黄河流域不同水资源区降雨集中度时空演变与驱动力.pdf

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 8-2-1 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 3.0 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 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,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 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 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 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 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 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-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(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 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 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 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 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 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 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 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 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 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,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中在少数几天,而这几天的降雨可能会决定该年是多雨年还是干旱年。因此,探究干旱半干旱区域降雨的年内分布情况对预防极端降雨,高质量利用水资源及遏制水土流失十分有必要1 7-1 8。本文以整个黄河流域为研究对象,选取1 9 6 12 0 1 8年逐月降雨资料,通过计算降雨集中度指数深入探究黄河流域降雨集中度时空演变特征,采用交叉小波来讨论大气环流因子及太阳黑子对降雨集中度的影响,将有助于进一步认识黄河流域各二级水资源区年内降雨分配问题。1 研究区域与方法1.1 研究区概况黄河干流总长54 6 4k m,流域总面积约为7 9.5万k m2,位于干旱和半干旱的过渡带1 9,多年平均降水量在2 0 06 0 0mm2 0,天然径流量5 8 0亿m3,水资源严重短缺,生态环境也相对脆弱2 1。本文将其分为8个水资源区,分别为龙羊峡以上、龙羊峡至兰州、兰州至河口镇、内流区、河口至龙门、龙门至三门762第5期 李雪等:黄河流域不同水资源区降雨集中度时空演变与驱动力峡、三门峡至花园口、花园口以下2 2,如图1所示。