新疆地區(qū)降水量與氣溫、海拔的空間關(guān)系分析

康 婷，夏孟瑤

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 數(shù)理學(xué)院，烏魯木齊 830052)

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新疆地區(qū)降水量與氣溫、海拔的空間關(guān)系分析

康 婷，夏孟瑤

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 數(shù)理學(xué)院，烏魯木齊 830052)

利用空間展開(kāi)模型，以新疆地區(qū)年降水量、年均氣溫以及海拔高度為指標(biāo)，選取1970s、1980s、1990s、2000s年53個(gè)氣象觀測(cè)站的數(shù)據(jù)，對(duì)新疆地區(qū)年降水量、年均氣溫和海拔高度的空間關(guān)系進(jìn)行分析。通過(guò)模型中氣溫及海拔高度對(duì)降水量的影響系數(shù)分析，能夠充分反映新疆地區(qū)氣溫及海拔高度與降水量之間關(guān)系的空間變化特征。結(jié)果表明：新疆地區(qū)氣溫、海拔對(duì)降水量的影響強(qiáng)度隨著地理空間位置的變化而變化，關(guān)系呈現(xiàn)出顯著的空間非平穩(wěn)性。

空間展開(kāi)模型；氣溫；海拔高度；降水量；新疆地區(qū)

新疆位于我國(guó)西北地區(qū)，地處歐亞大陸腹地，面積166.37×104km2，是我國(guó)面積最大的省(區(qū))。地理特征獨(dú)特，山脈與盆地相間排列，盆地與高山環(huán)抱，呈“三山夾兩盆”態(tài)勢(shì)。新疆北部有阿爾泰山，南部有昆侖山、阿爾金山和天山。天山橫亙于新疆中部，把新疆分為南北兩半，南部是塔里木盆地，北部是準(zhǔn)噶爾盆地。新疆遠(yuǎn)離各大洋和被高山環(huán)繞的地理位置決定了新疆水汽來(lái)源不足，且降水在地域分布上極不均勻，具有干旱、半干旱特征。一個(gè)地區(qū)降水量的多少在很大程度上影響了該地區(qū)的氣候、經(jīng)濟(jì)和人民的生活。新疆地區(qū)高海拔山區(qū)降水對(duì)該地區(qū)所有形式的地表水、地下水以及高山積雪冰川等水體提供了根本補(bǔ)給。占全疆年總降水量84.3%的是山區(qū)降水，成為新疆地區(qū)地表徑流的形成區(qū)。徑流的補(bǔ)給來(lái)源主要分以下幾種類(lèi)型：① 源于天山、昆侖山北坡及帕米爾，以冰川、永久積雪和地下水補(bǔ)給。② 源于阿爾泰山和山區(qū)降水補(bǔ)給為主。③ 降雨和地下水補(bǔ)給的河流。在新疆地區(qū)水資源補(bǔ)給源中，高山融化冰雪占一定的比重，山區(qū)降水在新疆的徑流形成中占有重要地位。新疆的降水特點(diǎn)在地域分布上極不均勻，存在著明顯的水平和垂直差異，在空間格局上主要表現(xiàn)為山區(qū)降水大于平原與盆地、北疆降水多于南疆，且降水量從西北向東南部減少[2]。

