祁连山云特征参数及人工增雨研究进展与展望

综述了祁连山区云特征参数及人工增雨方面的主要研究成果,内容涉及祁连山区空中水汽特征、云量分布、不同云系分布特征、云光学特征、云降水机制、降水分布、人工增雨有利天气系统、催化机制以及人工增雨综合效益,有助于全面、深入了解祁连山区云降水物理和人工增雨机制。进一步对祁连山区综合应用多种观测资料,结合云数值模式,深入研究地形云结构及降水机制、定量化的人工增雨作业科学指标、播云优化技术、地形与垂直气流相互作用对天气系统影响等方面存在的问题进行了展望。     

祁连山云和空中水汽资源的季节分布与演变

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。     

2001-2005年西北中东部水汽及其输送特征

利用西北地区中东部2001-2005年近5 a的40个站点逐日探空资料, 分析了该区域的水汽及其输送特征.结果表明:整层水汽含量分布不均, 季节变化明显, 除冬季外, 沿祁连山存在一条"湿舌". 水汽主要来源于以西风为主的纬向输送和西南气流的径向输送. 高原上的水汽输送, 北部来源于西北气流, 南部为西南气流, 但北部的水汽通量仅有高原东侧西南气流输送的一半左右, 高层水汽输送更加重要. 占主导的西风和西北风的水汽干输送是西北干旱的原因之一, 而特殊的地形作用是该区域降水形成及分布不均的重要因素. 在水汽输送能力最强的夏季, 纬向水汽输送最强的高度出现在600 hPa左右高度上, 而径向强输送集中于600 hPa以下103° E以东的高原东侧.     

祁连山区能量场特征与降水分布的关系分析

采用祁连山地形云野外观测的资料,分西南气流移动、西南气流阻塞、西北和平直西风气流型,用三维插值方法分型计算湿静力总温度Tσ场和总降水场,分析了不同的大尺度流型下冷龙岭西段降水分布与能量场特征的关系.对比山脉南北坡与山外同高度Tσ的日变化,发现山坡Tσ全天高于山外,山脉呈高能岛其外围有能量锋,不同流型下南北坡能量锋强度和...     

祁连山-黑河流域水循环中的大气过程

利用气象台站探空资料、地面观测资料和NCEP/NCAR再分析气候资料,分析了祁连山-黑河流域水循环中的大气过程,结果表明:受西风带波动影响的水汽来源贫乏是此区大气水汽含量少的原因之一;水汽输送通量辐散是此区大气水汽含量少的原因之二;就年平均而言,祁连山-黑河流域大气水汽含量仅为高湿的江南地区的20%,为半干旱区的华北中部的约40%;高海拔的祁连山区因降水效率高,地面蒸发量小,地表水物质易于聚积形成径流;黑河流域因降水效率低,降水量值与地面蒸发量值相当,对地表水的贡献很小。在祁连山黑河流域25°×25°区域上空,大气年输入水量为6678亿m3,输出为6502亿m3,净输入水量为176亿m3;输入水汽呈逐年减少的趋势。20世纪70～80年代有明显的下降,近40年来祁连山黑河流域的气温在升高,大气中的水汽含量在减少,降水量的减少将难以避免。     

祁连山地区大气水循环研究(Ⅰ):空中水汽输送年际变化分析

通过与探空站资料比较,在分析NCEP I、NCEP II和ECMWF再分析资料整层相对湿度变化趋势和显著性水平的基础上,应用NCEP I再分析资料和1960-2010年气象台站观测资料,研究了祁连山地区过去51 a来空中水汽输送变化特征,分析了水汽输送发生变化的原因,并探讨了该地区夏季降水与东亚季风、南亚季风、南海季风、西风带和副热带高压等季风指数之间的关系.结果表明:祁连山地区的空中整层水汽含量在1960年代下降趋势明显,之后近40多年基本保持稳定,总体表现为下降趋势.水汽净收支整体表现为明显的下降趋势,说明过境水汽留在祁连山地区的数量在减少.其中,经向水汽整体表现为北风输送,为"+"值,对水汽净收支的贡献为"正",呈下降趋势;纬向水汽整体表现为西风输送,为"-"值,说明对水汽净收支的贡献为"负",表现出的下降趋势说明纬向流失的水汽在减少.进一步分析显示,祁连山地区水汽净收支减少的直接原因是由风速减小导致流入本区域的水汽输送量减少引起的.地表到300 hPa平均风速显示,纬向风速率1990年代比1960年代减小了13.2%,经向风速率1990年代比1960年代减小了10.5%.夏季降水量与各季风指数的相关性表明,祁连山西部、中部和东部降水均未与各季风指数有较好的相关关系,该地区特殊的地形作用和环流条件及该研究关注的季节和时间尺度是产生这一结论的主要原因.     

