近50年黄土高原马莲河流域降水变化特征分析

张耀宗,张多勇†,刘艳艳

(1.陇东学院历史与地理学院,745000,甘肃庆阳;2.庆阳市荒漠化防治研究中心,745000,甘肃庆阳)

近50年黄土高原马莲河流域降水变化特征分析

张耀宗1,2,张多勇1,2†,刘艳艳1,2

(1.陇东学院历史与地理学院,745000,甘肃庆阳;2.庆阳市荒漠化防治研究中心,745000,甘肃庆阳)

不同等级降水与侵蚀性降水对水土保持有重要意义,为了更好地建设黄土高原生态屏障,亟须对马莲河流域降水特征进行详细分析。收集到马莲河流域1961—2010年西峰国家基准站、环县国家基本站和华池、庆城、合水、宁县、正宁5个国家一般站的日降水观测数据,使用PMF方法,对数据进行均一化检验,确保数据质量。采用基本气象水文统计方法,研究流域降水统计特征。运用气候倾向率、Mann-Kendall检验、滑动T检验、累积距平和Morlet小波变换等方法,分析流域降水趋势、突变点和周期等特征,同时分析侵蚀性降水、不同等级降水日数和降水强度的变化特征。结果表明:1)马莲河流域多年平均降水482 mm,四季降水分别占年降水量的18%、53%、27%和2%,侵蚀性降水占年降水57%,降水变异系数为0.19,流域降水＞400 mm的保证率为72%,＞500 mm的保证率为38%;2)1961—2010年马莲河流域降水与侵蚀性降水均呈减少趋势,春、秋季降水呈减少趋势,冬季降水呈增加趋势;3)降水的突变点不明显,1992年之后,降水呈减少的趋势,年和四季降水有19、11、4和2 a左右的主周期;4)中雨和小雨是马莲河流域主要降水形式,1961—2010年,降水减少是中雨和小雨显著减少引起的,降水强度与侵蚀性降水强度呈增强趋势,降水日数的减少对降水强度的增加有重要影响。马莲河流域侵蚀强度并未随雨量的减少而减弱,降水侵蚀风险没有减小,水土保持工作需要持续深入,水土保持与荒漠化治理刻不容缓。

黄土高原;马莲河;降水;降水量等级;侵蚀性降水

黄土高原是中国水土流失最严重的区域[1],也是中国重要的生态治理区和生态屏障建设区。研究表明,小流域是黄土高原防洪拦沙、水土保持治理的基本单元,在黄土高原生态屏障建设中起着基础作用[2,3]。马莲河是黄河流域年输沙量最大的水系,年输沙1亿3 400万t,占黄河年输沙量的8%[4]。马莲河流域1万km2的多沙粗沙区水土流失强度大,是黄土高原丘陵沟壑区中水土保持生态功能区的重要组成部分,也是《甘肃省生态保护与建设规划(2014—2020年)》中陇东黄土高原丘陵沟壑水土保持生态功能区的重要组成部分。马莲河流域生态屏障建设,对甘肃乃至黄土高原生态屏障建设,具有十分重要的意义。

降水是黄土高原水土流失主要的侵蚀作用力,同时也是黄土高原生态环境建设的重要保障[5],更是流域社会经济发展的重要约束性因素,不同等级降水的时空变化特征,对评估土壤侵蚀、水土流失及地质灾害风险尤为重要[6];因此,黄土高原马莲河流域降水变化特征是值得进行深入的问题。陈操操等[7]研究指出,1961—2014年泾河流域秋季降水显著减少,冬季降水增加,而20世纪90年代以来,降水处在一个新的减少期;董彦雄等[8]指出泾河流域春季降水有5和8 a的显著周期,夏、秋降水有准7 a的周期,冬季有4和6 a的短周期,17 a左右的长周期;赵红岩等[4]认为, 1965—2009年,陇东降水以-9.3 mm/10 a的速率减少,近20 a减少明显;赵一飞等[9]指出,甘肃河东地区1957—2010年降水呈减少趋势,倾向率为-12.01 mm/10 a;花婷等[10]通过格点数据研究得出,甘肃乌鞘岭以东降水呈减少趋势;刘艳艳[11]认为甘肃中东部降水呈减少趋势;王媛媛[12]得出陇东地区降水气候倾向率为-24.5 mm/10 a,减少显著。