長(zhǎng)期以來(lái)，大量的學(xué)者對(duì)中國(guó)西北地區(qū)[3-6]尤其是新疆地區(qū)[6-7]的氣溫、海拔高度和降水量之間的變化關(guān)系做了很多研究。對(duì)于新疆地區(qū)氣溫、降水量之間的變化關(guān)系研究結(jié)果表明：近幾十年來(lái)新疆的氣溫、降水量的變化總體呈上升趨勢(shì)，但隨著地區(qū)的地理位置不同而呈現(xiàn)出不同的增幅。李艷玲等[8]在去除地形的影響后指出：氣溫和降水量具有顯著地空間相關(guān)性和空間聚集特征。 L.Bengtsson[9]研究表明：隨著溫度的升高，徑流量、陸地降水量、大氣中水汽含量將有不同程度的增加?？諝庵兴脑鰷p是影響降水量的重要因素。施雅風(fēng)等[4]認(rèn)為全球氣候變暖的結(jié)果就是使得水循環(huán)過(guò)程加快。俞亞勛等[10]研究發(fā)現(xiàn)西北地區(qū)的南疆盆地和北疆地區(qū)分別是水汽含量相對(duì)高值的中心。駱超等[11]指出在山區(qū)的氣溫和降水量的相關(guān)關(guān)系比在平原區(qū)表現(xiàn)更為明顯，降水量會(huì)隨著溫度升高而增加，二者之間呈現(xiàn)出明顯的正相關(guān)。而對(duì)于降水量與海拔高度的影響關(guān)系，Barry R G[12]認(rèn)為隨著不同地區(qū)山區(qū)降水研究資料的積累，不同地帶降水量隨海拔的變化而變化，具有明顯的地域差異。湯懋蒼[13]認(rèn)為祁連山區(qū)降水隨海拔高度的升高呈“S”型分布。趙成義等[14]研究認(rèn)為新疆地區(qū)降水隨海拔的變化主要為：海拔低于2 500 m時(shí)，降水隨海拔變化近似呈線性；海拔高于2 500 m的地區(qū)，降水隨海拔變化呈近似二次曲線類(lèi)型。湯懋蒼[13]指出不同地區(qū)的降水量隨海拔的變化具有明顯差異?？偨Y(jié)上述一系列研究成果不難發(fā)現(xiàn)：對(duì)于新疆地區(qū)而言，該地區(qū)的氣溫、海拔高度與降水量之間有密切的關(guān)系。隨著地理位置的不同而導(dǎo)致的氣溫、海拔高度對(duì)降水量的空間影響關(guān)系的研究具有十分重要的意義。通過(guò)對(duì)新疆地區(qū)53個(gè)氣象觀測(cè)站點(diǎn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的觀察以及歷史研究結(jié)果可知新疆地區(qū)的降水量存在較明顯的空間分布、地域分布的不勻性。因此，研究新疆地區(qū)氣溫、海拔高度的變化對(duì)降水量的影響關(guān)系，對(duì)認(rèn)識(shí)新疆地區(qū)降水量的空間分布、地域分布，闡明新疆水資源的主要來(lái)源具有非常重要的意義。

1 數(shù)據(jù)資料、研究方法

1.1 數(shù)據(jù)資料

以新疆地區(qū)年降水量、年均氣溫以及海拔高度為指標(biāo)，選取1970s,1980s,1990s和2000s年53個(gè)氣象觀測(cè)站的數(shù)據(jù)，對(duì)新疆地區(qū)年降水量、年均氣溫和海拔高度的空間關(guān)系進(jìn)行分析。

本文研究的數(shù)據(jù)主要選自于1951—2001年的新疆統(tǒng)計(jì)年鑒中，新疆地區(qū)56個(gè)氣象觀測(cè)站點(diǎn)逐日氣溫、海拔高度以及逐日降水量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。由于建站時(shí)間不同、撤站、遷址等原因造成觀測(cè)數(shù)據(jù)的記錄長(zhǎng)度不一[15]。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了嚴(yán)格的篩選，最終選取了1970s、1980s、1990s和2000s的53個(gè)觀測(cè)站的逐日氣溫、海拔高度和降水量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。最后由逐日氣溫、降水量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算得出本文的年均氣溫和年降水量數(shù)據(jù)進(jìn)行研究。因新疆特殊的“三山夾兩盆”的地形結(jié)構(gòu)，小區(qū)域氣候變化顯著，降水在不同的區(qū)域其分布有顯著差異。以天山為界，天山以南為南疆，天山以北為北疆，將新疆地區(qū)劃分為三個(gè)地區(qū)，分別是南疆地區(qū)、天山山區(qū)、北疆地區(qū)。

