］對祁連山上空18次大范圍云覆蓋過程衛(wèi)星反演得到，南坡海拔4300 mm左右云液水含量、光學厚度等參數(shù)達到最高，而北坡隨高度升高云參數(shù)均呈下降趨勢；程鵬等［30］利用祁連山一次地形云降水過程的飛機觀測數(shù)據(jù)，得到云系翻越祁連山過程中南北坡云微物理特征有明顯變化，北坡（背風坡）粒子濃度、直徑和液態(tài)水含量明顯大于南坡（迎風坡）。上述研究豐富了我們在祁連山云物理及人工增雨方面的認識，但對于云水在南北坡差異性的平均分布狀況及成因、云水的垂直分布特征、不同環(huán)流形勢下的云水差異性等相關(guān)研究還缺乏詳細分析，而了解祁連山上空南北坡的云水差異及多變性，可以為在增雨過程中更有針對性的選擇作業(yè)區(qū)域及作業(yè)手段提供參考依據(jù)。另外，祁連山南北坡氣候差異較大［31-32］，近年來，在氣候暖濕化增強東擴的背景下［33-34］，其兩側(cè)的云水資源變化也更為復雜，因此，了解新氣候形勢下祁連山地區(qū)的云水差異及其變化趨勢具有重要意義。

以往對祁連山上空云水的探測手段主要基于衛(wèi)星和飛機探測開展，飛機穿云作為最直接有效的觀測手段，其獲取的樣本數(shù)量有限；而傳統(tǒng)的基于被動式傳感器的衛(wèi)星資料由于觀測手段的限制也只能粗略估計云的位置和垂直范圍［35］。與之相比，本研究用到的ERA5 再分析資料具有資料均一化、時空分辨率更高、時間尺度更長的優(yōu)點，通過多模式資料對比及與衛(wèi)星資料檢驗表明，再分析資料與觀測的云水分布具有較高的一致性，并且ERA5 在東亞地區(qū)對深對流結(jié)構(gòu)的描述更接近，對多云大氣的再分析能力最強［36-38］。隨著模式方案的改進，再分析資料近年來也被逐步應用在對高海拔山地空中水資源的研究中［39-41］，彌補了西北復雜地形條件下觀測資料的不足?；谏鲜鍪侄潍@得的云水量是在特定時間內(nèi)觀測到的狀態(tài)量，從人工增雨的角度講，在考慮區(qū)域水成物收支的基礎(chǔ)上，重新定義云水資源以及由此得到的降水效率，對人工影響天氣具有重要意義［42］。為此，本研究以高分辨率的再分析資料為研究基礎(chǔ)，對祁連山地區(qū)夏季南北坡空中云水資源的差異特征進行分析，并試圖探索這種南北差異形成的原因，最后對祁連山區(qū)的水汽凝結(jié)效率和水凝物降水效率進行評估，為后期更有針對性的開展人工增雨作業(yè)及云和降水物理過程參數(shù)化方案等相關(guān)研究和應用提供可參考性依據(jù)。

1 研究區(qū)概況及資料

1.1 祁連山地區(qū)概況

祁連山地處青藏高原東北邊緣，其北部為河西走廊，四周戈壁沙漠環(huán)抱，地理位置為94°～104°E，36°～40°N，由數(shù)條西西北-東東南走向的平行山峰和寬谷組成，平均海拔1700～5800 m。廣義上的南坡指祁連山在青海一側(cè)，北坡指甘肅一側(cè)。本文取祁連山中段冷龍嶺的南北坡作為主要研究區(qū)域（99.5°～101°E，37.5°～39°N，圖1），冷龍嶺主峰海拔5000 m，北坡地勢陡峭，到河西走廊地勢高度迅速下降到1500 m，南坡相對平緩，地勢高差較小。

圖1 祁連山地區(qū)地貌及周邊探空站示意圖Fig.1 Schematic diagram of landform and surrounding sounding stations in Qilian Mountain area

