新疆地区降水量与气温、海拔的空间关系分析

康 婷，夏孟瑶

(新疆农业大学 数理学院，乌鲁木齐 830052)



新疆地区降水量与气温、海拔的空间关系分析

康 婷，夏孟瑶

(新疆农业大学 数理学院，乌鲁木齐 830052)

利用空间展开模型，以新疆地区年降水量、年均气温以及海拔高度为指标，选取1970s、1980s、1990s、2000s年53个气象观测站的数据，对新疆地区年降水量、年均气温和海拔高度的空间关系进行分析。通过模型中气温及海拔高度对降水量的影响系数分析，能够充分反映新疆地区气温及海拔高度与降水量之间关系的空间变化特征。结果表明：新疆地区气温、海拔对降水量的影响强度随着地理空间位置的变化而变化，关系呈现出显著的空间非平稳性。

空间展开模型；气温；海拔高度；降水量；新疆地区

新疆位于我国西北地区，地处欧亚大陆腹地，面积166.37×104km2，是我国面积最大的省(区)。地理特征独特，山脉与盆地相间排列，盆地与高山环抱，呈“三山夹两盆”态势。新疆北部有阿尔泰山，南部有昆仑山、阿尔金山和天山。天山横亘于新疆中部，把新疆分为南北两半，南部是塔里木盆地，北部是准噶尔盆地。新疆远离各大洋和被高山环绕的地理位置决定了新疆水汽来源不足，且降水在地域分布上极不均匀，具有干旱、半干旱特征。一个地区降水量的多少在很大程度上影响了该地区的气候、经济和人民的生活。新疆地区高海拔山区降水对该地区所有形式的地表水、地下水以及高山积雪冰川等水体提供了根本补给。占全疆年总降水量84.3%的是山区降水，成为新疆地区地表径流的形成区。径流的补给来源主要分以下几种类型：① 源于天山、昆仑山北坡及帕米尔，以冰川、永久积雪和地下水补给。② 源于阿尔泰山和山区降水补给为主。③ 降雨和地下水补给的河流。在新疆地区水资源补给源中，高山融化冰雪占一定的比重，山区降水在新疆的径流形成中占有重要地位。新疆的降水特点在地域分布上极不均匀，存在着明显的水平和垂直差异，在空间格局上主要表现为山区降水大于平原与盆地、北疆降水多于南疆，且降水量从西北向东南部减少[2]。

长期以来，大量的学者对中国西北地区[3-6]尤其是新疆地区[6-7]的气温、海拔高度和降水量之间的变化关系做了很多研究。对于新疆地区气温、降水量之间的变化关系研究结果表明：近几十年来新疆的气温、降水量的变化总体呈上升趋势，但随着地区的地理位置不同而呈现出不同的增幅。李艳玲等[8]在去除地形的影响后指出：气温和降水量具有显著地空间相关性和空间聚集特征。 L.Bengtsson[9]研究表明：随着温度的升高，径流量、陆地降水量、大气中水汽含量将有不同程度的增加。空气中水汽的增减是影响降水量的重要因素。施雅风等[4]认为全球气候变暖的结果就是使得水循环过程加快。俞亚勋等[10]研究发现西北地区的南疆盆地和北疆地区分别是水汽含量相对高值的中心。骆超等[11]指出在山区的气温和降水量的相关关系比在平原区表现更为明显，降水量会随着温度升高而增加，二者之间呈现出明显的正相关。而对于降水量与海拔高度的影响关系，Barry R G[12]认为随着不同地区山区降水研究资料的积累，不同地带降水量随海拔的变化而变化，具有明显的地域差异。汤懋苍[13]认为祁连山区降水随海拔高度的升高呈“S”型分布。赵成义等[14]研究认为新疆地区降水随海拔的变化主要为：海拔低于2 500 m时，降水随海拔变化近似呈线性；海拔高于2 500 m的地区，降水随海拔变化呈近似二次曲线类型。汤懋苍[13]指出不同地区的降水量随海拔的变化具有明显差异。总结上述一系列研究成果不难发现：对于新疆地区而言，该地区的气温、海拔高度与降水量之间有密切的关系。随着地理位置的不同而导致的气温、海拔高度对降水量的空间影响关系的研究具有十分重要的意义。通过对新疆地区53个气象观测站点实测数据的观察以及历史研究结果可知新疆地区的降水量存在较明显的空间分布、地域分布的不匀性。因此，研究新疆地区气温、海拔高度的变化对降水量的影响关系，对认识新疆地区降水量的空间分布、地域分布，阐明新疆水资源的主要来源具有非常重要的意义。