1.2 研究方法

空間展開(kāi)模型：

(1)

其中:自變量x1i,x2i和因變量yi分別表示第i(i=1,2,…,53)個(gè)氣象觀測(cè)站點(diǎn)的年均氣溫、海拔高度和年降水量;ui,vi分別表示第i個(gè)氣象觀測(cè)站點(diǎn)的緯度、經(jīng)度。

式(1)整理為：Y=Xβ,其中:

2 結(jié)果與分析

2.1 模型計(jì)算結(jié)果

以新疆地區(qū)氣象觀測(cè)站點(diǎn)觀測(cè)的降水量、氣溫、海拔高度數(shù)據(jù)資料為依據(jù)，以降水量、氣溫、海拔高度為指標(biāo)，選取1970s,1980s,1990s和2000s年的53個(gè)氣象觀測(cè)站的數(shù)據(jù)分析新疆地區(qū)降水量與氣溫、海拔高度的空間關(guān)系。計(jì)算結(jié)果得到氣溫、海拔對(duì)降水量的影響系數(shù)函數(shù)β1i、 β2i。1970s、1980s、1990s、2000s的模型計(jì)算可視化結(jié)果見(jiàn)圖1～7。

圖2 1980s氣溫對(duì)降水量的影響系數(shù)

圖3 1990s氣溫對(duì)降水量的影響系數(shù)

圖4 2000s氣溫對(duì)降水量的影響系數(shù)

圖5 北疆地區(qū)海拔高度對(duì)降水量的影響系數(shù)

圖6 天山山區(qū)海拔高度對(duì)降水量的影響系數(shù)

圖7 南疆地區(qū)海拔高度對(duì)降水量的影響系數(shù)

2.2 結(jié)果分析

由圖1～4可知：隨著時(shí)間的推移1970s、1980s、1990s、2000s的氣溫對(duì)降水量的影響趨勢(shì)是一致的。北疆地區(qū)氣溫對(duì)降水量影響系數(shù)最大，且多數(shù)站點(diǎn)為正，即隨著氣溫的升高降水量也隨著增加，天山山區(qū)次之，南疆地區(qū)降水量受氣溫變化的影響最弱。這是由于南疆地區(qū)特殊的地理環(huán)境導(dǎo)致的，其主體為塔里木盆地，其中塔里木盆地中的塔克拉瑪干沙漠的面積為33.67萬(wàn)平方公里，是中國(guó)最大的沙漠，為世界第二大流動(dòng)沙漠。對(duì)于氣溫的增加幅度來(lái)說(shuō)，北疆地區(qū)大于其他兩個(gè)地區(qū)，北疆地區(qū)的氣溫對(duì)降水量的影響系數(shù)是最大的，并且隨著時(shí)間的推移降水量受氣溫的影響也在增大，相對(duì)于其他兩個(gè)區(qū)的比較大。圖1-4表明：南疆地區(qū)氣溫對(duì)降水量的影響系數(shù)，絕大多數(shù)觀測(cè)站在1970s、1980s、1990s的系數(shù)為負(fù)，但是隨著時(shí)間的推移正系數(shù)的站點(diǎn)數(shù)增加，即隨著時(shí)間的推移氣溫對(duì)降水量的影響將逐漸增大。

由圖5～8可知：降水量隨海拔高度的變化有顯著地區(qū)域特征。北疆地區(qū)海拔高度對(duì)降水量的影響系數(shù)大部分為正，南疆地區(qū)和天山山區(qū)的降水量隨海拔高度的影響系數(shù)為負(fù)。

