近50年疏勒河流域降水空间分布规律研究

宋阁庆，李计生，王若臣

(甘肃省水文水资源局，甘肃 兰州 730030)



近50年疏勒河流域降水空间分布规律研究

宋阁庆，李计生，王若臣

(甘肃省水文水资源局，甘肃 兰州 730030)

[摘要]基于疏勒河流域水文站和雨量站的观测数据，建立了多年平均降水量和地形因子(包括纬度、经度、地形高程)的关系模型,根据该模型，利用Acrgis及Suffer平台绘制了疏勒河流域多年平均降水量等值线。研究表明：疏勒河流域降水量随纬度地带性和垂直地带性变化呈明显规律性分布，尤其与海拔关系密切相关。同时，降水量在疏勒河流域与黑河流域的平原区境内具有相似性分布。

[关键词]疏勒河流域；地形因子；降水；空间分布

在全球变暖的背景下，我国降水的空间格局也发生着变化[1]。在我国干旱半干旱地区，降水量变化也较为复杂[2]。近年来，河西走廊降水普遍减少，但降水变化具有差异性，中西部对干旱变化响应比较敏感[3]，特别在春末夏初河西走廊降水空间分布特征是东南部多，西北部多，中间少[4]。从河西地区局部地区来看，其降水量也具有独自的特征，其中，疏勒河流域年降水量由北向南逐渐增加[5]。因此，对疏勒河流域降水空间分布规律的研究对进一步了解疏勒河流域降水特征有着重要的意义。

降水的空间分布取决于如地理位置、地形因素, 以及诸如气团远离水汽源的距离[6]等气象条件。由于单纯考虑地理位置、地形条件影响下的降水即地形性降水的分布, 其影响是相对常定的, 因此,不少学者使用基于静态最小二乘法的多元回归分析方法建立降水与地理位置、地形等影响因子间的关系, 推算降水的空间变化. 如Ollinger等[6]建立了北美地区降水等气象要素与地理位置、地形高程等的回归模型, Naoum等[7]给出了地形性降水的多元回归关系, Kravchenko等[8]用地理要素统计方法探讨了年平均降水的推算,Sevruk等[9]考虑了坡度、坡向和地形高程对小流域降水分布的影响, Germann等[10]用降水观测值与地形的关系建立了精度较高的统计分布模式,Woltling[11]、Marqunez等[12]也都深入探讨过多地形变量估算降水分布的问题。在国内, 傅抱璞[13]及其他学者[14～20]也有过类似的研究。上述研究表明, 多元统计回归法在研究范围较小、影响降水分布的因子明确且相互独立时效果较好。选择疏勒河流域20个气象站，对其1956年-2010年年均降水的变化特征和空间分布特征做了详细探讨，试图从区域层面上加深对疏勒河流域气候变化状况的认识，从而为能够科学地指导当地生产生活提供依据。

1研究区概况

疏勒河流域位于96°30′-97°40′E，40°11′-40°34′N之间的甘肃省河西走廊西部，西邻新疆自治区哈密地区，东接甘肃省嘉峪关市，南依祁连山与青海省接壤，北靠马鬃山与内蒙古自治区毗邻。疏勒河干流昌马河发源于祁连山脉西侧的岗格尔肖合力岭，与大通河、布哈河和黑河源头相邻，河源海拔4 737 m。

2资料选取

研究区雨量测站多分布于中低山带，高山区稀少。流域内的昌马河、党河出山口均设有国家基本水文站，昌马河河源与出山口之间，甘肃省水文局设有鱼儿红雨量站。依据资料的连续性及最长时段性标准，共选取符合条件的水文站和雨量站站20个(表1)。这些观测站基本上是从20世纪50年代开始建站观测，为了保证观测数据和计算结果的代表性和可靠性，各站资料均选取从建站观测开始至2010年的观测时段。