伊犁河谷大气降水同位素特征及环境意义

为研究伊犁谷地降水同位素特征及陆地内循环对其的影响,为流域水循环研究提供科学依据,于2016年在伊宁、尼勒克和新源气象站采集降水同位素样品。采用回归对照法,讨论降水氘氧稳定同位素的影响因素。研究表明,研究区大气降水线方程为δD=7.96δ^18O+10.37,与全球大气降水线较接近,水汽主要由西风带输送;氘氧同位素夏季富集冬季贫化而氘盈余无规律变化,由于降水过程不仅受温度效应,还受到水汽陆地再循环影响。冬夏季样品在D-^18O关系图中分布特征,证明冬夏影响降水同位素本地水循环因素不同,夏季以云下蒸发为主。根据对氘过量计算的夏季降水雨滴蒸发分数为4.1%~16.2%,再次证明夏季云下蒸发效应明显,而在冬季云下蒸发效应几乎不会发生。     

长江流域旱涝典型年大气水汽输送

利用我国125个探空站一日两次自地面至100hpa共11个层次上的观测资料,对长江流域典型夏涝年(1980年)和夏旱年(1985年)我国大气中水汽总输送场、涡动输送场及散度场进行了计算分析。结果表明:当水汽总输送场从西北、西南和东南三支气流携带的水汽交汇于长江流域,且整个水汽输送场稳定持久,则在水汽辐合带附近导致大量降水,形成洪涝;反之,当三支气流微弱不稳定,不能形成水汽辐合带条件,则形成干旱。涡动输送亦反映出类似的特征。稳定且强盛的西南气流水汽输送是形成降水的主要条件和原因。     

纵向岭谷区冬、夏水热条件空间分布研究

利用纵向岭谷区内76个测站降水、温度资料和大气环流资料,研究该区冬、夏两季降水的空间分布规律。结果表明：纵向岭谷区多年平均冬季降水空间上沿河流呈纵向分布;但纵向岭谷独特地形对冬季降水变化的空间分布影响不明显;冬季气候平均温度大致呈东西向带状分布,由低纬到高纬温度逐渐递减;在区域上,纵向岭谷独特地形的“通道—阻隔”作用对冬季温度空间分布的影响不明显;但在怒江和澜沧江流域,这种影响则较为明显。纵向岭谷区多年平均夏季降水空间分布主要由纵向岭谷的“阻隔”效应,以及夏季从孟加拉湾来的气流和从南海来的气流在相应迎风坡面辐合,形成两支较强的上升气流所致;而纵向剖面大气环流的变化则较为均匀,显示了纵向岭谷的“通道”效应。纵向岭谷的这种“通道—阻隔”效应使得西南季风和东南季风在区内交汇,并使区内夏季降水空间上及夏季降水的变化沿河流呈纵向分布。地形对怒江、澜沧江流域夏季温度空间分布的“通道—阻隔”作用较明显;对夏季温度变化的“通道—阻隔”作用则在纵向岭谷西北部地区最明显,但其余地区地形的作用则相对较弱。     

黑河上游降水同位素特征及其水汽来源分析

为了加深对黑河上游水循环过程的理解， 以研究区5个站点2015年8月至2016年8月的降水同位素实测数据和气象数据为基础， 除对降水同位素特征进行分析外， 主要利用TrajStat软件中的后向轨迹计算模块与潜在源贡献因子分析（PSCF）方法， 对研究区降水的水汽来源进行了分析， 并结合水汽通量等方法进行了补充分析。结果表明： 降水同位素呈夏高冬低趋势， 大气水线斜率（8.02）和截距（11.02）均高于全球大气水线的斜率（8.00）和截距（10.00）， 存在温度效应（δ¹⁸O=0.43x-10.82， r=0.54， P<0.0001）， 不存在降水量效应（δ¹⁸O=-0.05x-7.81， r=0.03， P<0.0001）； 研究区降水受多种水汽影响， 西风水汽影响最大。夏季除受西风水汽影响外， 还受东南季风水汽影响显著且水汽来源复杂； 研究区夏季的潜在蒸发源地集中在一些相对湿度和蒸发量较大的地区， 如祁连山区、 河西地区、 柴达木盆地北部、 青藏高原东南部及酒泉地区西南部等； 当降水量小、 温度高时， 持续性降水的大气水线方程的斜率和截距较小， 暴雨稳定同位素值较贫化， 受东南季风水汽影响最大， 其次是北方和西风水汽， 多种水汽辐合是暴雨事件发生的必要条件。     