图1 黄河流域二级水资源区划分1.2 数据来源本研究所有数据的时间序列均为1 9 6 12 0 1 8年、其中降雨数据来自W o r l d-C l i m的降雨栅格数据(h t t p s:www.w o r l d c l i m.o r g/d a t a/i n d e x.h t m l),精度为1k m;本文空间分布计算结果分辨率均为1k m;大气环流异常是大气在不同季节进程、地域空间运行的环流形势与常年气候平均态的偏离超过阈值,本文大气异常环流因子数据来源于C l i m a t eI n d i c e(h t t p s:p s l.n o a a.g o v/d a t a/c l i m a t e i n d i c e s/l i s t/),太阳黑子是磁场聚集的地方,是太阳表面可以看到的最突出的现象,本文太阳黑子数据来源于S I L S O-I n-t r o d u c t i o n(h t t p s:www b i s.s i d c.b e/s i l s o/h o m e)。1.3 研究方法1.3.1 降雨集中度 月降雨集中度用来表示季节降雨的不均匀性。该指数由O l i v e r提出,经过D eL u i s等改进,计算公式如下1 2:C I M=1 0 01 2i=1P2i/1 2i=1P2i()2(1)式中:C I M为降雨集中度指数;Pi为第i个月的降雨量(mm)。其中降雨集中度指数(C I M)1 0时,表明该年月降雨年内分配较为均匀,当1 02 0时,说明该年月降雨量在年内分布具有异常集中性,降雨的月变化幅度比较大。1.3.2 趋势检验 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检验法相结合可作为判断时间序列趋势的有效方法2 3-2 4,这两种计算方法稳健,不受异常值的干扰,可减少异常值影响2 5-2 8,其具体计算公式见参考文献2 9。本研究将这两种方法结合,这可以有效地反映1 9 6 12 0 1 8年黄河流域降雨集中度变化趋势的空间分布特征。本研究将变化趋势划分为不显著减少、显著减少、不显著增加和显著增加4种变化类型。具体原理及划分依据见参考文献3 0。1.3.3 M o r l e t小波分析 M o r l e t小波分析法3 1-3 2是一种时域频域分析方法,本研究使用该方法探究黄河流域降雨集中度的周期变化。具体计算方法见参考文献3 3。1.3.4 交叉小波分析 本研究使用交叉小波分析3 4来分析年太阳黑子总数及大气环流异常因子对黄河流域有显著变化趋势的两个二级水资源区降雨集中度的驱动力。交叉小波分析是小波分析的拓展,用于分析两个序列在时域和频域间的相关关系,这两个时间序列间交叉小波普公式为:Wx y(X)=Cx(,)C*y(,)(2)式中:Wx y(,)为交叉小波谱;为尺度函数;为时间变换函数;Cx(,)为x(t)小波变化系数;C*y(,)为序列y(t)小波变化系数的复共轭。具体公式方法见参考文献3 5。2 结果与分析2.1 黄河流域降雨时空分布特征黄河流域1 9 6 12 0 1 8年平均降雨量如图2所示,流域平均降雨量在1 9 6 4年达到最大值6 9 5mm,平均降雨量最 小 为3 4 0 mm,出 现 在1 9 7 0年。在1 9 9 0年后流域年平均降雨量在4 0 06 0 0mm间上下波动。由降雨空间分布图3可知黄河流域南部降雨量远大于北部区域,其中龙门至三门峡、三门峡至花园口及花园口以下区域年降雨量较大,这3个二级水资源区年平均降雨量均超过6 0 0mm,兰州至河口镇年降雨量最小,在1 9 6 12 0 1 8年兰州至河口镇平均降雨量在2 0 0mm左右,降雨量最小值1 1 5mm。这也表明黄河流域呈现出中下游暴雨多,降雨强度大,而上游的雨强小的降雨特点。图2 黄河流域1 9 6 1-2 0 1 8年平均降雨图3 黄河流域1 9 6 1-2 0 1 8年降雨空间分布862 水 土 保 持 研 究 第3 0卷2.2 黄河流域降雨集中度的空间分布特征黄河流域1 9 6 12 0 1 8年降雨集中度的空间演变特征如图4所示,流域在1 9 6 12 0 1 8年平均降雨集中度空间变化范围为1 3.5 72 2.1 5,其中,龙羊峡以上南部、龙门至三门峡和三门峡至花园口南部的降雨集中度值为1 3左右,在1 02 0,说明该地降雨在年内具有明显的季节性。