黄河流域不同水资源区降雨集中度时空演变与驱动力.pdf
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1、第3 0卷第5期2 0 2 3年1 0月水土保持研究R e s e a r c ho fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o nV o l.3 0,N o.5O c t.,2 0 2 3 收稿日期:2 0 2 2-0 7-2 7 修回日期:2 0 2 2-0 9-0 5 资助项目:国家自然科学基金项目(5 2 0 7 9 1 0 4,5 1 9 7 9 2 9 0);宁夏区水利科技项目(S B Z Z-J-2 0 2 1-1 2,S B Z Z-J-2 0 2 1-1 3);榆林市2 0 1 8年度科技计划项目(C X Y 2 0 1 8-2-
2、1 9);陕西省重点研发计划(2 0 2 3-Z D L S F-6 0)第一作者:李雪(1 9 9 8),男,河北张家口人,在读硕士研究生,主要从事水文水资源研究。E-m a i l:1 2 3 9 9 2 1 7 2 4q q.c o m 通信作者:于坤霞(1 9 8 9),女,河南长垣市人,博士,副教授,硕士生导师,主要从事流域水热耦合平衡研究。E-m a i l:y u k u n x i a 1 2 6.c o mh t t p:s t b c y j.p a p e r o n c e.o r gD O I:1 0.1 3 8 6 9/j.c n k i.r s w c.2 0 2
3、 3.0 5.0 0 8.李雪,于坤霞,李鹏,等.黄河流域不同水资源区降雨集中度时空演变与驱动力J.水土保持研究,2 0 2 3,3 0(5):2 6 6-2 7 3.L IX u e,YUK u n x i a,L IP e n g,e t a l.S p a t i o t e m p o r a lE v o l u t i o na n dD r i v i n gF o r c eo fR a i n f a l lC o n c e n t r a t i o n i n t h eY e l l o wR i v e rB a s i nJ.R e s e a r c ho fS
4、 o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o n,2 0 2 3,3 0(5):2 6 6-2 7 3.黄河流域不同水资源区降雨集中度时空演变与驱动力李 雪1,于坤霞1,李 鹏1,李占斌1,杨 志2,张国军2,张晓明3,马文涛2(1.西安理工大学 省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室,西安7 1 0 0 4 8;2.宁夏回族自治区水土保持监测总站,银川7 5 0 0 0 0;3.中国水利水电科学研究院水利部 水土保持生态工程技术研究中心,北京1 0 0 0 0 0)摘 要:目的 探究黄河流域降雨集中度的时空演变特征及其驱动力,揭示区域降雨的年内分配特征
5、,为流域预防极端降雨及遏制水土流失和水资源规划制定提供一定的科学依据。方法 基于1 9 6 12 0 1 8年逐月栅格降雨数据,采用T h e i l-S e nM e d i a n分析和M a n n-K e n d a l l检验探究黄河流域降雨集中度变化趋势特征,M o r l e t小波分析法分析了黄河流域降雨集中度的演变特征,对降雨集中度出现显著性变化的区域,使用交叉小波变换讨论选取的3个大气异常环流因子和太阳黑子对降雨集中度的影响。结果(1)黄河流域中下游地区年平均降雨量远大于上游,流域中下游的三门峡至花园口及花园口以下等区域年均降雨量最大可达8 6 7mm,而黄河上游的兰州至河
6、口镇北部年均降雨量只有1 1 5mm。(2)黄河流域降雨集中度分布较不均匀,流域龙门至三门峡等地降雨年内变化有明显的季节性,兰州至河口镇的东北部年内变化具有异常集中性。(3)黄河流域降雨集中度变化趋势变化显著的区域主要集中在龙羊峡以上、龙羊峡至兰州及兰州至河口镇区域。(4)太阳黑子和大气环流异常因子对降雨集中度变化均有影响,其中太阳黑子通过影响大气环流异常因子间接影响降雨集中度,而大气环流异常因子直接影响降雨集中度。结论 黄河流域不同水资源区降雨集中度差异较大,在制定水土流失防治措施及水资源规划政策时,需根据不同水资源区实际降雨情况因地制宜。关键词:降雨集中度;黄河流域;时空演变;驱动力;交叉
7、小波中图分类号:TV 1 2 5 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 5-3 4 0 9(2 0 2 3)0 5-0 2 6 6-0 8S p a t i o t e m p o r a lE v o l u t i o na n dD r i v i n gF o r c eo fR a i n f a l lC o n c e n t r a t i o ni nt h eY e l l o wR i v e rB a s i nL IX u e1,YU K u n x i a1,L IP e n g1,L IZ h a n b i n1,YANGZ h i2,Z HANGG u o j
8、 u n2,Z HANGX i a o m i n g3,MA W e n t a o2(1.S t a t eK e yL a b o r a t o r yo fE c o-h y d r a u l i c s i nN o r t h w e s tA r i dR e g i o no fC h i n a,X i a nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y,X i a n7 1 0 0 4 8,C h i n a;2.N i n g x i aS o i la n dW a t e rC o n s e r v a t i o nM o