Research on Temporal and Spatial Variation Characteristics of Vegetation Cover in Qilian Mountains from 1982 to 2006

Based on GIMMS NDVI data of Qilian Mountains region during 1982-2006, using the maximum synthesis, mean method, slope analysis and correlation analysis, the spatial and temporal changes of vegetation cover and its correlations with climatic factors were studied in Qilian Mountains. The results showed that: ①Vegetation NDVI of Qilian Mountains increases from west to east in general, showing the distribution pattern of much more vegetation in east regions than in west regions; ②Vegetation NDVI of Qilian Mountains has generally increased in the past twenty five years, but there are obvious spatial differences, especially vegetation NDVI of middle and east regions increase obviously; ③There have been obvious differences on spatial variation of seasonal NDVI in the past twenty five years in Qilian Mountains, and the increased area of vegetation NDVI is the largest in summer, followed by autumn, spring, but the most reduced area of vegetation NDVI is in winter. The regions of increased vegetation NDVI concentrate on southern mountain of Qinghai Province and in Buha River Basin, while the regions of reduced vegetation NDVI concentrate on Wushaoling, Lenglongling and Daban mountain in each season; ④The correlations between monthly average vegetation NDVI and temperature and precipitation are very significant, which indicates that temperature and precipitation are the main factors affecting the change of vegetation NDVI in Qilian Mountains, but intensive human activities are also important factors affecting the change of vegetation NDVI in some areas.     

Cenozoic tectonics and landform evolution in the Qilian Mountains and adjacent areas

ABSTRACT

The formation of the Qilian mountains and the evolution of adjacent basins were controlled by the uplift and northeastward growth of the Tibetan Plateau. In a field survey conducted on the main Cenozoic basin sediments in the Qilian Mountains and adjacent areas, fission track age data of apatite obtained previously were analyzed. Cenozoic tectonics and landform evolution in the area where the Qilian Mountains now stand and its response to the uplift of the Tibetan Plateau were studied. In the Oligocene Epoch, the Tibetan Plateau was initially uplifted and extended northeastward, forming the Guide-Xining-Lanzhou-Linxia foreland basin on the northern margin of the western Qinling Mountains, and the foreland basin in the area where the Qilian Mountains now stand received widespread sediments. In the Miocene, influenced by the enhanced uplift and northeastward thrust of the Tibetan Plateau, a stage of intracontinental squeezing orogeny and foreland basin splitting began in the area where the Qilian Mountains now stand. In the Pliocene Epoch, the Qilian Mountains were continuously uplifted, the basins shrank, large lake basins disappeared gradually, and large-area red-clay-type aeolian sediments appeared. During the Quaternary Period, the uplift of the Tibetan Plateau accelerated, causing a rapid rise in the altitude of the Qilian Mountains. Global climate change occurred and mountain glaciers began to develop. Quaternary moraine deposits appeared for the first time in the area, and very thick loess sediments appeared in the Longzhong area, east of the area where the Qilian Mountains now stand, forming the famous Loess Plateau.     