黄河流域东北部降雨集中度的值较大,其中,兰州至河口镇、河口镇至龙门东北部,花园口以下及内流区降雨集中度值在2 2左右,大于2 0,这表明这部分地区降雨量年内变化具有异常集中性。整个黄河流域1 9 6 12 0 1 8年降雨集中度的变差系数如图5所示,黄河流域降雨集中 度变差系 数(CV)的变化范围为0.0 5 90.2 1 7,其中,龙羊峡以上和龙羊峡至兰州两地CV值在0.0 5 9左右,表明两地在1 9 6 12 0 1 8年降雨集中度变化幅度较小。流域剩余6个区域CV值均在0.2左右,表明这6个二级流域在这5 8a间降雨集中度变化幅度相对龙羊峡以上和龙羊峡至兰州两地较大,但从整体来看黄河流域降雨集中度在1 9 6 12 0 1 8年变化幅度不大,属于弱变异。黄河流域地处干旱与半干旱交界带,根据上述研究发现流域的年内降雨分配较不均匀,为了进一步指导实际生产,本研究在分析流域年降雨集中度的基础上又对流域汛期(61 0月)降雨集中度进行了进一步分析。流域汛期降雨集中度与全年在空间分布上具有一致性,均呈现流域东北部较大,西南部较小,尤其是花园口以下及兰州至河口镇等地区汛期降雨集中度高达3 1,降雨汛期分配如此不均匀,极有可能发生洪涝灾害(图6)。图4 黄河流域1 9 6 1-2 0 1 8年降雨集中度图5 黄河流域降雨集中度变异系数图6 黄河流域1 9 6 1-2 0 1 8年雨季降雨集中度2.3 黄河流域降雨集中度变化趋势分析黄河流域1 9 6 12 0 1 8年降雨集中度趋势分析如图7所示,由图知整个流域部分二级水资源区的降雨集中度在1 9 6 12 0 1 8年出现显著性变化,其中,龙羊峡以上西南部、龙羊峡至兰州中部及兰州的降雨集中度在1 9 6 12 0 1 8年出现显著减少趋势的区域,其面积分别占该二级水资源区总面积的3 6.9%,3 2.2%,龙羊峡至兰州西北部有占该二级水资源区面积7.4%的区域降雨集中度呈现显著增加趋势。图7 黄河流域降雨集中度趋势检验2.4 降雨集中度周期分析由上述对整个黄河流域趋势分析可知,只有流域部分二级水资源区域出现显著变化,其中,龙羊峡以上西南部降雨集中度呈现出显著增加趋势。龙羊峡至兰州中部降雨集中度呈现出显著减少趋势,而西北部降雨集中度呈现出显著增加趋势,兰州至河口镇北部降雨集中度出现了显著增加趋势,因此,本研究选取这3个二级水资源区作为重点研究对象进行深入探究。采用M o r l e t小波分析先对黄河流域整体降雨集中度进行周期性分析,然后再对降雨集中度有显著性变化的龙羊峡以上、龙羊峡至兰州及兰州至河口镇3个出现显著性变化的二级水资源区进行周期性分析。由图8可知黄河流域整体降雨集中度与龙羊峡以上、龙羊峡至兰州及兰州至河口镇这3个二级水资源区的降雨集中度的主周期均在5 5a左右,流域整体降雨集中度与出现显著性变化的二级水资源区降雨集中度在周期性变化上无明显差异,以上分析说明,整个流域的平均降雨集中度与这3个二级水资源区的平均降雨集中度在1 9 6 1-2 0 1 8年变化周期具有一致性。962第5期 李雪等:黄河流域不同水资源区降雨集中度时空演变与驱动力图8 降雨集中度变化周期3 讨 论3.1 降雨集中度驱动力探究本文将对降雨集中度出现显著性变化的原因进行讨论,已有研究表明,大气环流异常因子变化对我国降雨的年内分配特征有着不可忽视的影响3 6,而太阳黑子对降雨的影响十分复杂,现有的研究发现太阳黑子不光可以直接影响降雨且可以通过影响区域辐射改变其水热平衡,从而间接影响降雨分布3 7,但对太阳黑子影响地球气候变化的具体机理目前尚未有明确定论,先前的研究大多是探究这两者对降雨量的影响,而忽视了对降雨分配的影响,降雨集中度是反映降雨年内分配的指标,而大气异常环流因子及太阳黑子都对降雨的年内分配有着不可忽视的影响,因此,本研究选取太阳黑子总数及对我国影响较大的几个大气环流异常因子(太平洋十年涛动(P D O)、北极涛动(AO)和厄尔尼诺南极涛动(E N S O),)运用交叉小波分析讨论这4个影响因子对龙羊峡以上、龙羊峡至兰州及兰州至河口镇3个二级水资源区降雨集中度变化的影响情况,解释其降雨集中度出现显著性变化的原因。