近50年疏勒河流域降水空間分布規(guī)律研究

宋閣慶，李計(jì)生，王若臣

(甘肅省水文水資源局，甘肅 蘭州 730030)

?

近50年疏勒河流域降水空間分布規(guī)律研究

宋閣慶，李計(jì)生，王若臣

(甘肅省水文水資源局，甘肅 蘭州 730030)

[摘要]基于疏勒河流域水文站和雨量站的觀測(cè)數(shù)據(jù)，建立了多年平均降水量和地形因子(包括緯度、經(jīng)度、地形高程)的關(guān)系模型,根據(jù)該模型，利用Acrgis及Suffer平臺(tái)繪制了疏勒河流域多年平均降水量等值線。研究表明：疏勒河流域降水量隨緯度地帶性和垂直地帶性變化呈明顯規(guī)律性分布，尤其與海拔關(guān)系密切相關(guān)。同時(shí)，降水量在疏勒河流域與黑河流域的平原區(qū)境內(nèi)具有相似性分布。

[關(guān)鍵詞]疏勒河流域；地形因子；降水；空間分布

在全球變暖的背景下，我國(guó)降水的空間格局也發(fā)生著變化[1]。在我國(guó)干旱半干旱地區(qū)，降水量變化也較為復(fù)雜[2]。近年來(lái)，河西走廊降水普遍減少，但降水變化具有差異性，中西部對(duì)干旱變化響應(yīng)比較敏感[3]，特別在春末夏初河西走廊降水空間分布特征是東南部多，西北部多，中間少[4]。從河西地區(qū)局部地區(qū)來(lái)看，其降水量也具有獨(dú)自的特征，其中，疏勒河流域年降水量由北向南逐漸增加[5]。因此，對(duì)疏勒河流域降水空間分布規(guī)律的研究對(duì)進(jìn)一步了解疏勒河流域降水特征有著重要的意義。

降水的空間分布取決于如地理位置、地形因素, 以及諸如氣團(tuán)遠(yuǎn)離水汽源的距離[6]等氣象條件。由于單純考慮地理位置、地形條件影響下的降水即地形性降水的分布, 其影響是相對(duì)常定的, 因此,不少學(xué)者使用基于靜態(tài)最小二乘法的多元回歸分析方法建立降水與地理位置、地形等影響因子間的關(guān)系, 推算降水的空間變化. 如Ollinger等[6]建立了北美地區(qū)降水等氣象要素與地理位置、地形高程等的回歸模型, Naoum等[7]給出了地形性降水的多元回歸關(guān)系, Kravchenko等[8]用地理要素統(tǒng)計(jì)方法探討了年平均降水的推算,Sevruk等[9]考慮了坡度、坡向和地形高程對(duì)小流域降水分布的影響, Germann等[10]用降水觀測(cè)值與地形的關(guān)系建立了精度較高的統(tǒng)計(jì)分布模式,Woltling[11]、Marqunez等[12]也都深入探討過(guò)多地形變量估算降水分布的問(wèn)題。在國(guó)內(nèi), 傅抱璞[13]及其他學(xué)者[14～20]也有過(guò)類似的研究。上述研究表明, 多元統(tǒng)計(jì)回歸法在研究范圍較小、影響降水分布的因子明確且相互獨(dú)立時(shí)效果較好。選擇疏勒河流域20個(gè)氣象站，對(duì)其1956年-2010年年均降水的變化特征和空間分布特征做了詳細(xì)探討，試圖從區(qū)域?qū)用嫔霞由顚?duì)疏勒河流域氣候變化狀況的認(rèn)識(shí)，從而為能夠科學(xué)地指導(dǎo)當(dāng)?shù)厣a(chǎn)生活提供依據(jù)。

1研究區(qū)概況

疏勒河流域位于96°30′-97°40′E，40°11′-40°34′N之間的甘肅省河西走廊西部，西鄰新疆自治區(qū)哈密地區(qū)，東接甘肅省嘉峪關(guān)市，南依祁連山與青海省接壤，北靠馬鬃山與內(nèi)蒙古自治區(qū)毗鄰。疏勒河干流昌馬河發(fā)源于祁連山脈西側(cè)的崗格爾肖合力嶺，與大通河、布哈河和黑河源頭相鄰，河源海拔4 737 m。