祁连山区多年冻土空间分布模拟

祁连山区位于青藏高原东北边缘,是亚洲水塔重要的组成部分,多年冻土的变化对生态系统和水资源平衡有着重要影响。基于青藏高原第二次综合科学考察、道路勘察钻孔点以及前人所获得的多年冻土下界资料,回归得出祁连山区多年冻土下界统计模型,借助ArcGIS平台在DEM数据的支持下,模拟出祁连山区多年冻土空间分布图。结果表明：祁连山区多年冻土分布的下界具有良好的地带性规律,表现为随经纬度增加而降低的规律;祁连山区多年冻土在空间分布上呈现出以哈拉湖为中心向四周扩散的分布格局;祁连山区总面积约为16.90×10⁴ km²,其中多年冻土面积约为8.03×10⁴ km²,占总面积约47.51%。多年冻土区与季节冻土区之间存在着有不连续多年冻土分布的过渡区,过渡区面积约1.43×10⁴ km²,占总面积约8.46%。     

1987 - 2018年祁连山冰川变化遥感监测及影响因子分析

祁连山冰川融水是维系我国西北地区生态平衡的重要因素。为评估祁连山冰川在全球气候变暖背景下的状态， 利用Landsat-TM、 ETM+、 OLI等遥感影像， 基于波段比值阈值法提取1987 - 2018年共计7期冰川边界进行时序变化分析。结果显示： 近31年来祁连山冰川面积从2 080.39 km²退缩到1 442.09 km²， 年均退缩率达0.99%， 相比1956 - 1990年间的退缩率（0.58%）大幅增加； 近31年来冰川物质平衡线高度稳步上升； 冰川主要分布在海拔4 700 ~ 5 100 m之间， 冰川退缩随海拔降低而增加； 约93%的冰川的面积小于2.0 km²， 小于0.1 km²的冰川的总数和总面积呈增加态势； 0.5 ~ 1.0 km²的冰川退缩最快， 年均退缩率达1.53%， 而大于10.0 km²的冰川退缩最慢， 年均退缩率为0.59%； 祁连山冰川退缩主要由夏季均温升高引起， 且最近十年间冰川呈现出加速退缩的态势。     

树轮记录的西北季风边缘区干旱变化

祁连山东部位于亚洲季风西北边缘区,对气候变化十分敏感。由于该区位于半干旱区,降水的变化直接影响人类社会经济的发展,所以研究该区干旱变化情况及其机制非常重要。 利用采自祁连山东部西北季风边缘、地处半干旱区的吐鲁沟地区的油松树轮样芯,建立了树轮宽度年表,时间跨度为1866-2003AD。树轮宽度年表与气象因子相关分析结果显示树木生长主要响应生长季内的降水和干旱变化。该年表与附近区域利用树轮宽度重建的帕尔默干旱指数（PDSI）进行对比,结果显示严重的干旱时间发生在1920s-1930s、1966年、1974年、1982年和1990s和21世纪初。多窗谱分析研究表明,该区年表序列存在显著的2~4 a周期（P<0.05）,该周期与ENSO变率吻合,与在贺兰山、祁连山其他地区、兴隆山及贵清山研究结果一致,表明这些区域可能受共同气候因子的影响。     

祁连山及其邻区大地构造基本特征──兼论早古生代海相火山岩的成因环境

作者对中、南祁连的大地构造属性提出了新的见解，认为它们和柴达木地块具有同一前震旦纪基底，三者共同构成了柴达木板块。北祁连山的主体是介于中朝板块和柴达木板块间的早古生代缝合带。中朝板块的南缘有一个活动陆缘，由走廊弧后盆地和走廊南山北缘岛弧构成。从中寒武世以来，祁连山及其邻区构造演化经历了古大陆克拉通裂解，大洋克拉通演化阶段和新大陆克拉通演化阶段。现今的祁连山是这些构造演化共同作用的结果。早古生代海相火山岩的生成环境在南祁连为单一的裂谷环境。而在北祁连及走廊带，则不同时期具有不同的生成环境：（１）中寒武世为初始大洋裂谷环境，（２）早中奥陶世为具沟弧盆体系的政熟大洋，（３）晚奥陶世为残留洋盆，（４）志留纪为前陆盆地环境。     

宇宙成因核素~(10)Be揭示的北祁连山侵蚀速率特征

山脉侵蚀速率的大小和时空分布信息是研究山脉构造—气候相互作用和地貌演化的关键切入点,其大小是受气候还是构造控制争论已久。宇宙成因核素10Be方法为从千年至万年尺度上定量研究流域平均侵蚀速率提供了一种先进和快捷的技术手段,为揭示侵蚀速率与现代气候和构造地貌因子的关系并进行相关分析提供了基础。利用该方法对北祁连山近现代侵蚀速率进行了研究。所采集的9个流域现代河沙样品,结合前人数据进行共同分析,结果显示该区侵蚀速率的变化范围为18.7~833 mm/ka,北祁连山中段的侵蚀速率约为323 mm/ka,该区侵蚀速率与降雨量没有明显的对应关系,但与流域平均坡度呈现很好的非线性关系,揭示坡度是该区侵蚀速率的最主要控制因素。通过对比北祁连山地表平均侵蚀速率和该区域的断层垂直滑动速率发现整体上该区域地表侵蚀速率要低于祁连山北缘断层的垂直滑动速率,反映了北祁连山正处于地形抬升和生长的过程之中。     