1.2 資料及其適用性

所用資料包括：（1）1979—2019年6—8月ERA5再分析資料（空間分辨率0.25°×0.25°，時間分辨率1 h，垂直方向從1000～100 hPa，共27層），該資料生成使用了ECMWF 集成預報系統(tǒng)（Integrated Forecast System,IFS）CY41R2 全球譜模式，改進了四維變分（4D-Var）方案，并在同化系統(tǒng)中增加了更多歷史觀測數(shù)據(jù)，特別是在同化系統(tǒng)和模式系統(tǒng)中加入了衛(wèi)星數(shù)據(jù)，改進了地表參數(shù)化和云降水模式［43-44］；（2）祁連山區(qū)周邊5 個探空站資料。研究所用公式如下：

整層大氣可降水量（PW）計算公式：

整層大氣水汽通量（Q）計算公式：

整層緯向水汽通量（Qλ）計算公式：

整層經(jīng)向水汽通量（Qφ）計算公式：

單層大氣水汽通量散度（A）計算公式：

式中：q為單位氣柱的比濕；V為風向；u和v分別為緯向和經(jīng)向風分量；P為氣壓；Ps為隨λ和φ變化的地表氣壓；g為重力加速度；?為散度算子。由于100 hPa 以上高度的水汽輸送很小，這里積分高度選取100 hPa［45］。

格點平均云液水（云冰水）含量（l）公式為［43］：

式中：ρw是云液水（冰水）密度；ρ是濕空氣密度；V是格點區(qū)域的體積。云水路徑是整層云液（冰）水含量總和。

對祁連山區(qū)水汽凝結(jié)效率和水凝物降水效率的估算采用中國氣象科學研究院人工影響天氣中心建立的CWR-MEM 方案（Cloud Water Resource-Monitoring and Evaluation Method）［46-47］。

區(qū)域內(nèi)水汽和水凝物的平衡方程為：

水汽凝結(jié)效率（P）的公式為：

水凝物降水效率（Eh）的公式為：

式中：Qv為水汽總量；Qv0為水汽初值；Qvip為水汽輸入；Qev為地面蒸發(fā)；Qe為蒸發(fā)；Qh為水凝物總量；Qh0為水凝物初值；Qhip為水凝物輸入；Qc為凝結(jié)；Qtc為總凝結(jié)量；R為降水總量。

用ERA5 格點資料與祁連山周邊5 個探空站比濕資料進行對比分析，結(jié)果均通過99%置信水平（表1），說明ERA5再分析資料可用于對祁連山地區(qū)水汽特征的分析。

表1 ERA5格點數(shù)據(jù)與探空站比濕相關(guān)性檢驗Tab.1 Correlation test of specific humidity between ERA5 grid data and sounding station

2 祁連山夏季云水資源分布及南北坡差異

2.1 夏季水汽分布

祁連山地區(qū)夏季水汽分布表現(xiàn)為東南多于西北，平原、谷地多于山坡（圖2a）。99°E 以東大部水汽含量在7～10 mm，山區(qū)西部有水汽含量不足5 mm的低值中心。南坡青海湖至湟水河谷地一帶、北坡地勢高度迅速下降處至河西走廊呈現(xiàn)2 個西西北-東東南向的水汽含量大值中心，尤其北坡一帶水汽濕舌可伸至40°N；北坡水汽含量整體較南坡高。整個區(qū)域水汽均呈增加趨勢（圖2b），增速在0.1～0.4 mm·（10a）-1。水汽增速在山區(qū)西部大于東部，南坡大于北坡。

圖2 1979—2019年祁連山地區(qū)夏季（6—8月）大氣可降水量分布和變化趨勢Fig.2 Distribution and variation trend of precipitable water vapor over the Qilian Mountains in summer during(June-August)1979-2019

