论文部分内容阅读
降水是大气、生态、水文、冰冻圈等学科研究的关键基础数据，精确的面降水量是流域水量平衡估算及水文过程研究的前提。但由于山区地形、下垫面与风场复杂，气流抬升过程多变，对流不稳定度增大、局地阵性降水较多，山区降水分布既具有区域性，又具有明显的局地特征。目前常见的卫星遥感数据产品空间分辨率和数据精度在高山区普遍偏低，地面雷达易受山体阻挡，山区降水观测站点稀疏，特别是在高山区。因此，缺乏精确的高山区降水量成为流域水文等学科的关键瓶颈问题，在发展新技术、改进观测手段的同时，研究山区降水形成的基本物理过程、影响因素以及时空分布特征不仅是学科发展的要求，也是解决相关问题的有效途径。为此，本文以祁连山黑河上游葫芦沟小流域及附近山区为研究区，针对不同研究目标分不同时段在约23km2范围内共布设了6套雨雪量计和18台翻斗式雨量筒及相应配套设施，仪器海拔梯度范围2980m～4484m，并结合附近国家基准和基本气象站观测数据，分析了研究区降水的时空分布特征，探讨了海拔、坡向等对不同时间尺度降水分布的影响，研究了降水最大高度变化及成因。主要结论如下: (1)Γ分布概率密度函数可以对区域内不同概率下降水量情况进行估算。函数模拟及研究区观测数据证明，除海拔因素外，局地地形也是影响降水再分配和降水概率分布的重要因素。此外，受气流抬升、对流不稳定度增加以及环流形式等因素的影响，研究区湿季（5～9月）降水主要集中在下午16:00时至次日凌晨6:00时。7、8月份日降水峰值一般出现在在傍晚20时、夜间24时左右，9月份日降水峰值一般出现在下午16:00时、傍晚20:00时、夜间22:00时左右。 (2)次降水量—海拔线性关系是否显著与次降水量的大小有关，并具有干湿季差异。在湿季，当次降水量达到30mm时，降水-海拔关系通过p＜0.05的显著性检验;次降水量达到40mm时，通过p＜0.01的显著性检验。在干季（10月～4月），当次降水量达到10mm时，降水-海拔关系可通过p＜0.05的显著性检验;而当次降水量达到15mm时，通过p＜0.01的显著性检验。这反映了研究区降水的时空分布受多种因素的影响，由对流不稳定和风场辐合形成的积云造成的阵性降水范围小、降水量多数较小，而中尺度环流才能够形成降水范围较大、历时较长、降水量较多的降水事件。因此，当次降水量较大时，才会有显著的相关性。 (3)长时间尺度降水-海拔关系显著性较强，例如月尺度或年尺度，降水-海拔的相关性才会存在明显的统计意义。月、季和年尺度的降水-海拔关系与次降水量—海拔关系有一定差异，前者还包含了局地降水的信息。中尺度环流及局地对流是影响降水分布的重要因素。此外，局地风场也是影响同一高度带及邻近地区降水时空分布的主要因素。因此，受局地降水的影响，短时间尺度上总体不存在降水与海拔的统计关系（大的次降水量事件除外）。 (4)坡向是局地尺度上降水时空分布的重要影响因素。在局地尺度，坡向影响了局地环流的运动，使得西坡比其他坡向的降水提前，不同坡向的降水海拔关系显著性变差，即使同一坡向的不同位置降水差异很大。 (5)研究区附近存在4个或更多的降水高度带:2300m、2800m、3300m、4300m，存在显著的季节变化，从冬季的2300m上升到春季的2800m甚至是3300m。到夏季，最大降水高度又上升到4300m左右，到秋季又下降到3300m，甚至2800m。在湿季或年尺度上，最大降水高度在2800m和4300m左右。受气压系统和逆温层的影响，干季最大降水高度较低。雨季或年最大高度带分布在山顶以下数百米陡峭山坡下部、森林带，前者有更多的年降水量。垂直于主风向西风带的多重平行山系、水汽源、干季祁连山高压衔接和湿季黑河低压控制以及不同的下垫面特别是冰川与森林可能是形成某个及多个最大降水高度的主要因素。