柴达木盆地古近系下干柴沟组上段碎屑锆石U- Pb测年及盆山耦合探讨

柴达木盆地被祁连山、阿尔金山及昆仑山所环绕，盆地古近系下干柴沟组(E23)地层独特的岩性和沉积格局指示了复杂盆山体系和源区多样成因。本文选取了盆地内部不同构造带5口钻井下干柴沟组的中粗砂岩样品，利用碎屑锆石U- Pb定年等分析方法对柴达木盆地进行了构造、物源系统分析。研究结果表明，位于祁连山前的XX- 1井样品下干柴沟组锆石年龄介于2692~156 Ma之间，主要峰值年龄为448 Ma和249 Ma，L6- 1井样品锆石年龄介于2693~220 Ma之间，主要峰值年龄为499 Ma和415 Ma；位于盆地西部沉降中心内部的YIT- 1井样品下干柴沟组锆石年龄介于2796~266 Ma之间，主要峰值年龄为423 Ma和255 Ma；阿尔金山前的N- 105井样品下干柴沟组锆石年龄介于2481~242 Ma之间，主要峰值年龄为422 Ma和259 Ma，N- 109井样品锆石年龄介于2638~228 Ma之间，主要峰值年龄为444 Ma和246 Ma。通过与主要源区年龄对比可知，盆地不同构造带下干柴沟组的物源差异较大，靠近祁连山前的XX- 1井、L6- 1井的物源主要来自于祁连山内部；位于阿尔金山前相邻的N- 105、N- 109井物源主体来自于阿尔金山内部，但N- 109井存在祁连山物源贡献；柴西坳陷内部YIT- 1井物源受祁连山及东昆仑共同控制。物源分析结果表明祁连山在古近纪已大规模隆升，并且作为青藏高原北部边界为柴达木盆地持续提供物源；阿尔金山及昆仑山在下干柴沟组沉积时期已经形成雏形，但并未大规模隆升，造成了山前带复杂的物源体系。     

中国西北山地景观要素对河川径流的影响作用分析

以祁连山北坡为典型研究区,分析了20条河流所在流域的水文、气象数据以及植被、冰川等山地景观要素的特征数据,采用流域对比分析的方法,研究了山地植被景观及冰川覆盖对河川径流的影响.结果表明:森林、草地及冰川是祁连山区影响河川径流量的主要景观要素.森林有"减少"径流的作用,而草地、冰川有"增加"径流的作用,并且随着森林、草地...     

兰州盆地下白垩统碎屑岩层序地层序列：祁连山早白垩世隆升的沉积学响应

青藏高原东北缘的祁连山,在早白垩世期间发生明显隆升,受区域性构造运动和白垩纪特殊行星风系的影响,在山前盆地中沉积了一套特殊的碎屑岩序列。兰州盆地下白垩统发育完整,虽然局部被第四系覆盖,但总体出露良好,其特殊的相序单元构成的非常规体系域概念框架下的陆相层序地层学模式,对研究祁连山隆升的沉积学响应及环境效应具有重要意义。兰州盆地下白垩统为河口群,可以识别出5个三级层序(S.1—S.5),包括LAST和HAST两个非常规体系域,冲积扇和河流相粗碎屑沉积构成三级层序的LAST单元,HAST单元由湖泊相细碎屑地层组成。河口群上部地层发育的风成砂岩序列,在一定程度上可以解释为祁连山隆升造成的"焚风效应"产物,对研究祁连山的阶段性隆升特征具有重要的意义。早、晚白垩世之交,祁连山开始快速强烈隆升,兰州盆地整体抬升为剥蚀区,导致研究区缺失上白垩统。因此,兰州盆地下白垩统特殊的层序地层序列,不仅是早白垩世祁连山隆升的物质记录,还为研究早白垩世东亚大气环流格局变化提供了物质基础。