2.2 夏季云水分布

祁連山地區(qū)夏季云水路徑分布整體態(tài)勢與水汽相似（圖3a），東南多西北少，山區(qū)顯著大于周邊，尤其最東一排高山是云水路徑的高值區(qū)，最高值可達120 g·m-2。整體上，云水路徑在南坡略高于北坡，北坡隨地勢高度下降，云水路徑迅速降低。山區(qū)大部地區(qū)云水路徑均呈增多趨勢（圖3b），增速普遍在2～4 g·m-2·（10a）-1，只在100°E以東的中東段呈弱減少趨勢。整體上，南坡云水路徑上升，而北坡云水路徑呈弱下降趨勢。

圖3 1979—2019年祁連山地區(qū)夏季（6—8月）云水路徑、云液水含量、云冰水含量分布和變化趨勢Fig.3 Distribution and variation trend of cloud water path,cloud liquid water content,cloud ice water content over the Qilian Mountains in summer(June-August)from 1979 to 2019

云液水含量和云冰水含量分布態(tài)勢與云水路徑分布較為一致（圖3c、圖3e），云液水含量在南坡的分布較北坡略大。兩者變化趨勢相反（圖3d、圖3f），云液水含量在整個區(qū)域內(nèi)均呈增加趨勢，尤其在西部增速為4 g·m-2·（10a）-1，南坡增速普遍大于北坡；而云冰水含量呈下降趨勢，尤其在東段北坡下降趨勢較為顯著。由此可見，祁連山南坡云水路徑上升主要由云液水含量增多引起，北坡及山區(qū)東南部云水路徑下降主要由云冰水含量減少引起。

進一步分析，祁連山地區(qū)夏季云液水含量和云冰水含量沿38.3°N的緯向剖面和沿100°E的經(jīng)向剖面（圖4）。由圖可見，云液水含量在垂直方向的最大高度在300 hPa 附近（圖4a、圖4c），高值區(qū)（大于0.025 g·kg-1）主要集中在山脈和南坡低層500 hPa以下，云液水含量最大值在冷龍嶺南坡600 hPa 以下的谷地可達0.055 g·kg-1。云冰水含量主要集中在500～200 hPa 之間（圖4b、圖4d），高值區(qū)（大于0.02 g·kg-1）在300 hPa 上下，云冰水含量覆蓋范圍較廣，在南北坡分布無明顯差異。

圖4 1979—2019年祁連山地區(qū)夏季（6—8月）云液水含量和云冰水含量沿38.3°N和100°E的垂直剖面分布Fig.4 Vertical profile distribution of cloud liquid water content and cloud ice water content along 38.3°N and 100°E in summer(June-August)over the Qilian Mountains from 1979 to 2019

東亞地區(qū)云液水含量存在2 個高度上的峰值區(qū)，0.5～1.0 km 和3.5～4.5 km，發(fā)展上限在9 km 高度附近；云冰水含量的垂直高度中心在8 km 左右，發(fā)展上限在19 km 附近，其中青藏高原地區(qū)由于地勢高，夏季熱力作用明顯，對流發(fā)展旺盛，云液水及云冰水含量中心高度高于平均值，上限發(fā)展高度高于平原地區(qū)［48-52］。祁連山區(qū)云水含量垂直分布特征與前人研究結(jié)果一致。

3 祁連山夏季南北坡云水資源差異性原因

綜上所述，祁連山地區(qū)夏季水汽含量及云水路徑在南坡和北坡的分布存在差異，南坡水汽含量略小于北坡，但云水路徑大于北坡；兩者在南坡與北坡也呈現(xiàn)出不同的變化趨勢，水汽含量在整個區(qū)域內(nèi)均呈上升趨勢，且南坡增速大于北坡，而云水路徑在南坡呈上升趨勢，北坡及山區(qū)中東段呈弱下降趨勢，且南坡的云水路徑上升主要由云液水含量在南坡的上升主導，北坡及山區(qū)中東段云水路徑的下降主要由云冰水含量在上述地區(qū)的下降主導。為分析這種南北差異形成的原因，對祁連山地區(qū)夏季水汽輸送及水汽通量散度和平均氣流場進行診斷。

