祁连山地区降水垂直分异特性及其影响因素

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大气降水作为全球水循环的重要环节,维持着全球生态系统的稳定,过多或过少的降水易引发洪水和干旱等自然灾害。因此精确的降水监测与预报对于区域水资源管理、水文建模、工农业生产及自然灾害预测等研究有重要意义。本文首先基于祁连山地区35个站点实测降水数据评估了TRMM、GPM、PERSIANN、MERRA2和GLDAS 5套降水产品在祁连山地区的适用性,进一步利用贝叶斯模型平均(BMA)、集成模型输出统计(EMOS)两种数据融合方法得出一套适用于祁连山地区的高精度降水产品,在此基础上分析了祁连山地区2001—2018年降水时空分布及海拔梯度;其次基于海拔、坡度、水汽总量、抬升凝结高度、对流有效位能等数据,对祁连山地区降水呈现不同梯度特征进行了探讨,并拟合了降水与各影响因素的线性关系;最后通过第二次冰川编目数据、土地利用数据,分析了祁连山地区最大降水高度带与冰川平衡线和林线的关系。主要得出以下结论:(1)5套降水产品在年和季节尺度展现出不同的优势,但没有任何一套产品在年和所有季节尺度上同时展现出优势。两套融合数据与实测降水相关性均高于5套降水产品;均方根误差均低于5套降水产品,且除冬季外,两套融合数据与实测降水相关系数接近0.9,表明两套融合数据与实测降水相关程度高、误差小,能够用于祁连山地区降水量值及时空特征分析;对比两者与实测降水标准差之比发现,BMA融合数据优于EMOS融合数据。(2)时间上,祁连山地区多年平均降水量为207.1 mm,年降水量最大、最小值分别出现在2018年、1991年,降水量分别为276.3 mm、156.6 mm。修正后的多年平均降水量为283.7 mm。39年来,年降水量表现出明显的波动上升趋势,平均每年上升1.1 mm(P<0.05)。空间上,祁连山地区年降水量由东南向西北递减,降水高值主要分布在东段的门源及北部山区,降水量超过400 mm,降水低值主要分布在西段的西北边缘地区,降水量不足50 mm。祁连山地区在年尺度和季节尺度上降水整体随海拔的上升表现出先增大后减小过程,在2900 m左右存在一个最大降水高度,3500 m左右存在次一级降水高度。(3)祁连山地区降水与水汽总量、抬升凝结高度、对流有效位能的偏相关系数表明,祁连山地区降水与水汽总量、对流有效位能显著正相关,与抬升凝结高度显著负相关,说明祁连山地区降水受到三者的共同影响。基于地形因子和气象条件因子,应用分层回归分析了祁连山地区及东、中、西段降水影响因素,发现水汽总量是影响祁连山及中段降水最重要的因素,对流有效位能是影响东段、西段降水最重要的因素。(4)祁连山东段多年来最大降水高度及最大降水量均呈微弱上升趋势,平均每年分别上升20.9 m、1.5 mm,两者上升趋势均不显著;中段最大降水高度呈不显著下降趋势,平均每年下降8.9 m,最大降水量呈显著上升趋势,平均每年上升6.8 mm;西段最大降水高度呈显著上升趋势,平均每年上升46.9 m,最大降水量呈不显著上升趋势,平均每年上升3.2 mm。祁连山地区冰川平衡线平均海拔为4900m;林线平均海拔为3100 m;最大降水高度平均海拔为3600 m,由低海拔至高海拔依次分布为林线、最大降水高度线、冰川平衡线。
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