| 甘肃省泾川县官山林场小流域日降水格局分析
陈宏娣
天水三和数码测绘院有限公司
摘要：通过2009-2018年平凉市泾川县官山林场的生长季(5月—10月)降水观测数据，将大于24小时的降水处理为两次降水事件(每天0：00-24:00为一个降水事件)，对数据进行统计与分析得出结论。结果表明：研究区的年均降水量为530.91 mm，降水量的年际变异系数为13.71%，降水事件以小降水事件(≤5mm)为主，占全年降水事件的42.32%，但对年降水贡献小，仅有9.6%。降水日期以≤5mm/d为主，年际变异大(CV=52.23%)。连续无降水期主要集中于1-10d, 其中≤5d的连续无水期占绝大部分(f=70.36%)，>10d的连续无水期年际变异大(53.27%)。历时1～2d的短期降水是最主要的连续降水事件(f=75.24%)，而大于4d连续降水期是很少出现的。
关键词：官山中沟小流域;降水事件;降水日期;连续无降水期;连续降水期
Abstract: using the precipitation observation data of the growing season (may -- October) of guanshan forest farm in jingchuan county, pingliang city from 2009 to 2018, the precipitation greater than 24 hours was processed into two precipitation events, and then the conclusion was drawn through the statistics and analysis of the data. The results showed that the average annual precipitation in the study area was 530.91mm, and the interannual variation coefficient of precipitation was 13.71%. The precipitation events were mainly small precipitation events (less than or equal to 5mm), which accounted for 42.32% of the annual precipitation events, but contributed little to the annual precipitation, only 9.6%. The precipitation date was less than or equal to 5mm/d, with large interannual variation (CV=52.23%). The continuous non-precipitation period was mainly from 1 to 10d, in which the continuous non-precipitation period of less than or equal to 5d accounted for the vast majority (f=70.36%), and the annual variation of > was large in the continuous non-precipitation period of 10d (53.27%). Short-term precipitation lasting 1-2d is the most important continuous precipitation event (f=75.24%), while continuous precipitation period larger than 4d is rare.
Key words: guanshan small watershed; Precipitation events; Date of precipitation; No continuous precipitation period; Continuous precipitation period
黄土高原地区由于气候干旱，导致土质比较疏松，水土流失问题日益加重，严重制约着该地区的植被恢复与生态建设，土壤水分状态具有决定性作用,降水是该地区土壤水分的主要来源。降水历时、降水强度、两次降水时间间隔和降水量数组成的降水格局对土壤水分状况有显著的影响[2]。降水时间间隔大，降水量较少，降水强度不稳定，并且形成地表径流的时间和对于土壤的侵蚀力也会大有不同[3]。因此降水格局的分析对于陇东黄土高原地区的水土流失问题的研究就显得极其有意义。对土壤各种理化性质及其相关问题的研究也离不开对该地区的降水格局的分析。降水时长，降水量，降水连续时间，两次降水的间隔期这都是降水事件的重要指标。降水格局不仅对于水土流失这个问题具有很大的影响作用，而且，对于黄土高原的植被恢复、农作物品种选择、农作物的产量、树木种类和草类的选择上都能够提供重要的参考依据。因此，降水格局的研究对黄土高原地区的意义非常重大。位于陇东黄土高原区的泾川县官山林场中沟小流域，是非常典型的黄土丘陵沟壑区，为应对水土流失造成的植被恢复与生态建设是研究区亟待解决的问题。因此，本文以泾川县官山林场小流域为研究区，展开日降水格局变化特征的研究，为土壤侵蚀和植被重建等各种问题的解决和改善提供理论依据。
1 研究区概况
研究区位于黄土高原甘肃省泾川县中沟小流域(107°27′E，35°12′N)，面积为2.09 km2，海拔1 005～1 351m，属温带半湿润气候区： 年均降水量552.6 mm，6-9 月降水量约占全年总量的66%;年均气温10.7℃，极端最高气温39.3℃，极端最低气温-24℃;年均风速1.8 m·s-1;全年无霜期180d 左右; 年日照2 226 h; 湿润度0.81～1.04， 干燥度0.96～1.23。
