晋西黄土丘陵沟壑区降雨分布的地形分异规律研究——以山西省方山县土桥沟流域为例

骆 汉，贾慧慧，赵廷宁，董 梅

（水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室，北京林业大学 水土保持学院，北京100083）

降雨是陆上水资源的直接来源和水循环的首要环节，降雨量数据是研究流域内水资源和水环境的首要基础资料之一，因而研究降雨的空间分布具有重要的意义［1］。但是目前由于气象站点的限制，在某些地区往往存在无降雨资料和少降雨资料的情况，严重影响了科研和实际工作的进行。精确的降雨数据只存在于雨量站点，其余点的降雨数据只能从相近站点或者其它气象参数求得。如果能在有限降雨资料的基础上，研究影响降雨的因素，建立降雨量与各因素之间的关系，可以为流域内的水资源和水环境研究提供良好的基础，进而为人工林栽培、植被恢复、土壤侵蚀等研究提供指导。本文通过对研究地区不同地形位置布设雨量观测设备，进行场降雨观测。针对不同高程、坡向的降雨实测数据对比分析［2－3］，得出晋西黄土丘陵沟壑区降雨的地形分异规律。

1 研究区概况

试验地位于山西省吕梁山西麓的方山县峪口镇土桥沟流域（北纬37°36′58″，东经110°02′55″）。流域内最高海拔1 446m，试区平均海拔1 200m左右。该地区属暖温带大陆性季风气候，年平均气温为7.3℃，年平均≥10℃的活动积温为2 223.5℃，干燥度1.3。年平均风速约2.6m／s，冬春寒冷干燥多大风，西北风为主，秋季凉爽少雨，夏季降雨集中，无霜期140d，霜冻期为9月下旬至次年5月上旬，日照总时数2 496h。多年平均降水量416mm，且年内分配非常不均，6—9月降水占全年的70%以上；多年平均水面蒸发量高达1 857.7mm，最大蒸发出现在4—6月，表现出典型的北方严重春旱的特征。试验区属典型黄土丘陵沟壑地貌，地表大部分为新生代第四纪马兰黄土所覆盖，土壤为黄绵土，由黄土母质直接发育形成，层次过渡不明显；土层深厚，质地均匀，为中壤土，pH值为8.0～8.4，沟壑密度为3.8km／km2。试验地平均土壤容重1.20g／cm3，田间持水量21.0%左右。境内主要河流为北川河、一般河水流量为1.5～2m3／s，最大洪峰流量达540m3／s，东部山地为北川河河水流量的主要源泉。试验区属森林草原灌丛植被区，全县有天然林2.73万hm2，覆被率达37.6%，刺槐人工林下主要野生灌木有杠柳（Periploca sepiun）、黄刺玫（Rosa xanthina）、沙棘（Hippophae rhamnoides）、大果榆（Ulmus macrocarpa）等；草本植物以菊科和禾本科为主，菊科篙属居多，有铁杆蒿（Artemisia sacrorum）、猪毛篙（A.scoparia）、阿尔泰紫苑（Heteropaspus altaicus）、山野豌豆（Vicia amoena）等。

2 研究方法

2.1 降雨随高程变化规律

试验在观测降雨量随高程的变化规律时，在尽量保证其他自然条件基本相似的前提下，将测点设在周围没有遮蔽的不同海拔高度，坡向、坡度大致相同的具有代表性的山顶、高地和坡地上［4－5］。野外考察共布设观测点20个，共分为4个高程布设（如图1所示），分别为A点1 161m、B点1 270m、C点1 341 m、D点1 407m，每个高程设有5个观测点，对每个测点采取场降雨即时观测，计算出每个高程点的平均降雨量［6－8］。

2.2 降雨随坡向变化规律

在观测不同高程点的降雨量数据时，将每个高程分为5个不同的分测点，分别布设在梁峁顶、阴坡、阳坡、阴沟坡（即阴坡下部）、阳沟坡（即阳坡下部）5个地形部位，同样对每个测点采取场降雨即时观测，根据观测数据在高程统一的情况下分析降雨随坡向变化的规律。