2資料選取

研究區(qū)雨量測(cè)站多分布于中低山帶，高山區(qū)稀少。流域內(nèi)的昌馬河、黨河出山口均設(shè)有國(guó)家基本水文站，昌馬河河源與出山口之間，甘肅省水文局設(shè)有魚兒紅雨量站。依據(jù)資料的連續(xù)性及最長(zhǎng)時(shí)段性標(biāo)準(zhǔn)，共選取符合條件的水文站和雨量站站20個(gè)(表1)。這些觀測(cè)站基本上是從20世紀(jì)50年代開(kāi)始建站觀測(cè)，為了保證觀測(cè)數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果的代表性和可靠性，各站資料均選取從建站觀測(cè)開(kāi)始至2010年的觀測(cè)時(shí)段。

3研究方法與原理

研究區(qū)域面積廣闊, 南高北低的地形特點(diǎn), 十分有利于西、北方向的冷濕氣流深入內(nèi)地, 氣流受到的擾動(dòng)和阻滯作用使得區(qū)域內(nèi)降水與地形高程等形成復(fù)雜的相關(guān)關(guān)系。為了揭示這種關(guān)系并估算空間各點(diǎn)上的降水量, 采用統(tǒng)計(jì)方法,建立地理位置、地形因子與降水分布的關(guān)系, 并認(rèn)為這是地理位置、地形影響產(chǎn)生的降水部分[13〗。在一個(gè)較大地區(qū)范圍內(nèi), 降水量P = P ( X, Y, Z) , 其中X, Y分別為經(jīng)度和緯度，Z為地形高程，則地理、地形影響下的估算降水量為：

P =a0X+ a1Y+ a3Z + R

(1)

式中：R為常數(shù)項(xiàng)，a0-a3為各項(xiàng)系數(shù)。

將20個(gè)觀測(cè)站點(diǎn)的經(jīng)緯度、高程及多年平均降雨量在Spss中進(jìn)行多元回歸建立模型，回歸分析結(jié)果如下：

表1　研究區(qū)及附近水文站與雨量站信息和數(shù)據(jù)系列長(zhǎng)度

表2　Model Summary(回歸模型擬合優(yōu)度)

表2中復(fù)相關(guān)系數(shù)R達(dá)到80.3%說(shuō)明該模型可以做預(yù)測(cè)。

表3　ANOVA(回歸模型顯著性分析)

Sig=0.004<0.005說(shuō)明該模型非常顯著，能滿足研究要求精度。

根據(jù)回歸分析結(jié)果，建立疏勒河流域降水量擬合模型，結(jié)果如下：

P=0.536X-11.13Y+ 0.061Z + 368.529

(2)

4研究區(qū)降水量空間分布模擬

4.1模型精度評(píng)價(jià)

用上述建摸方法, 將擬合值與實(shí)測(cè)資料進(jìn)行合格率檢驗(yàn)和相關(guān)分析如圖1，2所示，模型合格率達(dá)到81%，屬于乙級(jí)方案[21〗；相關(guān)系數(shù)為0.6，說(shuō)明擬合值與實(shí)測(cè)值具有強(qiáng)相關(guān)性，因此該模型可做參考依據(jù)。

表4　Coefficents(回歸系數(shù))

圖1　實(shí)測(cè)值與模型擬合值對(duì)比圖

4.2降水空間擬合分析

疏勒河流域與新疆同屬中緯度西風(fēng)帶，降水主要受西風(fēng)環(huán)流所攜帶大西洋水汽的影響[22-23]。常年受高空西風(fēng)帶與青藏高原動(dòng)力摩擦而產(chǎn)生的一系列反氣旋性高壓脊下沉氣流作用，氣候干冷、少雨及多風(fēng)[24]。根據(jù)流域地形特點(diǎn)分別在上游祁連山——阿爾金山高寒半干旱區(qū)，出山口一帶淺山區(qū)，河源區(qū)一帶高山區(qū)及西北部荒漠區(qū)并以等高線為基準(zhǔn)均勻設(shè)置模擬點(diǎn)。將各模擬點(diǎn)的經(jīng)緯度、高程值計(jì)算出模擬多年降雨量值在Suffer中生成疏勒河流域多年降雨量模擬等值線，來(lái)研究流域整體的降水空間分布情況如圖2所示：