9、 n i t o r i n gS t a t i o n,Y i n c h u a n7 5 0 0 0 0,C h i n a;3.E c o l o g i c a lE n g i n e e r i n gR e s e a r c hC e n t e r f o rS o i la n dW a t e rC o n s e r v a t i o n,M i n i s t r yo fW a t e rR e s o u r c e s,C h i n aI n s t i t u t eo f W a t e rR e s o u r c e sa n dH y d r
10、o p o w e rR e s e a r c h,B e i j i n g1 0 0 0 0 0,C h i n a)A b s t r a c t:O b j e c t i v eI n v e s t i g a t i n gt h es p a t i a l a n dt e m p o r a l e v o l u t i o no f r a i n f a l l c o n c e n t r a t i o ni nt h eY e l l o wR i v e rB a s i na n d i t sd r i v i n g f o r c e s c a
11、nr e v e a l t h e i n t r a-a n n u a l d i s t r i b u t i o no f r a i n f a l l i nt h e r e g i o na n dp r o v i d eas c i e n t i f i cb a s i sf o rt h ep r e v e n t i o no fe x t r e m er a i n f a l la n dt h ec o n t r o lo fs o i le r o s i o na n dw a t e rr e s o u r c e sp l a n n i
12、n g i nt h eb a s i n.M e t h o d sT h e i l-S e nM e d i a na n a l y s i sa n dM a n n-K e n d a l l t e s tw e r eu s e dt o i n v e s t i g a t et h e t r e n dc h a r a c t e r i s t i c so fr a i n f a l lc o n c e n t r a t i o ni nt h eY e l l o w R i v e rb a s i nb a s e do nt h em o n t h
13、-b y-m o n t hr a s t e rr a i n f a l ld a t af r o m1 9 6 12 0 1 8.T h e i n f l u e n c eo f t h et h r e es e l e c t e da t m o s p h e r i ca n o m a l o u sc i r c u l a t i o nf a c t o r sa n ds u n s p o t so nr a i n f a l l c o n c e n t r a t i o nw e r ed i s c u s s e d.R e s u l t s(
14、1)T h ea v e r a g ea n n u a l r a i n f a l l i nt h em i d d l ea n dl o w e rr e a c h e so ft h eY e l l o w R i v e rb a s i nw a sm u c hg r e a t e rt h a nt h a t i nt h eu p p e rr e a c h e s,w i t ht h em a x i m u ma v e r a g ea n n u a l r a i n f a l l i nt h em i d d l ea n dl o w e
15、 rr e a c h e so f t h eb a s i nf r o mS a n m e n x i at oH u a n k o ua n db e l o wH u a n k o ur e a c h i n g8 6 7mm,w h i l e t h e a v e r a g e a n n u a l r a i n f a l l i n t h eu p p e r r e a c h e so f t h eY e l l o wR i v e r f r o mL a n z h o ut ot h en o r t h e r np a r to fH e
16、k o ut o w nw a so n l y1 1 5mm.(2)T h e r a i n f a l l c o n c e n-t r a t i o ni n t h eY e l l o wR i v e rB a s i nv a r i e dg r e a t l y f r o mw a t e r s h e d t ow a t e r s h e d,w i t hs i g n i f i c a n t s e a s o n a l v a r i a-t i o n s i n t h ew a t e r s h e d f r o mL o n g m
17、e n t oS a n m e n x i a,a n da b n o r m a l c o n c e n t r a t i o n s i n t h en o r t h e a s t e r np a r t o ft h ew a t e r s h e d f r o mL a n z h o u t oH e k o u t o w n.(3)A r e a sw i t hs i g n i f i c a n t t r e n d s i nr a i n f a l l c o n c e n t r a t i o n i n t h eY e l l o w
