北方荒漠区降水时空变异性研究

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1、第一章绪论塔里木盆地区、准噶尔盆地区分别达到93％、79％和80％，已经严重损害了下游的生态环境【2】。部分地区地下水已经超采，如甘肃民勤、天山北坡的乌鲁木齐市和奇台县。由于区内水利工程历史悠久，设计标准低，施工质量差，目前多已严重老化，灌溉水利用系数仅为0．3-0．4，且部分地区仍采用大水漫灌的灌溉方式农业用水效率较低，不但造成很大浪费并加重灌区次生盐碱化。工业万元产值取水量也远高于全国水平，工业用水效率普遍很低。(3)缺乏控制性调蓄工程，供水保证率低。内陆河地区蓄水工程多为平原水库，蓄水不多，面广水浅，蒸发和

2、渗漏较大。既浪费水量又加重了水库周边土地的次生盐碱化。一些地区农业灌溉多采用引、提工程供水，供水保证率较低。(4)河流污染严重。水源保护没有得到应有的重视，城镇和工矿大量污水未经处理就排入河道多处于放任自流的状态。黄河和一些内陆河水质恶化，污染严重。这不但破坏了环境还加剧了缺水地区的用水困难。(5)缺乏合理的水资源管理机制。由于缺乏合理的经济机制，区内许多水利工程不能良性运行。尤其是对水系流域没有统一的管理，缺乏相应体制保障，加上先天的水资源不足，造成上、中、下游争水，加剧了社会经济发展与水资源的矛盾，恶化生态环

3、境等严重后果。除此之外，我国北方荒漠区农牧业用水比较大，而在农业中种植业尤其是粮食等高耗水作物比重大，导致用水效率和效益偏低。因此，如何调整经济结构，提高水资源承载能力，将是我国北方荒漠区各级政府及水利专家今后面临的一个重要问题。，1．1．3研究背景在全球变暖和人类活动的影响下，我国北方荒漠区的水文过程已经并且正在发生着剧烈的变化，比较突出的是：河道断流、湖泊干涸、农业绿洲面积扩大，自然植被退化与土地荒漠化，引入注目。施雅风院士提出了中国西北气候由暖干向暖湿转型的推测13J，结论一旦成立，对社会、经济、生态等各方

4、面的影响将是非常巨大的。全球变化和人类活动是如何影响北方荒漠区的降水和河川径流变化的?降水以及水资源条件的改变对生态系统的影响如何?在水文过程发生潜在变化的情况下，生态系统能否适应水文循环的巨变?这些都是亟待回答与解决的重要问题。水分要素是荒漠地区最敏感的生态要素，降水的时空变化及分配规律与自然植被的生长密切相关。荒漠植被对降水的依赖较强，表现在覆盖极其稀疏、种类贫乏和结构十分简单，主要以旱生灌木、半灌木和小灌木为主以及一些春雨型的短生、类短生植物，或夏雨型的一年生草本还有各种类型的盐生植物等。在北方荒漠区植被覆

5、盖度一般不超过20一30％，有的地方甚至仅为1—5％，昆仑山北麓的砾石戈壁，甘肃、新疆毗邻地区的剥蚀石质戈壁，塔克拉玛干大沙漠的中心等自然条件特别恶劣的地区，数十公里乃至数百公里几乎寸草不生。因此，对降水时空分布规律的研究对改善荒漠生态系统具有重要的现实意义。中国北方荒漠区降水时空变异性研究在全球变暖日益显著的今天，由其驱动的复杂的水循环变化所导致的我国北方地区的气候环境也在发生变化并呈现出新的特点。而在北方荒漠区，尤其在最近10多年以来，新疆出现了明显的降水增加现象，这是由于局部环流所造成的暂时现象?还是由于人

6、工绿洲面积扩大导致局部大气水汽含量增加形成“湿岛"?我国荒漠区降水的这种分异变化有何特征?山地、绿洲、荒漠等不同区域以及不同尺度的降水时空变化有什么规律?等等问题都有待于我们在不同尺度上探索研究。1．2降水时空变异性研究进展1．2．1降水的时间序列分析方法水文时间序列一般由确定成分和随机成分组成。确定成分具有一定的物理概念，随机成分由不规则的震荡和随机影响造成，用随机过程理论来研究。水文序列成分一般组成情况[51，如图1．2所示水文时间序列l确定成分随机成分lIl周期的近似周期非周期的非平稳的平稳的简复暂态的相独

7、单厶依业口IJ周趋突跳的期势变跃图l乏水文序列组成Fig．1-2Thecomponentofhydrologyserial水文序列)(t可以看成是由图1．2中的多种成分组成的。假定这些成分是线性叠加，Xt可按下式表示：五=M+￡+墨(1．1)式中Nt为确定性非周期成分；Pt为确定性周期成分(包括近似周期成分)；St为随机成分。4第一章绪论一般而言，趋势、周期和随机是水文序列中的三种主要成分。趋势是序列稳定而规则的运动；周期是序列稳定的循环运动，一般可用一组三角函数表示；突变是一种非线性系统的响应。常常表现为系统某

8、个(些)变量发生变化。突变现象不仅在一定程度上揭示了系统的本质，而且对于系统的有效调控有重要作用；随机成分是水文序列去除了Nt和Pt后的剩余部分。本文旨在分析降水序列的确定性成分从而探讨我国北方荒漠区降水演变规律，因此着重探讨趋势、周期、突变三种成分。(1)趋势分析序列的趋势性反映了水文要素演变的总体规律。趋势分析的方法很多，对于趋势明显的情况，根据线性倾向估计、滑动平均