3研究方法与原理

研究区域面积广阔, 南高北低的地形特点, 十分有利于西、北方向的冷湿气流深入内地, 气流受到的扰动和阻滞作用使得区域内降水与地形高程等形成复杂的相关关系。为了揭示这种关系并估算空间各点上的降水量, 采用统计方法,建立地理位置、地形因子与降水分布的关系, 并认为这是地理位置、地形影响产生的降水部分[13〗。在一个较大地区范围内, 降水量P = P ( X, Y, Z) , 其中X, Y分别为经度和纬度，Z为地形高程，则地理、地形影响下的估算降水量为：

P =a0X+ a1Y+ a3Z + R

(1)

式中：R为常数项，a0-a3为各项系数。

将20个观测站点的经纬度、高程及多年平均降雨量在Spss中进行多元回归建立模型，回归分析结果如下：

表1　研究区及附近水文站与雨量站信息和数据系列长度

表2　Model Summary(回归模型拟合优度)

表2中复相关系数R达到80.3%说明该模型可以做预测。

表3　ANOVA(回归模型显著性分析)

Sig=0.004<0.005说明该模型非常显著，能满足研究要求精度。

根据回归分析结果，建立疏勒河流域降水量拟合模型，结果如下：

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

(2)

4研究区降水量空间分布模拟

4.1模型精度评价

用上述建摸方法, 将拟合值与实测资料进行合格率检验和相关分析如图1，2所示，模型合格率达到81%，属于乙级方案[21〗；相关系数为0.6，说明拟合值与实测值具有强相关性，因此该模型可做参考依据。

表4　Coefficents(回归系数)

图1　实测值与模型拟合值对比图

4.2降水空间拟合分析

疏勒河流域与新疆同属中纬度西风带，降水主要受西风环流所携带大西洋水汽的影响[22-23]。常年受高空西风带与青藏高原动力摩擦而产生的一系列反气旋性高压脊下沉气流作用，气候干冷、少雨及多风[24]。根据流域地形特点分别在上游祁连山——阿尔金山高寒半干旱区，出山口一带浅山区，河源区一带高山区及西北部荒漠区并以等高线为基准均匀设置模拟点。将各模拟点的经纬度、高程值计算出模拟多年降雨量值在Suffer中生成疏勒河流域多年降雨量模拟等值线，来研究流域整体的降水空间分布情况如图2所示：

图2　实测值与模型拟合值相关分析

图3　疏勒河流域近50年模拟降水量等值线分布图

从图3中可以看出：除流域西北部小范围浅山区外，疏勒河流域年降水量整体由南向北呈递减趋势；在流域中部，玉门市和瓜州县交界处的浅山区，由于横断南北的低山地形影响，使降水量呈现明显分界线；等值线延伸至黑河流域下游部分平原区与疏勒河流域平原区降水分布非常相似。

5结语

利用地形因子建立降水量回归模型，通过Arcgis与Suffer平台，模拟疏勒河流域降水整体空间分布格局。分析表明，该模型能够比较准确的估算疏勒河流域降水的空间分布情况，得出以下结论：

(1) 疏勒河流域降水随纬度地带性和垂直地带性变化呈明显规律性分布，尤其受地形影响最大，基本随地形呈三种分布：一是西南起阿尔金山沿祁连山往南的中、高山区呈递增趋势，年降水量模拟值在中山区为100～200 mm，高山区在200 mm以上；二是上述山区向北与流域北部北山、马鬃山之间的平原区，降水量向北呈递减趋势降水量模拟值在100 mm以下；三是流域北部浅山区，主要是北山一代，除在马鬃山降水量在80～100之间，其余区域基本向北递减，降水量模拟值在60 mm以下。

(2) 在流域中部，玉门市和瓜州县交界处，降水量由于横断南北的低山阻隔，使降水量在空间分布上呈现明显分界线。在分界线东西两侧，降水量呈相似分布，即随着与分界线距离的增加，降水量逐渐减少，而在分界线南北方向，降水随地形变化非常明显。

(3) 降水量在疏勒河流域与黑河流域的平原区境内具有相似性分布，模拟年降水量均在40～60 mm之间。

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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

[作者简介]宋阁庆(1982-)，男，甘肃兰州人，工程师，主要从事水文水资源与水利工程。

[中图分类号]P332.1

[文献标识码]A

[文章编号]1004-1184(2016)01-0104-03