天山地区气候平均降水的精细化分布及计算

天山地区气候平均降水的精细化分布及计算

摘要：利用天山地区气象观测站降水资料和DEM数据，结合回归分析法，分析了气候平均年和月降水与地理地形参数的关系，结果显示：天山地区气候平均降水量与测站的海拔、纬度、坡度显著相关。建立了降水量与地理地形参数的关系模型。拟合结果表明：．基于降水量与地理地形参数的关系模型，利用高分辨率ＤＥＭ资料，扩展得到了天山地区１００ｍ×１００ｍ精细化分布的气候平均年降水量和各月降水量．结果表明，精细化分布的降水量场能够表现出更多与地形和地势有关的细节，这是只利用气象测站资料的分析结果所不能反映的，在天山地区平均降水量空间精细化分布基础上，南疆地区的降水量（）多与北疆（）地区，按照天山地区面积5.7×105 ｋｍ２计算，其气候平均年降水总量约为１５０．６×１０８ｍ３，降水主要集中在５－９月．

关键词：天山地区；ＤＥＭ；降水精细化分布；降水总量

引言

支撑生命存在的最重要的物质是水，而降水作为水循环中的重要环节之一，在测量其全球降水过程中因其降水时空变化很大而显得相当困难。同时，降水作为分布式水文模型的重要输入参数，尤其是在流域产汇流计算时，更需要流域降水量的时空分布资料[1]；对于处在干旱半干旱地区的西北，自2001年和2000年来，沙尘暴急剧增加，面对严峻的土地沙漠化及环境退化，水资源短缺问题已成为全国人民关注的焦点[2]。水资源的多少不仅关系着工农业生产的发展，更是国家经济命脉的基础物质。天山地区地形条件十分复杂，地形是影响局地降水时空变化的重要条件[3],而对天山地区平均降水量的精细化分布及计算，也是对水资源合理利用的分配标准。但由于天山山区气象水文站点稀少且降水区域分布不均匀, 使其对降水空间精细化分布的了解成为需要解决的难点问题[4]；相应的，许多学者也在天山地区气候降水的空间分布各方面做了大量的研究（）；研究显示：天山地区的年降水量主要集中在北坡（500mm-700mm）），北坡多于南坡,就降水变率来讲，南坡的降水变率Cv大于北坡[5]，总体而言降水量的分步呈现出自西向东逐步递减的趋势，自山区外围向中心递减的规律[6]，受地形的影响，降水与海拔有很大的关系，在一定范围，二者呈现正相关，其中，天山南坡的降水随海拔的升高增加明显。尤其是在80年代后期，全球气候变暖产生巨大的影响，天山北坡作为接受西北湿润气流的迎风坡，整个天山山区的降水达到一个增长的阶段[5]。对于天山地区的降水的时空变化研究，不同学者采用不同的方法，赵传成[1]等利用TRMM卫星月平均降水资料和台站观测降水资料，采用卫星结合雨量计的降水估算方法，结果表明TRMM卫星能够很好地被探测并反映天山山区降水时空的变化特征；刘俊峰[7]等同样借助TRMM卫星降水数据分析山区降水的梯度效应，结果显示多卫星数据在天山和祁连山的精度较高，天山地区降水与海拔的正相关关系最明显。姚俊强[8]研究得出的东经85度-东经87度区域天山山区降水量增加最快及其强降水日等都显著增加与赵勇[9]等得出的东经85度-东经88度区域结论一致。但是基于DEM数据建立降水与地理地形参数的关系及精细化分布计算，孙佳[10]等在研究黑河流域降水量精细化分布计算采用的便是DEM数据和台站测量数据，得出了相应的结论，这为采用DEM数据研究天山山区降水的时空分布提供了一定的指导。

本文采用天山地区气象观测资料和高分辨率DEM数据，首先分析天山地区北坡与南坡气候平均降水量与地理地形参数的关系，在此基础上采用回归分析法，

建立相应的参数关系模型，然后利用高分辨率DEM资料，对天山地区北坡和南坡的年降水量和月降水量进行精细化的分析。其结果可以作为对天山山区生态环境的保护和水资源的合理利用的一个参照标准。

1、天山地区概况和资料简介

1.1区域概况

天山位于39°N ～ 45. 5°N，73°E ～ 96°E,（图一）是亚欧大陆腹地上的一个巨大山系，地处西风带气候，在我国境内横贯新疆全境，山区主要由山地、盆地、谷地及山前平原组成，面积约为5． 7 × 105 km2，山体平均海拔达4000m [11],是新疆降水最丰富的地区，有旱区“湿岛”“水塔”之称,年降水总量达10×1010 t [8],因其独特的地理位置，天山动植物种类品种繁多，有广阔的草原面积，是我国重要的牧区[12]。

中国天山地区

图1为天山山区气象站点的分布

Fig.1 Distribution of meteorological stations in Tianshan Mountainous

1.2资料简介

所使用的降水资料为天山地区18个气象观测站（昭苏、伊吾、吐鲁番、巴伦台、库尔勒、吐尔尕特、石河子、阿克苏、奇台、库车、巴音布鲁克、精河、达坂城、蔡家湖、巴里坤）1952年-2012年逐月降水观测资料，利用 DEM提取测站的经度、纬度、坡度、坡向和开放度。而地理上将伊犁地区的天山称为天山西部, 阿克苏到达坂城之间的山区称为中天山, 天池到伊吾这一段称为东天山, 而阿克苏到吐尔尕特附近地区为天山南脉[6]。

参考文献

[1]赵传成，丁永建，叶柏生，赵求东.天山山区降水量的空间分布及其估算方

法[J].水科学进展，2011,22（3）：32-1960.

[2]王涛, 陈广庭, 钱正安, 等.中国北方沙尘暴现状及对策[ J] .中国沙漠,

2001 , 21(4):322 —327 .

[3]傅抱璞．地形和海拔对降水的影响［Ｊ］．地理学报，1992，47(4）:302-314

[4]

[5]韩添丁,丁永建，叶柏生，谢昌卫.天山天格尔山南北坡降水特征研究[J].冰川冻土，2004，26(6):0761-06

[6]李霞，张广兴.天山可降水量和降水转换率的研究[J].中国沙漠，2003,23

（5）:0509-05.

[7]刘俊峰，陈仁升，卿文武，阳勇.基于TRMM降水数据的山区降水垂直分布特征

[J].水科学进展，2011,22（4）：1619.010.

[8]姚俊强，杨青，韩雪云，赵玲.天山及周边地区空中水资源的稳定性及可开发

性研究沙漠与绿洲气象，2012,6（1）.

[9]赵勇，黄丹青，杨青，等.新疆北部夏季强降水分析[J].干旱区研究，2010，

27（5）：773-779.

[10]孙佳等黑河流域气候平均降水的精细化分布及总量计算[J].冰川冻土，

2011,33（2）.

[11]姚俊强，杨青，赵玲.全球变暖背景下天山地区近地面水汽变化研究[J].干

旱区研究，2012,29（2）.

[12]李效收，张明军等.天山地区冬季降雪量及其集中度和集中期的变化特征.

资源科学，2012，34（8）：1556-1564