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近40年祁连山地区降水时空分布格局与变化特征

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降水作为水循环的重要组成部分,是地球表面的主要水源,影响着区域水资源的变化。近百年来,由人类活动造成的全球地表温度增加显著,在很大程度上对全球降水模式产生了影响,21世纪全球陆地的年均降水量将持续增加。自20世纪80年代以来,观测到的全球陆地降水增加更快,降水变化年代际变率较大,区域性差异显著。然而,全球山地年降水在过去几十年没有明显变化趋势,但由于受到复杂地形和大气环流等影响,即便在同一山区,降水也往往极不均匀,区域和季节差异显著。 本文研究的祁连山地区是中国西部重要的生态安全屏障和固态水库,它是石羊河、黑河、疏勒河等内陆河的源头以及黄河、青海湖的重要供水区,也是我国生物多样性保护优先区域,对维护国家生态安全和西部水资源安全有着举足轻重的作用。但是,近些年来,该区域面临着许多生态环境问题,比如温度的升高使得冰川、冻土逐渐退缩、部分土地退化,水源涵养功能减弱。生态环境的恶化,不仅制约了草原畜牧业的发展,更影响着生态系统的稳定性。祁连山地区作为我国“丝绸之路经济带”重要的水源涵养功能区,对气候变化敏感,其生态环境脆弱,是国家当前与今后重点保护与建设的对象。因此,研究祁连山地区降水的时空分布格局与变化特征具有重要的理论与现实意义。 在本研究中,选取了四组常用的降水数据产品,即中国区域地面气象要素驱动数据集(CMFD)、长序列高时空分辨率月尺度气候数据集(LZU0025)、中国1km分辨率逐月降水量数据集,以及ERA5再分析降水数据,通过祁连山地区及周边30个气象站降水数据和5个野外台站实测数据对降水数据产品进行适用性评估,遴选出一套适用性强、精度高的降水数据。在此基础上,对该区降水的时空变化、分区降水变化以及日降水变化进行了分析,得到了以下结论: (1)适用性评估结果表明四组数据产品中,CMFD对于祁连山地区降水的模拟效果最好,拟合优度达到了0.985,偏差(Bias)仅为0.21mm,平均绝对误差(MAE)和均方根误差(RMSE)均未超过4mm。5个野外台站的实测数据对CMFD数据进行了再次检验,发现CMFD能很好的再现降水的年变化,降水量也更加接近实测值,充分说明该数据可靠。 (2)在1979-2018年间,祁连山地区的年降水存在较为明显的阶梯式变化特征,总体呈显著上升趋势,平均降水变化速率为30.2mm/10a。季节降水变化与年降水变化趋势一致,均呈现波动上升的趋势,夏季降水的增加速率最快,为14.1mm/10a,其次是秋季和春季,冬季的平均降水变化速率最低,仅为1.4mm/10a。 祁连山地区的年降水在空间上分布不均匀,大体上表现为由西至东递减的趋势。400mm等降水线大致将祁连山地区分成了两个地区,即西部地区为半干旱地区,东部大部分地区为半湿润地区。祁连山地区的年降水变化率大体呈现出西部高、东部低的分布,与平均年降水的空间分布相反,即半干旱区相对半湿润区降水增加有更快的趋势。年降水变化率随海拔不断升高,存在较为明显的海拔依赖性,而平均年降水随海拔的变化不明显,大体上呈现出随海拔上升而波动下降的趋势。祁连山地区的最大降水分布带在3900-4000m之间,经纬度范围是37.4°N-37.5°N和99.2°E-99.4°E,3000m以上的区域总降水(降水×区域面积)占整个区域的80%,3600m以上的区域总降水占整个区域的50%,而4000m以上的区域总降水占整个区域的20%。平均月值降水和总降水均集中分布在5-9月和中高海拔地区(3700-4200m)。年降水变化率和平均年降水随经度、纬度无明显变化特征。 (3)根据祁连山地区等降水线和降水中心的空间位置将该区域分为西部、中部、东部三个区域。无论是西部、中部还是东部,在3000-4200m海拔段,平均年降水随着海拔不断升高。祁连山不同地区均存在较为明显的最大降水高度带,中部地区的总降水量最高。祁连山西部、中部、东部的最大降水分布带分别位于4200-4300m、3900-4000m和3200-3300m之间,年总降水分别集中在3000-4600m、3100-4300m和2400-3900m之间。与祁连山整体区域降水年内变化的空间分布相同,祁连山不同地区平均月值降水均集中分布在5-9月和区域内的中高海拔地区。 (4)近40年间年降水日数和年降水量均有明显升高的趋势。年降水日数平均每10年增加约10天,年降水量平均每10年增加约30mm,年降水日数在变化过程中存在和年降水量类似的阶梯式变化特征。在1979-2018年间,小雨(0.1-9.9mm)的年降水日数增加趋势较为明显,变化速率为8.4天/10年,与整个区域的年降水日数变化接近,而其年降水量以及在全年降水的占比变化中却不明显;大雨(25-49.9mm)的年降水变化速率最大,为0.8mm/10a。祁连山地区年降水日数和年降水量在时间、空间上均有着较大的差异性,但二者均在波动增加,尤其是在近20年间,降水增加尤为明显。结合年降水变化率的空间分布图来看,祁连山西部有多个降水变化率较大的区域,也正是从1998年起,该区域的年降水日数和年降水量开始逐年增加。

王昆

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祁连山地区 降水总量 变化速率 时空格局

硕士

地理学·自然地理学

王学佳

2023

兰州大学

中文

P4