3.1 夏季水汽輸送

由圖5a可知，整個山區(qū)均為由西向東的水汽通量，值在40～50 kg·m-1·s-1。經(jīng)向整層水汽通量的方向為由南向北（圖5b），最大水汽通量中心在山區(qū)東南部，值為5 kg·m-1·s-1，其北部河西走廊靠近祁連山北坡一帶為弱的向南輸送的水汽通量，尤其在中東段北坡水汽通量值可達-5 kg·m-1·s-1。綜合來看，緯向水汽通量遠大于經(jīng)向水汽通量，量級相差約9倍左右。

從水汽通量的變化趨勢看（圖5c、圖5d），緯向水汽通量在區(qū)域內(nèi)均呈減少趨勢，下降速度約在-4～-2 kg·m-1·s-1·（10a）-1，也就是說西風水汽輸送的影響呈減弱趨勢，尤其在中東段南坡減弱趨勢更為明顯；而經(jīng)向水汽通量呈增多趨勢，尤其在河西走廊至北坡一帶增強趨勢較為明顯，值約為3 kg·m-1·s-1·（10a）-1，中東段水汽通量的變化趨勢不顯著。

圖5 1979—2019年祁連山地區(qū)夏季（6—8月）整層緯向和經(jīng)向水汽通量分布和變化趨勢Fig.5 Distribution and variation trend of latitudinal and meridional water vapor transport flux over the Qilian Mountains in summer(June-August)from 1979 to 2019

由此可見，祁連山地區(qū)夏季的水汽來源主要依靠中緯度西風帶對水汽的輸送，但是近年來西風環(huán)流對水汽的輸送呈減弱趨勢，而夏季風受地形阻擋，只能輸送少量的水汽到達祁連山中東段南坡，雖然這部分從海洋吹來的水汽通量值很小，但是依然對祁連山地區(qū)水汽的分布起到重要作用。還可以看到，祁連山中東段河西走廊靠近北坡一帶存在向南輸送的弱水汽通量，且該向南的水汽通量呈增大的趨勢，并與南坡向北輸送的水汽通量在山脈處匯合，對中東段云水資源的分布起到了重要作用。

從650 hPa 平均水汽通量及風場的分布情況和變化趨勢看（圖6），中東部水汽輸送可達100°E，37.5°N左右，筆者認為是夏季風能到達的平均位置，以往研究也認為，東亞季風的影響區(qū)域最西可達100°E，北緣在33°～44°N擺動［53-54］。而近年來，該東南方向水汽輸送呈增大趨勢，最大增速可達20 g·hPa-1·cm-1·s-1·（10a）-1。區(qū)域內(nèi)550 hPa及以上轉(zhuǎn)為西風緯向輸送。由此可見，夏季風對水汽的輸送主要集中在中低層，并使祁連山地區(qū)夏季的水汽分布呈現(xiàn)東高西低的態(tài)勢。

圖6 1979—2019年祁連山地區(qū)夏季（6—8月）650 hPa平均水汽通量和平均風場分布以及平均水汽通量變化趨勢Fig.6 Distribution of water vapor fluxes and mean wind field,Variation trend of water vapor fluxes at 650 hPa in summer(June-August)over the Qilian Mountains from 1979 to 2019

3.2 夏季水汽通量散度及平均氣流

由圖7a 可見，白天沿38.3°N 的緯向剖面上，祁連山東坡為水汽通量輻散區(qū)，西坡在96°～100°E 范圍內(nèi)550 hPa 以下均為水汽通量輻合區(qū)，最強輻合中心達-1.2×10-7g·hPa-1·cm-2·s-1。從103°E 處開始，沿東坡出現(xiàn)了偏東風上升氣流，該上升氣流一直伸入西坡，高度可達400 hPa 以上。而夜間（圖7b），東坡低層為水汽通量輻合區(qū)，西坡低層為水汽通量輻散區(qū)，夜間東坡主要以弱下沉氣流為主。