圖2　實(shí)測(cè)值與模型擬合值相關(guān)分析

圖3　疏勒河流域近50年模擬降水量等值線分布圖

從圖3中可以看出：除流域西北部小范圍淺山區(qū)外，疏勒河流域年降水量整體由南向北呈遞減趨勢(shì)；在流域中部，玉門市和瓜州縣交界處的淺山區(qū)，由于橫斷南北的低山地形影響，使降水量呈現(xiàn)明顯分界線；等值線延伸至黑河流域下游部分平原區(qū)與疏勒河流域平原區(qū)降水分布非常相似。

5結(jié)語(yǔ)

利用地形因子建立降水量回歸模型，通過(guò)Arcgis與Suffer平臺(tái)，模擬疏勒河流域降水整體空間分布格局。分析表明，該模型能夠比較準(zhǔn)確的估算疏勒河流域降水的空間分布情況，得出以下結(jié)論：

(1) 疏勒河流域降水隨緯度地帶性和垂直地帶性變化呈明顯規(guī)律性分布，尤其受地形影響最大，基本隨地形呈三種分布：一是西南起阿爾金山沿祁連山往南的中、高山區(qū)呈遞增趨勢(shì)，年降水量模擬值在中山區(qū)為100～200 mm，高山區(qū)在200 mm以上；二是上述山區(qū)向北與流域北部北山、馬鬃山之間的平原區(qū)，降水量向北呈遞減趨勢(shì)降水量模擬值在100 mm以下；三是流域北部淺山區(qū)，主要是北山一代，除在馬鬃山降水量在80～100之間，其余區(qū)域基本向北遞減，降水量模擬值在60 mm以下。

(2) 在流域中部，玉門市和瓜州縣交界處，降水量由于橫斷南北的低山阻隔，使降水量在空間分布上呈現(xiàn)明顯分界線。在分界線東西兩側(cè)，降水量呈相似分布，即隨著與分界線距離的增加，降水量逐漸減少，而在分界線南北方向，降水隨地形變化非常明顯。

(3) 降水量在疏勒河流域與黑河流域的平原區(qū)境內(nèi)具有相似性分布，模擬年降水量均在40～60 mm之間。

參考文獻(xiàn)

[1]王英,曹明奎,陶波,等.全球氣候變化背景下中國(guó)降水量空間格局的變化特征[J〗.地理研究.2006,25(6):1032-1040.

[2]靳生理，張勃，孫力煒，等.近50年河西地區(qū)降水量變化特征及時(shí)間分布均勻度變化[J〗.資源科學(xué).2012,34(5):811-818.

[3]郭小芹,曹玲,蘭曉波.河西走廊降水及其干旱特征研究[J〗.干旱區(qū)資源與環(huán)境.2011, 25(4):74-78.

[4]楊明,郭江勇,劉洪蘭.甘肅省河西走廊春末夏初降水高空環(huán)流特征[J〗.干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究.2007,24(1):254-260.

[5]李玲萍,李巖瑛,蓋曉萍.河西走廊東部降水日數(shù)及強(qiáng)度的時(shí)空特征[J〗.干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究.2009,27(4):254-260.

[6]Naoum S,Tsanis I K.Orographic precipitation modeling with multiple linear regression. Journal of Hydrologic Engineering, 2004, 9: 79-102.

[7]Ollinger S V,Aber J D,Federer C A,et al.Modeling physical and chemical climate of the northeastern United St ates for a geographic information system.Gen.Tech.Rep,1995.191.

[8]Kravchenko A,ZHANG Ren-Duo,Tung Y K.Estimation of MeanAnnual Precipitation in Wyoming Using Geost atistical Analysis.Proceedings of American Geophysical Union 16th Annual HydrologyDays, 1996.271-282.