结果如图所示:由图9可知这3个二级水资源区降雨集中度与太阳黑子在1 9 8 02 0 1 0年有6 1 4a周期的负相关关系;与E N S O在1 9 7 81 9 8 2年有4 6a的负相关关系;与P D O在1 9 9 01 9 9 8年有8 1 0a周期的负相关关系;与A O在1 9 8 21 9 9 2年有6 9a周期的负相关关系。由图9可知太阳黑子变化对黄河流域水资源区降雨集中度有较大的直接影响且以负相关关系为主,而选取的大气异常环流因子对该区域降雨集中度驱动力较弱,此外,可以看出选取的大气环流异常因子与降雨集中度大部分呈现负相关关系。太阳黑子对区域降雨集中度的影响较大,太阳黑子具有强磁场可直接对地球气候造成影响,目前的研究可知太阳黑子与降雨具有相同的周期性变化,以1 1a左右为变化周期。由本文讨论结果结合先前研究可知,太阳黑子不仅直接影响降雨的分配情况而且会对其产生间接影响,因此,本文将讨论太阳黑子与选取的大气环流异常因子的联系,更深刻地认识太阳黑子对降雨集中度变化产生的影响,结果如图1 0所示。太阳黑子与E N S O在1 9 6 82 0 0 0年有91 4a周期的正相关关系,在1 9 7 41 9 9 0年有56a周期的负相关关系;与P D O在1 9 7 82 0 0 0年有81 4a周期的负相关关系;与AO在1 9 8 02 0 1 0年有71 5a周期的正相关关系。由以上分析可知太阳黑子072 水 土 保 持 研 究 第3 0卷对大气环流异常因子的影响强烈,有比较显著的正相关关系,因此,太阳黑子对降雨集中度的间接影响很有可能是通过影响大气环流异常因子来影响区域降雨集中度。由相关研究知太阳黑子有较强磁场,而其活跃时将对地球磁场产生影响,改变大气电离度,从而影响大气环流,以此间接影响降雨。图9 3个二级水资源区C I M与太阳黑子,P D O,A O和E N S O的交叉小波变换图1 0 太阳黑子与E N S O,P D O,A O的交叉小波变换 由上述讨论交叉小波变换图,本研究认为太阳黑子及大气环流异常因子在一定程度上改变了降雨集中度序列的一致性,从而使区域降雨集中度出现显著变化趋势。3.2 降雨集中度变化对不同水资源区生态环境产生的影响黄河流域最大的矛盾是水资源短缺,流域大部分地区气候干旱少雨,水资源利用率远超生态警戒线。黄河流域降雨的年内分配变化对整个流域的生态质量及未来高质量发展有着不可忽视的作用,因此本文将进一步讨论流域降雨集中度变化对不同二级水资源区生态质量产生的影响。龙羊峡以上及龙羊峡至兰州区域降雨集中度较小,表明其降雨年内分配季节性明显,无异常集中性,172第5期 李雪等:黄河流域不同水资源区降雨集中度时空演变与驱动力两个二级水资源区在行政区划上隶属于青海和甘肃省,根据这两地所公布的生态环境公报可知,这两个地生态环境状况总体保持稳定,尤其青海全省生态等级达到以“良”为主。黄河上游兰州至河口镇北部地区降雨集中度较大,年内降雨分配极不均匀,大部分隶属于内蒙古自治区,该地区生态环境质量较差,水土流失严重,因此该地区应加以重视,制订相关政策,种植牧草等适宜该地区的植被,在保水减沙的基础上进一步发展经济。花园口以下属黄河下游,区域降雨集中度值较大且年均降雨量大,这说明该地区降雨年内分配极不均匀,降雨日少但雨量较大,这很有可能造成洪涝灾害,地区政府部门在应提高汛期洪水预警能力,建设堤防工程,完善灾情应对措施,此外,花园口以下为黄河入海口,地区可以此为基础建设湿地生态保护区,促进黄河下游河道生态功能提升和入海口生态环境改善,实现生态保护与经济社会协调发展。而流域中南部区域由降雨集中度值可知,这些区域降雨具有较明显的季节性,这些地区的生态质量等级为“一般”,要进一步改善生态环境需要根据其降雨季节性明显的特点种植季节性林草,发展特色经济。以上表明分析降雨集中度在一定程度上可影响并指导地区生态环境发展。