北疆地區(qū)海拔高度對(duì)降水量的影響系數(shù)為正的站點(diǎn)多于天山山區(qū)和南疆地區(qū)，但是天山山區(qū)的影響系數(shù)比南疆地區(qū)的影響系數(shù)要大。表明對(duì)于南疆地區(qū)而言隨著海拔高度的增加降水量逐漸減少.從時(shí)間序列來(lái)看：在2000年，北疆地區(qū)的站點(diǎn)降水量受海拔高度的影響系數(shù)為正的站點(diǎn)數(shù)明顯多于其他時(shí)間的站點(diǎn)數(shù)，而對(duì)于南疆地區(qū)和天山山區(qū)則不然；隨著時(shí)間的推移，天山山區(qū)和南疆地區(qū)的影響系數(shù)也逐步增大，但還為負(fù)。但是南疆地區(qū)的增幅要比天山山區(qū)的增幅要小。這種情況可能是由于南疆地區(qū)特殊的地貌格局、地理環(huán)境和自然環(huán)境的嚴(yán)酷性。

3 結(jié)論

1) 模型的估計(jì)結(jié)果能夠充分反映新疆地區(qū)氣溫、海拔高度與降水量之間的空間變化特征，受地理位置的影響，氣溫、海拔高度對(duì)降水量的影響在空間上有顯著差異。這一結(jié)果充分說(shuō)明新疆地區(qū)氣溫、海拔對(duì)降水量的影響強(qiáng)度隨著地理空間位置的變化而變化，關(guān)系呈現(xiàn)出顯著的空間非平穩(wěn)性。

2) 由模型結(jié)果得到不同站點(diǎn)的氣溫、海拔高度對(duì)降水量的影響系數(shù)函數(shù)。受地形因素的影響，氣溫、海拔高度對(duì)降水量的影響在空間上有顯著差異。對(duì)于新疆的北疆地區(qū)、天山山區(qū)和南疆地區(qū)而言，北疆地區(qū)大部分站點(diǎn)氣溫對(duì)降水量的影響系數(shù)正增長(zhǎng)率變化大，南疆部分站點(diǎn)呈弱負(fù)增長(zhǎng)變化。北疆、天山山區(qū)、南疆3個(gè)區(qū)域進(jìn)行對(duì)比表明：天山山區(qū)海拔高，降水量大，濕潤(rùn)度大；而南疆地區(qū)則不然，南疆較北疆干燥度大。南疆地區(qū)的這種不一致性取決于其特殊的地理格局。

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(責(zé)任編輯 劉 舸)

Spatial Relationship Analysis on Temperature, Altitude and Precipitation in Xinjiang Region

KANG Ting， XIA Mengyao

(Mathematics and Physics College, Xinjiang Agricultural University, Urumchi 830052, China)

Based on the annual precipitation, annual mean temperature and altitude in Xinjiang, the spatial relationships of annual precipitation, annual mean temperature and altitude were analyzed by using the data of 53 meteorological stations in 1970s, 1980s, 1990s and 2000s. Spatial distribution model is used to replace the spatial position of each observation point by the geography position function of each observation station, which can solve the spatial heterogeneity caused by the geographical characteristics of each site. The influence of temperature and altitude on the precipitation is analyzed, which can reflect the spatial variation of the relationship between the temperature, elevation and precipitation in Xinjiang. The results show that the intensity of the influence of temperature and elevation on the precipitation in Xinjiang varies with the change of geography spatial position, and the relationship shows significant spatial non-stationarity.

spatial expansion method; average temperature; altitude; annual precipitation; Xinjiang region

2017-03-25

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41261087) ；教育部青年基金資助項(xiàng)目(12XJJC910001)；新疆文科基地重大項(xiàng)目(0601920)；2016年新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)自治區(qū)級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201610758185)

康婷(1988—)，女，山西呂梁人，碩士研究生，主要從事概率統(tǒng)計(jì)及應(yīng)用研究，E-mail：827312527@qq.com。

康婷，夏孟瑤.新疆地區(qū)降水量與氣溫、海拔的空間關(guān)系分析[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué))，2017(7):119-123.

format：KANG Ting，XIA Mengyao.Spatial Relationship Analysis on Temperature, Altitude and Precipitation in Xinjiang Region[J].Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science)，2017(7):119-123.

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2017.07.019

O212.1

A

1674-8425(2017)07-0119-05