1 数据资料、研究方法

1.1 数据资料

以新疆地区年降水量、年均气温以及海拔高度为指标，选取1970s,1980s,1990s和2000s年53个气象观测站的数据，对新疆地区年降水量、年均气温和海拔高度的空间关系进行分析。

本文研究的数据主要选自于1951—2001年的新疆统计年鉴中，新疆地区56个气象观测站点逐日气温、海拔高度以及逐日降水量数据进行分析。由于建站时间不同、撤站、迁址等原因造成观测数据的记录长度不一[15]。对数据进行了严格的筛选，最终选取了1970s、1980s、1990s和2000s的53个观测站的逐日气温、海拔高度和降水量的实测数据。最后由逐日气温、降水量的实测数据计算得出本文的年均气温和年降水量数据进行研究。因新疆特殊的“三山夹两盆”的地形结构，小区域气候变化显著，降水在不同的区域其分布有显著差异。以天山为界，天山以南为南疆，天山以北为北疆，将新疆地区划分为三个地区，分别是南疆地区、天山山区、北疆地区。

1.2 研究方法

空间展开模型：

(1)

其中:自变量x1i,x2i和因变量yi分别表示第i(i=1,2,…,53)个气象观测站点的年均气温、海拔高度和年降水量;ui,vi分别表示第i个气象观测站点的纬度、经度。

式(1)整理为：Y=Xβ,其中:

2 结果与分析

2.1 模型计算结果

以新疆地区气象观测站点观测的降水量、气温、海拔高度数据资料为依据，以降水量、气温、海拔高度为指标，选取1970s,1980s,1990s和2000s年的53个气象观测站的数据分析新疆地区降水量与气温、海拔高度的空间关系。计算结果得到气温、海拔对降水量的影响系数函数β1i、 β2i。1970s、1980s、1990s、2000s的模型计算可视化结果见图1～7。

图2 1980s气温对降水量的影响系数

图3 1990s气温对降水量的影响系数

图4 2000s气温对降水量的影响系数

图5 北疆地区海拔高度对降水量的影响系数

图6 天山山区海拔高度对降水量的影响系数

图7 南疆地区海拔高度对降水量的影响系数

2.2 结果分析

由图1～4可知：随着时间的推移1970s、1980s、1990s、2000s的气温对降水量的影响趋势是一致的。北疆地区气温对降水量影响系数最大，且多数站点为正，即随着气温的升高降水量也随着增加，天山山区次之，南疆地区降水量受气温变化的影响最弱。这是由于南疆地区特殊的地理环境导致的，其主体为塔里木盆地，其中塔里木盆地中的塔克拉玛干沙漠的面积为33.67万平方公里，是中国最大的沙漠，为世界第二大流动沙漠。对于气温的增加幅度来说，北疆地区大于其他两个地区，北疆地区的气温对降水量的影响系数是最大的，并且随着时间的推移降水量受气温的影响也在增大，相对于其他两个区的比较大。图1-4表明：南疆地区气温对降水量的影响系数，绝大多数观测站在1970s、1980s、1990s的系数为负，但是随着时间的推移正系数的站点数增加，即随着时间的推移气温对降水量的影响将逐渐增大。

由图5～8可知：降水量随海拔高度的变化有显著地区域特征。北疆地区海拔高度对降水量的影响系数大部分为正，南疆地区和天山山区的降水量随海拔高度的影响系数为负。

北疆地区海拔高度对降水量的影响系数为正的站点多于天山山区和南疆地区，但是天山山区的影响系数比南疆地区的影响系数要大。表明对于南疆地区而言随着海拔高度的增加降水量逐渐减少.从时间序列来看：在2000年，北疆地区的站点降水量受海拔高度的影响系数为正的站点数明显多于其他时间的站点数，而对于南疆地区和天山山区则不然；随着时间的推移，天山山区和南疆地区的影响系数也逐步增大，但还为负。但是南疆地区的增幅要比天山山区的增幅要小。这种情况可能是由于南疆地区特殊的地貌格局、地理环境和自然环境的严酷性。

3 结论

1) 模型的估计结果能够充分反映新疆地区气温、海拔高度与降水量之间的空间变化特征，受地理位置的影响，气温、海拔高度对降水量的影响在空间上有显著差异。这一结果充分说明新疆地区气温、海拔对降水量的影响强度随着地理空间位置的变化而变化，关系呈现出显著的空间非平稳性。

2) 由模型结果得到不同站点的气温、海拔高度对降水量的影响系数函数。受地形因素的影响，气温、海拔高度对降水量的影响在空间上有显著差异。对于新疆的北疆地区、天山山区和南疆地区而言，北疆地区大部分站点气温对降水量的影响系数正增长率变化大，南疆部分站点呈弱负增长变化。北疆、天山山区、南疆3个区域进行对比表明：天山山区海拔高，降水量大，湿润度大；而南疆地区则不然，南疆较北疆干燥度大。南疆地区的这种不一致性取决于其特殊的地理格局。

[1] 徐贵青,魏文寿.新疆气候变化及其对生态环境的影响[J].干旱区地理,2004,27(1):14-18.

