駱 漢，賈慧慧，趙廷寧，董 梅

（水土保持與荒漠化防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京林業(yè)大學(xué) 水土保持學(xué)院，北京100083）

降雨是陸上水資源的直接來(lái)源和水循環(huán)的首要環(huán)節(jié)，降雨量數(shù)據(jù)是研究流域內(nèi)水資源和水環(huán)境的首要基礎(chǔ)資料之一，因而研究降雨的空間分布具有重要的意義［1］。但是目前由于氣象站點(diǎn)的限制，在某些地區(qū)往往存在無(wú)降雨資料和少降雨資料的情況，嚴(yán)重影響了科研和實(shí)際工作的進(jìn)行。精確的降雨數(shù)據(jù)只存在于雨量站點(diǎn)，其余點(diǎn)的降雨數(shù)據(jù)只能從相近站點(diǎn)或者其它氣象參數(shù)求得。如果能在有限降雨資料的基礎(chǔ)上，研究影響降雨的因素，建立降雨量與各因素之間的關(guān)系，可以為流域內(nèi)的水資源和水環(huán)境研究提供良好的基礎(chǔ)，進(jìn)而為人工林栽培、植被恢復(fù)、土壤侵蝕等研究提供指導(dǎo)。本文通過(guò)對(duì)研究地區(qū)不同地形位置布設(shè)雨量觀(guān)測(cè)設(shè)備，進(jìn)行場(chǎng)降雨觀(guān)測(cè)。針對(duì)不同高程、坡向的降雨實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析［2－3］，得出晉西黃土丘陵溝壑區(qū)降雨的地形分異規(guī)律。

1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地位于山西省呂梁山西麓的方山縣峪口鎮(zhèn)土橋溝流域（北緯37°36′58″，東經(jīng)110°02′55″）。流域內(nèi)最高海拔1 446m，試區(qū)平均海拔1 200m左右。該地區(qū)屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫為7.3℃，年平均≥10℃的活動(dòng)積溫為2 223.5℃，干燥度1.3。年平均風(fēng)速約2.6m／s，冬春寒冷干燥多大風(fēng)，西北風(fēng)為主，秋季涼爽少雨，夏季降雨集中，無(wú)霜期140d，霜凍期為9月下旬至次年5月上旬，日照總時(shí)數(shù)2 496h。多年平均降水量416mm，且年內(nèi)分配非常不均，6—9月降水占全年的70%以上；多年平均水面蒸發(fā)量高達(dá)1 857.7mm，最大蒸發(fā)出現(xiàn)在4—6月，表現(xiàn)出典型的北方嚴(yán)重春旱的特征。試驗(yàn)區(qū)屬典型黃土丘陵溝壑地貌，地表大部分為新生代第四紀(jì)馬蘭黃土所覆蓋，土壤為黃綿土，由黃土母質(zhì)直接發(fā)育形成，層次過(guò)渡不明顯；土層深厚，質(zhì)地均勻，為中壤土，pH值為8.0～8.4，溝壑密度為3.8km／km2。試驗(yàn)地平均土壤容重1.20g／cm3，田間持水量21.0%左右。境內(nèi)主要河流為北川河、一般河水流量為1.5～2m3／s，最大洪峰流量達(dá)540m3／s，東部山地為北川河河水流量的主要源泉。試驗(yàn)區(qū)屬森林草原灌叢植被區(qū)，全縣有天然林2.73萬(wàn)hm2，覆被率達(dá)37.6%，刺槐人工林下主要野生灌木有杠柳（Periploca sepiun）、黃刺玫（Rosa xanthina）、沙棘（Hippophae rhamnoides）、大果榆（Ulmus macrocarpa）等；草本植物以菊科和禾本科為主，菊科篙屬居多，有鐵桿蒿（Artemisia sacrorum）、豬毛篙（A.scoparia）、阿爾泰紫苑（Heteropaspus altaicus）、山野豌豆（Vicia amoena）等。