從沿100°E 的經(jīng)向剖面上看（圖7c、圖7d），北坡為水汽通量輻散區(qū)，南坡在37.5°～38.5°N 的范圍內(nèi)550 hPa 以下為水汽通量輻合區(qū)，輻合中心強度為-2.4×10-7g·hPa-1·cm-2·s-1。沿北坡存在偏北風上升氣流，該上升氣流一直伸入南坡，高度可達400 hPa以上，在山峰處，有中心強度為0.3 Pa·s-1的垂直上升速度。夜間南北坡水汽通量散度的分布情況與緯向剖面相似。

圖7 1979—2019年祁連山地區(qū)夏季（6—8月）物理量場在白天和夜間沿38.3°N和100°E的垂直剖面分布Fig.7 Physical quantity along 38.3°N and 100°E in day and night over the Qilian Mountains in summer(June-August)from 1979 to 2019

也就是說，祁連山地區(qū)夏季白天北坡存在定常性上升氣流，這支來自北坡的偏東北氣流攜帶該地區(qū)相對較為豐富的水汽爬坡、向南坡輸送，且該上升氣流可持續(xù)到對流層中層，而南坡低層550 hPa以下為水汽通量輻合區(qū)，輻合區(qū)域主要位于96°～100°E，37.5°～38.5°N范圍內(nèi)。結(jié)合圖4分析可知，祁連山地區(qū)夏季云液水含量的大值區(qū)對應低層水汽通量輻合區(qū)，而山峰至南坡一帶一直持續(xù)到對流層中上層的上升運動，對應山峰至南坡整層較高的云水含量。因此，可以看到祁連山地形引起的輻合對水汽在該地區(qū)起到再分配的作用，配合定常性上升氣流決定了云水含量的南北坡差異。

綜上所述，在大氣環(huán)流和地形的共同作用下，夏季祁連山地區(qū)的云水分布呈現(xiàn)東南多西北少的格局和南多北少的南北坡差異特征。

4 夏季典型降水環(huán)流形勢下南北坡云水資源差異性

從前文分析得到，祁連山地區(qū)的云水分布格局及南北坡差異性特征由大氣環(huán)流和地形因素共同主導。通過對祁連山上空夏季降水過程的環(huán)流形勢進行普查得到，降水主要在以冷空氣主導的偏西風氣流和以偏南暖濕氣流主導的環(huán)流形勢下產(chǎn)生，基于此，對區(qū)域內(nèi)有降水時的高空環(huán)流形勢進行分型，取30°～45°N 范圍內(nèi)500 hPa 110°E 格點平均位勢高度（H1）減90°E 平均位勢高度（H2）的值作為分型標準，分為2 大類型，H1-H2＞20 gpm 為西南氣流型，H1-H2＜20 gpm為西北或偏西氣流型［55］。

從夏季不同降水環(huán)流形勢下的祁連山地區(qū)云水資源分布形態(tài)上看（圖8），在偏西或西北氣流形勢下，祁連山地區(qū)以分布在低層的云液水含量為主，且北坡的云液水含量顯著大于南坡，云冰水含量主要分布在400 hPa 左右，量級在0.03 g·kg-1；而在偏南氣流形勢下，祁連山南北坡低層的云水含量均較大，且云液水厚度向上伸展到400 hPa，高層云冰水含量也較大，中心在300 hPa 左右，量級大于0.05 g·kg-1。

由此可見，在不同降水環(huán)流形勢下，祁連山南北坡云水資源分布存在差異。在偏西或西北氣流形勢下，祁連山北坡的云水分布較南坡更為充沛，且多以含水性低云為主；而在西南氣流形勢下，祁連山南北坡的云水差異不大，但云水厚度更深且云冰水含量更大。

