基于TRMM数据的中国西北降水时空变化研究

摘要

中国西北地域辽阔，降水稀少，随着经济社会的发展，各种用水矛盾愈显突出，水资源及生态环境安全面临严峻挑战。西北地区的水文结构支撑和水资源形成，归根结底来源于大气降水。气候变化背景下，西北地区降水的时空分布特征及变化研究，于该区水资源高效利用及合理配置、生态环境综合治理等具有重要意义。TRMM 降水数据因其相对较高的空间分辨率和较大的监测范围，为雨量站点布设较少的西北地区的降水时空变化研究提供了契机。论文在西北4大地理-生态片区和山地-平原两大地貌格局划分的基础上，通过 TRMM 数据（0.25°）的空间降尺度得到250 m×250 m高分辨率降水栅格序列，结合地统计学多种方法指标的综合运用，进行西北地区降水的时空格局及其变化特征研究。主要结论如下：　　（1）依行政区划、自然资源分布及地理环境分异实现了西北地区4个地理-生态片区划分，西北全域总面积 343.50 万 km2，内陆干旱片、青藏片、黄土高原片和内蒙高原片面积占比依次为 64.2%，13.5%，13.2%和 9.0%。以高程、坡度、相对高差等为控制变量采用决策树算法得到西北山地和平原2种地貌类型，面积占比分别为32.8%和67.2%。　　（2）64年（1954-2017）尺度的实测序列统计表明，西北降水呈微弱减小态势。内蒙高原片和黄土高原片先增后减（M-K），总体表现为减少（Sen 斜率），减率介于0.0-3.3 mm/a之间；内陆干旱片和青藏片先减后增，总体表现为增加，增率介于0.01-2.2 mm/a之间。　　（3）TRMM降水数据在西北地区的适用性较好。以NDVI和NDEI的余弦值为控制变量，经回归模式遴选实现西北山地系统TRMM数据的统计降尺度；基于格点数据采样插值实现西北平原区TRMM数据的简单降尺度。山地和平原降尺度成果嵌套融合为西北全域降水栅格，经 2001-2016 年站点实测序列验证，决定系数（R2）和纳什效率系数（NSE）总体高于0.90和0.78，精度良好。　　（4）西北地区降水具明显的时空分异特征，山地降水大于平原，最大值分布于东南部季风尾闾区及西天山附近，最小值分布于中西部河西走廊北部荒漠及天山以南的沙漠腹地；降水在空间上总体呈现从中西部向东（南）西（北）两侧递增的趋势。　　（5）4区降水的空间分布特征存在显著差异，按降水量排序为黄土高原片>内蒙高原片>青藏片>内陆干旱片；2001-2016年间，西北降水增多减少，总体呈增加趋势，增幅最高值出现在内蒙高原片东北部、内陆干旱片西北部（准噶尔盆地）及青藏片区南部，最低值主要分布于内陆干旱片区河西走廊北部荒漠及天山以南的干旱沙漠地带；4 区降水增幅依次为内蒙高原片>黄土高原片>青藏片>内陆干旱片；内陆干旱片随海拔增加降水增率变大，其余三区呈相反态势。　　论文可为区域生态系统健康发展过程中水资源合理开发利用及优化配置提供基础数据和方法支撑。

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