[9]Sevruk B,Nevenic M.The geography and topography effect s on thearea patt ern of precipit ation in a Amall Prealpline Basin.Wat.Sci.Tech.1998,37:163-170.

[10]Germann U, Joss J.Spatial continuity of Alpine precipitation. Phys.Chem. Earth (B) , 2000, 25:903-908.

[11]Wolt ling G,Bouvier C,Danloux J,et al. Regionalizat ion of extremeprecipitation distribution using the principal components of the topographical environment . Journal of Hydrol ogy, 2000, 233: 86-101.

[12]MarquVnez J,Lastra J,Garcia P.Estimation models for precipitation in mountainous regions: the use of GIS and mult ivariat e analysis.Journal of Hydrology,2003,270:1-11.

[13]傅抱璞.地形和海拔高度對(duì)降水的影響[J〗.地理學(xué)報(bào).1992,47(4):303-314.

[14]舒守娟,喻自鳳,王元，等.西藏地區(qū)復(fù)雜地形下的降水空間分布估算模型.地球物理學(xué)報(bào).2005,48(3):535-542.

[15]張杰,韓永翔,萬(wàn)信，等.祁連山區(qū)降水資源網(wǎng)格場(chǎng)的模擬與分析[J〗.干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究.2002,20(2):108-119.

[16]張連強(qiáng), 趙有中, 歐陽(yáng)宗繼，等. 運(yùn)用地理因子推算山區(qū)局地降水量的研究[J〗.中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象.1996,17(2):6-10.

[17]穆興民, 陳國(guó)良. 黃土高原降水與地理因素的空間結(jié)構(gòu)趨勢(shì)面分析[J〗.干旱區(qū)地理.1993,16(2):71-76.

[18]周鎖銓, 薛根元, 周麗峰，等. 基于GIS降水空間分析的逐步插值方法[J〗.氣象學(xué)報(bào).2006, 64(1):100-111.

[19]陸忠艷,馬力,繆啟龍，等.起伏地形下重慶降水精細(xì)的空間分布[J〗.南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào).2006, 29(3):408-412.

[20]舒守娟,王元,熊安元.中國(guó)區(qū)域地理、地形因子對(duì)降水分布影響的估算和分析[J〗.地球物理學(xué)報(bào).2007, 50(6):1703-1712.

[21]中華人民共和國(guó)水利部發(fā)布.中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SL250-2000.水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范[S〗.北京:中國(guó)水利電力出版社.2000.18-19.

[22]張強(qiáng),張杰,孫國(guó)武，等.祁連山山區(qū)空中水汽分布特征研究[J].氣象學(xué)報(bào).2007,65(4):633-643.

[23]湯懋蒼,許曼春.祁連山區(qū)的氣候變化[J].高原氣象.1984,3(4):21-33.

[24]藍(lán)永超,胡興林,肖生春,等.近50年疏勒河流域山區(qū)的氣候變化及其對(duì)出山徑流的影響[J].高原氣象.2010,31(6):1636-1644.

Study on Spatial Distribution of Precipitation of ShuLe River Basin in Past 50 Years

SONG Ge-qing，LI Ji-Sheng，WANG Ruo-Cheng

(Hydrology and Water ResourcesBureau of Gansu Province，LanZhou 730030，China)

Abstract:Based on the observed data Shule River Basin hydrological stations and rainfall stations, the establishment of the average annual precipitation and topographic factors (including latitude, longitude, terrain elevation) of the relational model, according to the model, using Acrgis and Suffer platform draws ShuLe River Basin annual average precipitation contours. Studies have shown that: Shule River Basin with latitude zonal precipitation and changes in vertical zones showed a regular distribution, particularly closely related to the altitude. Meanwhile, precipitation in the territory of the plains in Shule River Basin and the Heihe River Basin District with similar distribution.

Key words:Shule River Basin；the Terrain Factor；Precipitation and Spatial Distribution

[收稿日期]2015-07-31

[作者簡(jiǎn)介]宋閣慶(1982-)，男，甘肅蘭州人，工程師，主要從事水文水資源與水利工程。

[中圖分類號(hào)]P332.1

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1004-1184(2016)01-0104-03