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黄土高原不同时空尺度降水空间变异性研究

李敏蕊  
【摘要】:水分要素是黄土高原地区最敏感的生态要素,在水资源匮乏的黄土高原,降水的时空变化及分配规律是影响生态系统的重要因素,因此成为生态、水文和土壤侵蚀模拟的重要输入变量。降水时空变异性研究一直是学术上的热点。对黄土高原降水变异的空间模式进行研究,是自然植被恢复、人工林建设、优化生态环境的关键,对区域降水模拟、评估降水变化以及分析流域水沙过程有着重要的意义。本研究的目的是:分析黄土高原降水变化的空间变异特征,确定不同时空尺度的降水相关空间,这有助于确定在多大的范围内可以进行插值计算,生态、水文模型在多大范围内可以忽略降水空间变化的影响,为相关研究提供基础信息。本文以黄土高原、大理河流域、岔巴沟流域三个不同大小的空间尺度作为研究区,采用传统统计方法和地统计学方法,使用黄河中游56至74个水文站,1959年-1985年的年降水资料,以及黄土高原34个气象站1960年-1985年的月降水数据分析黄土高原不同时间尺度降水量的空间分异。使用大理河和岔巴沟流域1959年-1969年降水过程资料分析不同空间尺度场降水参数空间变异特征。确定不同时空尺度的降水相关空间。本研究的主要研究结论如下:黄土高原地区不同时间尺度空间变异特征的比较:(1)年降水量和月降水量的变异系数都在0.1-1之间,全部属于中等变异;而日降水量中的站最大日降水量的变异系数大部分大于1,为强变异;5%概率日降水量变异系数大部分在0.1-1之间,为中等变异,少量大于1为强变异。(2)不同时间尺度降水量变程平均值和最小值从大到小的顺序是:年日月;年降水量的变程平均值为495.8km,最小的相关距离为142km;月降水量的变程平均值为256.5km,最小相关距离12.2km;站最大日降水变程平均值为451.2km,最小相关距离41km;5%概率日降水量的变程平均值为408km,最小均值范围42km。年、月、日降水量的相关空间变化均很大,因此在进行基础插值时需要选用其最小的相关距离。(3)年降水量的Moran指数相关距离集中在280-300km;月降水量的Moran指数相关距离集中在80-160.3km;站最大日降水量的Moran指数相关距离为250-333.3km;5%概率日降水量的Moran指数相关距离为200-250km。不同时间尺度Moran指数相关距离从大到小的顺序是:年日月。不同空间尺度场降水参数空间变异特征的比较:(1)降雨量空间变异:大理河和岔巴沟流域场降水量的变异系数大部分在0.1-1之间,均为中等变异。不同空间尺度降水量变程平均值和最小值从大到小的顺序是:大理河岔巴沟;大理河变程平均值为43.7km,最小相关距离7.3km,而岔巴沟降雨量变程平均值为13.9km,集中分布在18-19km。(2)降水历时空间变异:大理河和岔巴沟场降水历时的变异系数大部分在0.1-1之间,均为中等变异性。不同空间尺度降水历时变程平均值大小:大理河岔巴沟。大理河变程平均值为70.4km,主要集中于85-105km;而岔巴沟降水历时变程平均值为10.7km,分布较分散。(3)平均雨强空间变异:大理河场降水平均雨强的变异系数55%在0.1-1之间,为中等变异性,剩余45%变异系数大于1,为强变异性。岔巴沟场降水的平均雨强的变异系数大部分在0.1-1之间,为中等变异性。不同空间尺度平均雨强变程平均值从大到小为:大理河岔巴沟。大理河平均雨强的变程均值为48.4km,主要集中于10-30km,而岔巴沟平均雨强的变程均值为11.8km,分布较分散。


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