18、 R i v e rb a s i n m a i n l yc o n c e n t r a t e da b o v e L o n g y a n g x i a,f r o m L o n g y a n g x i at o L a n z h o ua n df r o mL a n z h o ut oH e k o ut o w n.(4)B o t hs u n s p o t sa n da t m o s p h e r i cc i r c u l a t i o na n o m a l i e sh a di n f l u e n c eo nr a i n f
19、 a l lc o n c e n t r a t i o n,w i t ha t m o s p h e r i c c i r c u l a t i o na n o m a l i e sd i r e c t l y i n f l u e n c i n gr a i n f a l l c o n c e n t r a t i o na n ds u n s p o t si n d i r e c t l y i n f l u e n c i n gr a i n f a l l c o n c e n t r a t i o nt h r o u g ha t m o
20、s p h e r i cc i r c u l a t i o na n o m a l i e s.T h i ss t u d y i n v e s t i g a-t e dt h e r a i n f a l l c o n c e n t r a t i o n i n t h eY e l l o wR i v e rB a s i n,w h i c hc o u l dp r o v i d e a s c i e n t i f i cb a s i s f o r t h ep r e v e n-t i o no fe x t r e m er a i n f a
21、l la n dt h ec o n t r o lo fs o i le r o s i o na n dw a t e rr e s o u r c e sp l a n n i n gi nt h eY e l l o w R i v e rB a s i n.C o n c l u s i o nT h ec o n c e n t r a t i o no f r a i n f a l l i nd i f f e r e n tw a t e r r e s o u r c e z o n e s i nt h eY e l l o wR i v e rB a s i nv a
22、r i e dg r e a t l y.Wh e nf o r m u l a t i n ge r o s i o nc o n t r o lm e a s u r e sa n dw a t e r r e s o u r c ep l a n n i n gp o l i c i e s,i t i sn e c e s-s a r yt ot a i l o r t h e mt ot h ea c t u a l r a i n f a l l c o n d i t i o n s i nd i f f e r e n tw a t e r r e s o u r c ez o
23、 n e s.K e y w o r d s:r a i n f a l lc o n c e n t r a t i o n;Y e l l o w R i v e r B a s i n;s p a t i o t e m p o r a le v o l u t i o n;d r i v i n gf o r c e;c r o s sw a v e l e t s I P C C第六次报告指出,目前的升温速度至少是过去2 0 0 0年以来前所未有的,受全球气候变暖影响,我国降雨年内分配特征发生了显著变化1-2,极端降雨事件频发,给社会经济发展和人类生产生活造成了严重危害3-5。目前,
24、国内外学者大量研究降雨量的变化6-7,这些研究揭示了区域降雨的时空演变规律。但降雨的变化不仅包括降雨量的分布变化8-9,降雨年内分配不均很有可能导致旱涝灾害的发生,威胁人民生命财产安全1 0-1 1。因此,揭示区域降雨的年内分布特征具有重大意义。目前国内外研究降雨集中度使用比较广泛的是由学者O l i v e r1 2提出的一种利用月降雨量推求降雨集中度指数的方法,此方法计算简单,物理意义直观,能够很好地表征降 雨在年内 的分配情况。M a r t i nV i d1 3定义了表征日降雨分布不均匀性的降雨集中度指数,该方法虽然可以更精确反映区域降雨分布特征,但对数据要求较高,不适宜大面积推广使
25、用。d eL u i s等1 4研究发现降雨的分配特征与对土壤的侵蚀能力有紧密联系。C h a t t e r j e e等1 5用降雨集中度指数对印度西孟加拉地区降雨的时空分布特征进行了分析探究。我国的段亚雯等1 6利用降雨集中度公式对中国区域的降雨集中指数进行了计算分析,研究发现我国降雨集中度指数整体呈现由东南向西北逐渐递增的分布趋势。黄生志等8在探究汉江流域降雨结构特征时,区分了月降雨集中度和日降雨集中度指数,对比了两种尺度降雨集中度的适用情况。目前对降雨集中度的研究多集中在湿润多雨地区,而缺少对水资源紧缺,降雨分布不均匀的干旱地区的研究。事实上,我国大部分干旱半干旱地区每年的降雨主要集
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