此外,区域可根据降雨年内分配特征高效利用水资源,科学划分灌区,对于降雨年内分配较为均匀的地区应减少灌溉用水量及次数,避免出现水资源浪费的情况。而对于降雨量较少且年内分配极不均匀的地区如黄土高原、内蒙古等地区应合理种植植被,防风固沙,进一步遏制水土流失,使城市免遭风沙侵袭。4 结 论(1)流域平均降雨量在1 9 6 4年达到最大值6 9 5mm,1 9 9 0年后流域年平均降雨量在4 0 06 0 0mm间上下波动,流域中下游年平均降雨量远大于上游,降雨地区间差异较大。(2)黄河流域在1 9 6 12 0 1 8年的降雨年内分配较不均匀,降雨年内分配与汛期具有一致性,流域西南部降雨集中度较小,降雨量在年内季节性变化明显,位于上中游的兰州至河口镇北部、内流区及下游花园口以下的降雨集中度值较大,降雨量年内分配极不均匀,有异常集中性,易发生洪涝灾害。(3)黄河流域大部分区域降雨集中度变化趋势不显著,但龙羊峡以上、龙羊峡至兰州及兰州至河口镇3个二级水资源区的降雨集中度出现显著变化,这3个二级水资源区的降雨集中度的周期变化与流域整体降雨集中度周期变化具有一致性。(4)太阳黑子和大气环流异常因子对降雨集中度变化具有较大影响,其中太阳黑子不仅直接影响降雨集中度且通过影响大气环流异常因子间接影响地区降雨集中度。参考文献:1 宋晓猛,张建云,孔凡哲,等.北京地区降水极值时空演变特征J.水科学进展,2 0 1 7,2 8(2):1 6 1-1 7 3.2 闫宝伟,刘昱,江慧宁,等.考虑降雨空间异质性的动态临界雨量预警指标推求J.水利学报,2 0 2 0,5 1(3):3 4 2-3 4 8.3 韩谞,潘保柱,陈越,等.黄河水环境特征与氮磷负荷时空分布J.环境科学,2 0 2 1,4 2(1 2):5 7 8 6-5 7 9 5.4 宋晓猛,张建云,占车生,等.气候变化和人类活动对水文循环影响研究进展J.水利学报,2 0 1 3,4 4(7):7 7 9-7 9 0.5 冶运涛,梁犁丽,龚家国,等.长江上游流域降水结构时空演变特性J.水科学进展,2 0 1 4,2 5(2):1 6 4-1 7 1.6 莫崇勋,莫桂燕,阮俞理,等.澄碧河水库流域降雨变化分析J.节水灌溉,2 0 1 7,2 6 7(1 1):5 6-6 1.7 V a nW i j n g a a r d e nWA,S y e dA.C h a n g e s i n a n n u a l p r e c i p i t a-t i o no v e rt h e E a r t h sl a n d m a s se x c l u d i n g A n t a r c t i c af r o mt h e 1 8t hc e n t u r yt o2 0 1 3J.J o u r n a lo fH y d r o l o g y,2 0 1 5,5 3 1:1 0 2 0-1 0 2 7.8 黄生志,杜梦,李沛,等.变化环境下降雨集中度的变异与驱动力探究J.水科学进展,2 0 1 9,3 0(4):4 9 6-5 0 6.9 刘业森,刘媛媛,李敏,等.降雨数据空间分辨率在城市流域洪峰变化分析中的影响J.地球信息科学学报,2 0 2 2,2 4(7):1 3 2 6-1 3 3 6.1 0 樊晶晶.变化环境下水文要素变异研究D.西安:西安理工大学,2 0 1 6.1 1 郑彦辰,李建柱,荣佑同,等.降雨时空分布量化及其在洪水过程分类中的应用J.水利学报,2 0 2 2,5 3(5):5 6 0-5 7 3.1 2 O l i v e rJE.M o n t h l yp r e c i p i t a t i o nd i s t r i b u t i o n:ac o m-p a r a t i v e i n d e xJ.t h eP r o f e s s i o n a lG e o g r a p h e r,1 9 8 0,3 2(3):3 0 0-3 0 9.1 3 M a r t i n-V i d eJ.S p a t i a ld i s t r i b u t i o no fad a i l yp r e