地形地貌分为塬面、梁坡、沟台和沟谷四大类型;沟壑发育完全，坡面陡峭，土壤侵蚀比较严重;在小流域中部的塬面顶部与沟谷底部的相对高差约为350km，沟底有常流水，土壤有黑垆土、黄绵土、粉壤土和红粘土4 种类型，黑垆土主要分布在塬面，黄绵土主要分布在梁坡，粉壤土主要分布在沟台地，红粘土分布在沟谷。
中沟小流域的地处森林草原过渡带，现有植被均是近40年来人工营造，乔木树种主要是刺槐(Robinia pseudoacacia)，其次有杨树(Populus spp.)、旱柳(Salix matsudana)、泡桐(Paulownia spp.)、侧柏(Platycladus orientalis)和华北落叶松(Larix principis-rupprechtii Mayr)等。灌木过去多为人工栽植，主要种类有紫穗槐(Amorpha fruicosa)、山毛桃(Prunus davidiana)、文冠果(Xanthocera sorbifolia)、酸枣(Ziziphus jujuba Mill.var. spinosa (Bunge) Hu ex H.F.Chow.)、沙棘(Hippophae rhamnoides)、花叶丁(Syringa persica)、柠条锦鸡儿(Caragana korshinskiikom.)和茅梅(Rubus parvifolius Linn.)等。草本主要有白草(Pennisetum centrasiaticum Tzvel.)、狗尾草(Selariviridis)、白叶蒿(Artemisia leucophylla (Turcz. ex Bess.) C. B.Clarke)、芦苇(Phragmites australis)和小灯芯草(Juncus effusus)等。
2 数据源及方法
以2009-2018年平凉市泾川官山小流域的日降水观测数据为基础，将大于24小时的降水处理为两次降水事件。以此，分别对降水量、降水日期、连续无水期、连续降水期进行统计和对比分析。利用SPSS软件的相关分析法分析降水量与降水因子的关系及其通过线性回归法确定降水总量与年降水量关系。
降水量的分析是通过对于研究区的原始日降水量的的统计，将其分为间隔为5mm的降水事件，分为六个量级(≤5mm、5-10mm、10-15mm、15-20mm、20-25mm和≥25mm)，即六种降水事件，这样就可以清楚的反应出不同量级的降雨量的变化特征;对于各年的降水期分析，即将每年≤5mm、≥10mm的降水日天数统计分析，得出降水期的变化趋势;对于降水间隔期的分析，主要是将降水间隔期根据实际情况将其以5d为间隔期分为五个事件(<5mm ，5-10mm，10-15mm，15-20mm，>20mm)，分别对各个事件的发生频数，频率以及变化趋势进行分析。最终得出该地区的日降水格局和变化特征。
3、结果与分析
3.1降水量、降水事件分布及其年际变化
通过对2009-2018年泾川县官山林场中沟小流域的降水数据的分析可以得到：2009-2018年的生长季年均降水量为530.91mm，降水年际变化相对较小，降水量年际变异系数为13.71%，降水总量呈减少趋势(图2)。其中≤5、5-10、10-15、15-20、20-25和≥25mm降水事件分别占年降水量的百分比为9.6%、15.6%、13%、15%、14.1%和32.7 %;各降水事件的发生频率为42.32%、24.34%、10.49%、8.43%、6.18%和8.24%。27.83%, 11.2%, 7.01%, 3.85%, 6.56%; >10 mm的降水频率较低，年际变化小，且随降水量级增大呈减小趋势(图3)。因此，研究区以小降水事件为主(5 mm)，大降水事件(10 mm)出现频率较低，但大降水事件对年降水量的贡献较大，属于典型的降水脉动特征(即降水频率、强度及数量的高度变异性)。
图2 降水量及年际变化
图3 降水量、降水事件频率分布
3.2降水期分布及其年际变化
生长季研究区≤5mm的降水日为22.6d/a，变异系数52.2%，≥10mm的降水日为17.8 d/a，变异系数19.06%。而年平均降水日为51.8d/a(图4)。近年来，≤5mm的降水日呈上升趋势(图4a)，≥10mm的降水日呈下降趋势(图4b)，但年内总降水日期基本稳定(图4c)。
  
图4 降水日数及其年际变化
3.3降水间隔期分布及其年际变化
对于研究区内生长季期日降水数据资料统计表明，<10d 间隔期占比例最大，为年无降水期的的87.42%。其中，5-10，10-15，15-20，>20降水间隔期分别占70.36%，17.06%，8.53%，3.2%，0.85%。随着降水间隔期的增大，不同降水间隔期所占比例呈下降趋势。<10d 的降水间隔期呈下降趋势(图5b)，大于10d的降水间隔期呈增加趋势(图5c)。
  
图5 降水间隔期分布及其年际变化
3.4年降水量与降水指标关系
影响降水量的降水因子有：降水事件、降水期、<10d 降水间隔期、≥10d降水间隔期，现将降水量与这些降水因子进行相关性分析(表1.)。由分析可得，降水量与降水事件、降水期呈显著正相关。即降水量随与降水事件、降水期的增加而增加。 表1 降水量与降水因子的相关系数
| 降水因子 |
降水事件 |
降水期 |
＜10d降水间隔期 |
≥10d降水间隔期 |
| 降水量 |
0.528 |
0.526 |
-0.171 |
-0.444 |
| 显著性 |
0.361 |
0.362 |
0.784 |
0.454 |
4结论
利用官山林场中沟小流域2009-2018年生长季日降水数据，研究陇中黄土高原丘陵沟壑区日降水格局特征，结果表明:
1)中沟小流域生长季小降水事件(<5 mm)发生的频率相对较高，大降水事件(> 10 mm)出现的频率较低，但对降水总量的贡献大，属于典型的降水脉动特征。不同水文年份在大降水事件上的差异是降水总量和降水格局差异的主要原因;
2)降水雨量级和降水间隔期分布是干旱、半干旱地区降水非常突出的特征，中沟小流域这10年来>5 mm的降水日数呈上升趋势;> 10 mm的降水日数略有下降，但生长季内总降水量呈下降趋势; <10d 的降水间隔期呈下降趋势，>10 d的降水间隔期则呈增加趋势，因此，泾川县官山林场中沟小流域在全球变暖背景下干旱化趋势加强。
参考文献
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