5 祁連山地區(qū)人工增雨潛力

在判斷人工增雨潛力時，大氣水汽凝結(jié)效率和水凝物降水效率是2個重要指標，一般來說，水汽凝結(jié)效率較高，水凝物降水效率低的云其增雨潛力大［56］。

由圖9 可見，山區(qū)的水汽凝結(jié)效率及水凝物降水效率顯著大于周邊地區(qū)，南坡水汽凝結(jié)效率在0.8%以上，而北坡水汽凝結(jié)效率在0.3%左右。南坡水凝物降水效率在20%～30%，北坡水凝物降水效率在10%左右。

不同地區(qū)的地理環(huán)境、氣候條件和降水機制不盡相同，因此不便將前人研究結(jié)果與本文計算結(jié)果進行直接比較，但作為參考仍具有一定意義。前人對水汽凝結(jié)效率及水凝物降水效率的研究文章較少，與本文定義比較接近的研究結(jié)論如下：張正國［57］、陶玥［58］和張玉欣［59］等計算不同地區(qū)的水汽凝結(jié)效率，分別為5.3%（廣西）、4.77%（北京）和0.3%（青海）；張沛［60］、周非非［61］、陶玥［58］、洪延超［56］、張正國［57］、張玉欣［59］等計算不同地區(qū)的水凝物降水效率，分別為44%（六盤山）、69.7%（河南）、44.9%（北京）、40%（鄭州）、72.2%（廣西）和14%（青海）。就結(jié)果來看，祁連山區(qū)尤其是南坡，空中云水資源相對豐富，且較大部分的水凝物未能成為降水，空中水資源具有一定開發(fā)空間。

6 討論

研究表明，山區(qū)云水分布不均勻、變率大。對夏季祁連山地區(qū)而言，云水資源分布東南多西北少的格局主要由大氣環(huán)流對水汽的輸送作用主導；而其在山區(qū)大于周邊、以及水汽和云水在南北坡的差異特征，則反映了地形因素對于水汽的再分配及對氣流的抬升等作用，這一點在干旱半干旱區(qū)的山區(qū)體現(xiàn)的尤為明顯［45,60,62］。而對于不同降水環(huán)流形勢下，祁連山上空云水資源差異性的研究，也體現(xiàn)了地形對云微物理結(jié)構(gòu)的影響是復雜的、多變的，這與劉衛(wèi)國等［24］對祁連山夏季地形對云微物理模擬的研究結(jié)果一致。

在氣候變暖的背景下，全球云水資源顯著增加，且在中高緯地區(qū)尤為顯著［63］。中國范圍內(nèi)云水資源總體上與全球變化一致，以增加為主，但存在一定的區(qū)域變化差異，以105°E為界，以西呈增加趨勢（西藏東部、新疆山區(qū)除外），以東呈減少趨勢［39,64］，祁連山所在的高原氣候區(qū)增長趨勢比較明顯［65-67］。本文延長研究時段發(fā)現(xiàn)，祁連山地區(qū)云水變化趨勢延續(xù)之前的發(fā)展態(tài)勢以增加為主，但存在一定的區(qū)域異質(zhì)性，區(qū)域內(nèi)云液水含量上升而云冰水含量下降，最終體現(xiàn)為南坡云水路徑上升而北坡云水路徑下降，這與劉菊菊等［68］對高原地區(qū)云液水和云冰水分別與氣溫呈顯著正相關(guān)及負相關(guān)的研究結(jié)果一致。簡要分析區(qū)域內(nèi)水汽輸送的變化趨勢發(fā)現(xiàn)，近年來西風環(huán)流對水汽的輸送呈減弱趨勢，使得季風攜帶的水汽更容易向西向北輸送，劉玉芝等［69］在大氣環(huán)流對西北干旱半干旱區(qū)氣候的影響研究中也得到了相似的結(jié)論。由此可見，氣候變暖通過影響大氣環(huán)流變化，從而影響云水生成所需的水汽輸送進而影響云水含量，也因此導致了云水的變化在區(qū)域內(nèi)的差異。