图1 实验点分布图

3 结果与分析

3.1 降雨随高程分布变化

首先，考虑到山脉统一坡向上，降雨量和海拔高度关系比较好，分别就峁顶、阳坡、阴坡、阳沟坡、阴沟坡5个特征地形展开分析。实验地区不同坡向降雨量随高程分布见图2。从图中曲线可以看出，各个坡向随高程变化，降雨量分布规律基本相同，均为先增加后减少。由于不同地形部位受风向等作用影响，最大雨量出现的高度则不尽相同。其中，阴坡出现最大雨量的高度最高。

图2 不同坡向降雨量随高程变化分布图

对于丘陵沟壑区的山地降雨，在不考虑坡向的情况下，降雨量随高程的直观变化规律见图3。从图中可以看出，山地降雨量最初随海拔高度升高而增加，至某一高度达到最大值后转而逐渐向下递减。降雨量开始下降的海拔高度随地区和季节而不同，一般是气候愈潮湿、大气愈不稳定，开始下降的海拔高度愈低［9－10］。研究区域降雨量最大值出现在高程为1 280 m左右。对于丘陵山地类的地形，在起伏地形的向风面，特别是高地的顶部，风速较大，有上升分速度，雨滴的降落速度慢，大量雨滴被吹到了背风面，因此当高度达到一定时降雨量随着高程的增加而减少。

3.2 降雨随坡向的分布变化

不同情况下地形对降雨的影响是不同的。气流过山时，由于地形的作用，改变了风速，因而也影响了降雨的分布。这种影响的具体效应在很大程度上受研究尺度的制约，本文讨论的研究区域属于小起伏地形，与大尺度地形比较，具有截然不同的规律。对于小山岗类的地形，在起伏地形的向风面，特别是高地的顶部，风速较大，且有上升分速度；在背风面风速最小，且有下降分速度。所以在向风面小雨滴、毛毛雨和雪花降落的速度减慢，在高低的顶部便有大量小雨滴或雪花被吹到背风面，并在那里加速降落，这就使得小起伏地形中水平面上的降雨量在向风坡和顶部减少，而背风坡增加，其分布特点正好与在大地形中相反。也就是说，对于小起伏地形而言，水平面上的降雨分布与风速的分布正好相反［11］。

图3 高程与平均降雨量相关图

本文研究区域降雨量随坡向变化的分布见图4。从图中可以明显地看出，降雨量的平均值随坡向变化的分布为阴沟坡＞阴坡＞峁顶＞阳沟坡＞阳坡。实验地区地处晋西黄土高原，夏季季风风向以西南风为主，即西南向坡为迎风坡，东北向为背风坡。从阴阳坡的划分标准而言，南向坡为阳坡，即迎风坡；北向坡为阴坡，即背风坡。因此，从实验地区降雨量阴坡＞阳坡的结果可以推出背风坡＞迎风坡的规律。

图4 降雨量随坡向变化分布

具体到某一高程范围数据，从图4可以看出，阴坡降雨量＞阳坡降雨量。对于不同高程而言，坡地降雨受风向等条件影响略有区别，导致高程为1 161m范围阴沟坡略小于阳沟坡的结果，其它高程范围均符合阴坡＞阳坡的分布规律。图5为各个高程区域不同坡向降雨量平均值统计数据。

图5 不同高程降雨量随坡向变化分布

从以上实测数据分析过程看出，在微地形前提下对降雨数据进行对比，可以得出一定的分布规律：随着高程的增加，降雨量先增加后减少，降雨量最大值出现在高程为1 280m附近；随坡向变化降雨量的变化为背风坡＞迎风坡，阴坡＞阳坡，峁顶将降雨量适中。

4 结论

丘陵沟壑区的山地降雨，在不考虑坡向影响的情况下，降雨量随着高程的增加，先增加后减少，降雨量最大值出现在高程为1 280m附近；在统一高程，不同坡向情况下降雨量的分布规律为：背风坡＞迎风坡，即阴坡＞阳坡，峁顶降雨量适中。

本研究是在一定的时期内，通过收集不同高程，不同坡向的一些相对独立的观测点的数据进行分析，由于数据量比较小，对得出的分布规律只能做定性分析，无法得到定量结果，这就需要后期不断进行数据补充和研究分析。另外，空间降雨分布是一个比较复杂的过程，本文只是针对高程和坡向这两个地形因素进行分析，其他方面的影响因素也有待于进一步的研究和分析。

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