2 研究方法

2.1 降雨隨高程變化規(guī)律

試驗(yàn)在觀(guān)測(cè)降雨量隨高程的變化規(guī)律時(shí)，在盡量保證其他自然條件基本相似的前提下，將測(cè)點(diǎn)設(shè)在周?chē)鷽](méi)有遮蔽的不同海拔高度，坡向、坡度大致相同的具有代表性的山頂、高地和坡地上［4－5］。野外考察共布設(shè)觀(guān)測(cè)點(diǎn)20個(gè)，共分為4個(gè)高程布設(shè)（如圖1所示），分別為A點(diǎn)1 161m、B點(diǎn)1 270m、C點(diǎn)1 341 m、D點(diǎn)1 407m，每個(gè)高程設(shè)有5個(gè)觀(guān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)每個(gè)測(cè)點(diǎn)采取場(chǎng)降雨即時(shí)觀(guān)測(cè)，計(jì)算出每個(gè)高程點(diǎn)的平均降雨量［6－8］。

2.2 降雨隨坡向變化規(guī)律

在觀(guān)測(cè)不同高程點(diǎn)的降雨量數(shù)據(jù)時(shí)，將每個(gè)高程分為5個(gè)不同的分測(cè)點(diǎn)，分別布設(shè)在梁峁頂、陰坡、陽(yáng)坡、陰溝坡（即陰坡下部）、陽(yáng)溝坡（即陽(yáng)坡下部）5個(gè)地形部位，同樣對(duì)每個(gè)測(cè)點(diǎn)采取場(chǎng)降雨即時(shí)觀(guān)測(cè)，根據(jù)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)在高程統(tǒng)一的情況下分析降雨隨坡向變化的規(guī)律。

圖1 實(shí)驗(yàn)點(diǎn)分布圖

3 結(jié)果與分析

3.1 降雨隨高程分布變化

首先，考慮到山脈統(tǒng)一坡向上，降雨量和海拔高度關(guān)系比較好，分別就峁頂、陽(yáng)坡、陰坡、陽(yáng)溝坡、陰溝坡5個(gè)特征地形展開(kāi)分析。實(shí)驗(yàn)地區(qū)不同坡向降雨量隨高程分布見(jiàn)圖2。從圖中曲線(xiàn)可以看出，各個(gè)坡向隨高程變化，降雨量分布規(guī)律基本相同，均為先增加后減少。由于不同地形部位受風(fēng)向等作用影響，最大雨量出現(xiàn)的高度則不盡相同。其中，陰坡出現(xiàn)最大雨量的高度最高。

圖2 不同坡向降雨量隨高程變化分布圖

對(duì)于丘陵溝壑區(qū)的山地降雨，在不考慮坡向的情況下，降雨量隨高程的直觀(guān)變化規(guī)律見(jiàn)圖3。從圖中可以看出，山地降雨量最初隨海拔高度升高而增加，至某一高度達(dá)到最大值后轉(zhuǎn)而逐漸向下遞減。降雨量開(kāi)始下降的海拔高度隨地區(qū)和季節(jié)而不同，一般是氣候愈潮濕、大氣愈不穩(wěn)定，開(kāi)始下降的海拔高度愈低［9－10］。研究區(qū)域降雨量最大值出現(xiàn)在高程為1 280 m左右。對(duì)于丘陵山地類(lèi)的地形，在起伏地形的向風(fēng)面，特別是高地的頂部，風(fēng)速較大，有上升分速度，雨滴的降落速度慢，大量雨滴被吹到了背風(fēng)面，因此當(dāng)高度達(dá)到一定時(shí)降雨量隨著高程的增加而減少。

