宋閣慶，李計生，王若臣

(甘肅省水文水資源局，甘肅 蘭州 730030)

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近50年疏勒河流域降水空間分布規(guī)律研究

宋閣慶，李計生，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，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，我國降水的空間格局也發(fā)生著變化[1]。在我國干旱半干旱地區(qū)，降水量變化也較為復雜[2]。近年來，河西走廊降水普遍減少，但降水變化具有差異性，中西部對干旱變化響應(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)來看，其降水量也具有獨自的特征，其中，疏勒河流域年降水量由北向南逐漸增加[5]。因此，對疏勒河流域降水空間分布規(guī)律的研究對進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, 以及諸如氣團遠離水汽源的距離[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, 其影響是相對常定的, 因此,不少學者使用基于靜態(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、坡向和地形高程對小流域降水分布的影響, Germann等[10]用降水觀測值與地形的關(guān)系建立了精度較高的統(tǒng)計分布模式,Woltling[11]、Marqunez等[12]也都深入探討過多地形變量估算降水分布的問題。在國內(nèi), 傅抱璞[13]及其他學者[14～20]也有過類似的研究。上述研究表明, 多元統(tǒng)計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立時效果較好。選擇疏勒河流域20個氣象站，對其1956年-2010年年均降水的變化特征和空間分布特征做了詳細探討，試圖從區(qū)域?qū)用嫔霞由顚κ枥蘸恿饔驓夂蜃兓癄顩r的認識，從而為能夠科學地指導當?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)性及最長時段性標準，共選取符合條件的水文站和雨量站站20個(表1)。這些觀測站基本上是從20世紀50年代開始建站觀測，為了保證觀測數(shù)據(jù)和計算結(jié)果的代表性和可靠性，各站資料均選取從建站觀測開始至2010年的觀測時段。

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, 十分有利于西、北方向的冷濕氣流深入內(nèi)地, 氣流受到的擾動和阻滯作用使得區(qū)域內(nèi)降水與地形高程等形成復雜的相關(guān)關(guān)系。為了揭示這種關(guān)系并估算空間各點上的降水量, 采用統(tǒng)計方法,建立地理位置、地形因子與降水分布的關(guān)系, 并認為這是地理位置、地形影響產(chǎn)生的降水部分[13〗。在一個較大地區(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，a0-a3為各項系數(shù)。

將20個觀測站點的經(jīng)緯度、高程及多年平均降雨量在Spss中進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)系列長度

表2　Model Summary(回歸模型擬合優(yōu)度)

表2中復相關(guān)系數(shù)R達到80.3%說明該模型可以做預測。

表3　ANOVA(回歸模型顯著性分析)

Sig=0.004<0.005說明該模型非常顯著，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模型精度評價

用上述建摸方法, 將擬合值與實測資料進行合格率檢驗和相關(guān)分析如圖1，2所示，模型合格率達到81%，屬于乙級方案[21〗；相關(guān)系數(shù)為0.6，說明擬合值與實測值具有強相關(guān)性，因此該模型可做參考依據(jù)。

表4　Coefficents(回歸系數(shù))

圖1　實測值與模型擬合值對比圖

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帶，降水主要受西風環(huán)流所攜帶大西洋水汽的影響[22-23]。常年受高空西風帶與青藏高原動力摩擦而產(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[24]。根據(jù)流域地形特點分別在上游祁連山——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)并以等高線為基準均勻設(shè)置模擬點。將各模擬點的經(jīng)緯度、高程值計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，來研究流域整體的降水空間分布情況如圖2所示：

圖2　實測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；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

利用地形因子建立降水量回歸模型，通過Arcgis與Suffer平臺，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，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。

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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

[作者簡介]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]P332.1

[文獻標識碼]A

[文章編號]1004-1184(2016)01-0104-03