[2] 姜逢清,张延伟,胡汝骥,等.新疆年降水不规则性空间差异与长期演变[J].干旱区地理,2010,33(6):853-860.

[3] 汪宝龙,张明军,魏军林,等.西北地区近50a气温和降水量极端事件的变化特征[J].自然资源学报,2012,27(10):1720-1733.

[4] 施雅风,沈永平,李栋梁，等.中国西北地区由暖干向暖湿转型的特征和趋势探讨[J].第四纪研究,2003,23(2):154-164.

[5] MENG Xiujing,ZHANG Shifeng ZHANG Yongyong,et ali.Temporal and spatial shanges of temperature and precipitation in Hexi Corridor during 1955-2011[J].Geographical Sciences,2013,23(4):653-667.

[6] 薛燕,韩萍,冯国华.半个世纪以来新疆降水和气温的变化趋势[J].干旱区研究,2003,20(2):127-130.

[7] 杨金虎,江志红,刘晓芸,岳平.近半个世纪西北干湿演变及持续性特征分析[J].干旱区地理,2012,35(1):10-22.

[8] 李艳玲,张云鹏.新疆地区气温与降雨量的空间自回归分析[J].人民黄河,2011,33(7):5-～52.

[9] LENNART B.人为气候变化的数值模拟[J].Ambio-人类环境杂志(中文版),1997(11):58-65.

[10]俞正勋,王劲松,李青燕.西北地区空中水汽时空分布及变化趋势分析[J].冰川冻土,2003,25(2):149-155.

[11]骆超,武胜利.新疆博斯腾湖流域气温降水变化特征分析[J].北华大学学报(自然科学版),2013,14(4):472-475.

[12]BARRY R G.Mountain Weather and Climate[M].Cambridge Cambridge University Press,2008:251-443.

[13]汤懋苍.祁连山区降水的地理分布特征[J].地理学报,1985,40(4):323-332.

[14]赵成义，施枫芝，盛钰,等.近50年来新疆降水随海拔变化的区域分异特征[J].冰川冻土,2011,33(6):1203-1213.

(责任编辑 刘 舸)

Spatial Relationship Analysis on Temperature, Altitude and Precipitation in Xinjiang Region

KANG Ting， XIA Mengyao

(Mathematics and Physics College, Xinjiang Agricultural University, Urumchi 830052, China)

Based on the annual precipitation, annual mean temperature and altitude in Xinjiang, the spatial relationships of annual precipitation, annual mean temperature and altitude were analyzed by using the data of 53 meteorological stations in 1970s, 1980s, 1990s and 2000s. Spatial distribution model is used to replace the spatial position of each observation point by the geography position function of each observation station, which can solve the spatial heterogeneity caused by the geographical characteristics of each site. The influence of temperature and altitude on the precipitation is analyzed, which can reflect the spatial variation of the relationship between the temperature, elevation and precipitation in Xinjiang. The results show that the intensity of the influence of temperature and elevation on the precipitation in Xinjiang varies with the change of geography spatial position, and the relationship shows significant spatial non-stationarity.

spatial expansion method; average temperature; altitude; annual precipitation; Xinjiang region

2017-03-25

国家自然科学基金资助项目(41261087) ；教育部青年基金资助项目(12XJJC910001)；新疆文科基地重大项目(0601920)；2016年新疆农业大学自治区级大学生创新创业训练计划项目(201610758185)

康婷(1988—)，女，山西吕梁人，硕士研究生，主要从事概率统计及应用研究，E-mail：827312527@qq.com。

康婷，夏孟瑶.新疆地区降水量与气温、海拔的空间关系分析[J].重庆理工大学学报(自然科学)，2017(7):119-123.

format：KANG Ting，XIA Mengyao.Spatial Relationship Analysis on Temperature, Altitude and Precipitation in Xinjiang Region[J].Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science)，2017(7):119-123.

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2017.07.019

O212.1

A

1674-8425(2017)07-0119-05