當然，云水作為地氣系統(tǒng)輻射收支及水循環(huán)的重要組成部分，其生成乃至分布受熱動力學過程的共同影響是十分復雜的科學過程［70］，不僅僅受大氣環(huán)流及地形等因素的影響，地表溫度、下墊面（如冰川、湖泊、植被等）等因子通過影響區(qū)域內(nèi)的水汽輸送及蒸散進而也能影響其上空水汽收支、輻射收支平衡及云的宏微觀屬性［21,68,71-72］，此外，沙塵氣溶膠［73-75］在云水的生成過程中也發(fā)揮著重要作用，而近年來全球變暖加速水循環(huán)使云水的分布及變化趨勢更為復雜［63,76］。本文只對大氣環(huán)流及地形因素進行了討論，在后期工作中，全面了解影響祁連山上空云水分布的各項因子，對于深入理解各項因子對云水影響的機理從而更為有效地開展增雨作業(yè)具有重要意義。另外，隨著搭載主動式傳感器，能獲得完整云垂直信息衛(wèi)星的升空及數(shù)據(jù)積累時間的延長［35,77］，今后有必要利用長時間序列衛(wèi)星數(shù)據(jù)集對本文結(jié)果進行對比驗證。

7 結(jié)論

本文基于ERA5再分析資料對夏季祁連山地區(qū)云水含量南北坡差異及變化趨勢進行了分析，并探究了差異形成的原因，基于CWR-MEM 方案對水汽凝結(jié)效率及水凝物降水效率進行了估算。文中對祁連山上空云水資源分布不均勻性及多變性的研究，可為在開發(fā)過程中更有針對性的選擇作業(yè)區(qū)域及作業(yè)手段提供參考依據(jù)。主要結(jié)論如下：

（1）祁連山地區(qū)夏季水汽含量與云水路徑總體分布均呈現(xiàn)東南多西北少的態(tài)勢，但是在南坡和北坡的分布存在差異，水汽含量南坡略小于北坡，云水路徑南坡大于北坡，南坡500 hPa 以下是云液態(tài)水含量富集區(qū)；近年來，水汽含量和云水路徑在南坡與北坡也呈現(xiàn)出不同的變化趨勢，水汽含量在整個區(qū)域內(nèi)均呈上升趨勢，且在南坡增速大于北坡；而云水路徑在南坡呈上升趨勢，北坡及山區(qū)中東段呈弱下降趨勢，且南坡的云水路徑上升主要由云液水含量在南坡的上升主導，北坡及山區(qū)中東段云水路徑的下降主要由云冰水含量在上述地區(qū)的下降主導。

（2）祁連山地區(qū)夏季整層緯向的水汽通量遠大于經(jīng)向的水汽通量，量級相差約7倍左右，水汽輸送主要集中在中低層，西部地區(qū)水汽主要來源于西風帶的輸送，中東部水汽主要來源于東南風的輸送，受夏季風對水汽輸送的影響，祁連山地區(qū)夏季的水汽呈現(xiàn)東高西低的態(tài)勢；夏季白天南坡低層為水汽通量的輻合，而北坡存在定常性上升氣流并一直持續(xù)到南坡高層。由此可見，地形引起的低層水汽場的輻合和上升氣流對祁連山地區(qū)水資源的分布起到關(guān)鍵作用。

（3）在不同降水環(huán)流形勢下，祁連山南北坡云水資源分布存在差異，偏西或西北氣流形勢時，北坡云水分布較南坡更為充沛，且多以含水性低云為主；西南氣流形勢時，云水厚度更深，南北坡云水差異不大。

（4）祁連山區(qū)水汽凝結(jié)效率在0.3%～0.8%左右，水凝物降水效率在10%～30%左右，對于南坡來說，空中水資源相對豐富且還有相當大部分水凝物未轉(zhuǎn)化為降水，因此空中水資源具有一定開發(fā)空間。而其云水資源分布的不均勻性及多變性則需要在開發(fā)過程中更有針對性的選擇作業(yè)區(qū)域及作業(yè)手段。