3.2 降雨隨坡向的分布變化

不同情況下地形對(duì)降雨的影響是不同的。氣流過(guò)山時(shí)，由于地形的作用，改變了風(fēng)速，因而也影響了降雨的分布。這種影響的具體效應(yīng)在很大程度上受研究尺度的制約，本文討論的研究區(qū)域?qū)儆谛∑鸱匦?，與大尺度地形比較，具有截然不同的規(guī)律。對(duì)于小山崗類(lèi)的地形，在起伏地形的向風(fēng)面，特別是高地的頂部，風(fēng)速較大，且有上升分速度；在背風(fēng)面風(fēng)速最小，且有下降分速度。所以在向風(fēng)面小雨滴、毛毛雨和雪花降落的速度減慢，在高低的頂部便有大量小雨滴或雪花被吹到背風(fēng)面，并在那里加速降落，這就使得小起伏地形中水平面上的降雨量在向風(fēng)坡和頂部減少，而背風(fēng)坡增加，其分布特點(diǎn)正好與在大地形中相反。也就是說(shuō)，對(duì)于小起伏地形而言，水平面上的降雨分布與風(fēng)速的分布正好相反［11］。

圖3 高程與平均降雨量相關(guān)圖

本文研究區(qū)域降雨量隨坡向變化的分布見(jiàn)圖4。從圖中可以明顯地看出，降雨量的平均值隨坡向變化的分布為陰溝坡＞陰坡＞峁頂＞陽(yáng)溝坡＞陽(yáng)坡。實(shí)驗(yàn)地區(qū)地處晉西黃土高原，夏季季風(fēng)風(fēng)向以西南風(fēng)為主，即西南向坡為迎風(fēng)坡，東北向?yàn)楸筹L(fēng)坡。從陰陽(yáng)坡的劃分標(biāo)準(zhǔn)而言，南向坡為陽(yáng)坡，即迎風(fēng)坡；北向坡為陰坡，即背風(fēng)坡。因此，從實(shí)驗(yàn)地區(qū)降雨量陰坡＞陽(yáng)坡的結(jié)果可以推出背風(fēng)坡＞迎風(fēng)坡的規(guī)律。

圖4 降雨量隨坡向變化分布

具體到某一高程范圍數(shù)據(jù)，從圖4可以看出，陰坡降雨量＞陽(yáng)坡降雨量。對(duì)于不同高程而言，坡地降雨受風(fēng)向等條件影響略有區(qū)別，導(dǎo)致高程為1 161m范圍陰溝坡略小于陽(yáng)溝坡的結(jié)果，其它高程范圍均符合陰坡＞陽(yáng)坡的分布規(guī)律。圖5為各個(gè)高程區(qū)域不同坡向降雨量平均值統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

圖5 不同高程降雨量隨坡向變化分布

從以上實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析過(guò)程看出，在微地形前提下對(duì)降雨數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，可以得出一定的分布規(guī)律：隨著高程的增加，降雨量先增加后減少，降雨量最大值出現(xiàn)在高程為1 280m附近；隨坡向變化降雨量的變化為背風(fēng)坡＞迎風(fēng)坡，陰坡＞陽(yáng)坡，峁頂將降雨量適中。

4 結(jié)論

丘陵溝壑區(qū)的山地降雨，在不考慮坡向影響的情況下，降雨量隨著高程的增加，先增加后減少，降雨量最大值出現(xiàn)在高程為1 280m附近；在統(tǒng)一高程，不同坡向情況下降雨量的分布規(guī)律為：背風(fēng)坡＞迎風(fēng)坡，即陰坡＞陽(yáng)坡，峁頂降雨量適中。

本研究是在一定的時(shí)期內(nèi)，通過(guò)收集不同高程，不同坡向的一些相對(duì)獨(dú)立的觀(guān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，由于數(shù)據(jù)量比較小，對(duì)得出的分布規(guī)律只能做定性分析，無(wú)法得到定量結(jié)果，這就需要后期不斷進(jìn)行數(shù)據(jù)補(bǔ)充和研究分析。另外，空間降雨分布是一個(gè)比較復(fù)雜的過(guò)程，本文只是針對(duì)高程和坡向這兩個(gè)地形因素進(jìn)行分析，其他方面的影響因素也有待于進(jìn)一步的研究和分析。

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