以上研究成果,对于认识黄土高原陇东地区气候变化趋势起到一定的作用;但目前没有具体针对马莲河流域降水的研究成果,特别是不同等级降水与侵蚀性降水研究。在前人研究的基础上,笔者对数据进行均一化的检验和订正,提高数据精度,详细刻画马莲河流域降水的统计特征和变化特征,以期对流域生态屏障建设和水土保持工作提供参考。

1 研究区概况

马莲河流域位于黄土高原陇东地区(E 106.35～108.7°,N 35.24～37.15°),属黄河流域中游,是泾河一级支流,流域全长374.8 km,总面积1.9万km2,分东西两大川,于庆城县城南汇合后称马莲河,由宁县政平入泾河,干流庆城至政平段长110 km。流域大致分为3个地貌类型区,黄土丘陵沟壑区占流域面积的60%,高原沟壑区占30.8%,子午岭林区占9.2%。马莲河年径流总量4亿4 700万 m3,庆城至政平段1亿5 000万m3,流量14.17 m3/ s,平均径流深23.4 mm,径流模数0.74 L/(s·km2)。流域内土地荒漠化、水土流失严重,径流小、泥沙大,多年平均输沙量为1亿3 400万t,平均输沙率4 240 L/s,平均含沙量294 kg/m3。[13]

2 数据与方法

2.1 数据来源及质量控制

马莲河流域西峰、环县1961—2010年降水日观测数据,来自于气象数据共享网(http:∥data.cma. cn/site/index.html),数据已进行严格的质量控制;华池、庆城、合水、宁县和正宁5个国家一般站的数据来自于甘肃气象信息中心,对数据进行基本信息、逻辑值和极值的检验,流域7个气象站点的地理信息及降水年值序列的统计信息见表1。降水量等级按照GBT28592—2012划分:0.1～9.9 mm为小雨, 10～24.9 mm为中雨,25～49.9 mm为大雨,＞50 mm为暴雨。以日降水＞12 mm的降水作为侵蚀性降水的标准[14]。流域气象站点分布及流域泰森多边形分割见图1。

表1 马莲河流域站点信息及各站降水序列统计信息Tab.1 Geographic information of meteorological station and statistical characteristics of precipitation

最大惩罚F检验(PMF)是加拿大环境部Wang Xiaolan提出的气象数据均一性检验方法,并发布了检测的RHtest软件[15],且在国际上得到广泛应用。使用RHtest软件,对研究区7个站点的降水数据序列进行一致性检验,数据均通过检验,无断点。

2.2 研究方法

2.2.1 降水趋势检验方法 采用线性趋势法(Q)和Mann-Kendall检验法(M-K)。线性趋势法的优点在于方法简单、物理意义清晰,并可以定量估计出趋势大小,通过相关系数检验其显著程度[16];Mann-Kendall检验法是世界气象组织推荐的环境数据时间序列趋势分析方法,其特征是不要求数据服从一定的分布[16]。以上2种方法在气候变化研究领域中,已经得到广泛应用[1718],具体计算方法见文献[19]。

2.2.2 降水突变检验方法 采取累积距平法、滑动T检验方法和Mann-Kendall检验3种方法交叉验证马莲河流域降水变化的突变点,这几种方法也同样被广泛应用,具体计算方法见文献[19]。

2.2.3 小波分析法 此方法被认为是傅里叶方法的突破性进展,数据信号的时域和频域信息能被同时分析,小波变换不仅可以给出气候序列变化的尺度,还可以显示其时间位置,近年来在气候水文领域已经广泛应用[20],计算过程见文献[21]。

图1 马莲河流域泰森多边形及气象站点分布图Fig.1 Thiessen polygon of Malian River Basin and distribution of meteorological station

3 结果分析

3.1 流域降水的统计学特征

由泰森多边形方法计算的马莲河流域多年平均降水为482 mm,平均降水量与黄河流域平均年降水量(481 mm)基本一致[22]。流域内降水量空间上,由东南部向西北递减,各站点降水量介于430～613 mm之间,环县站最少(430 mm),正宁站最多(613 mm)。流域多年四季平均降水量分别为:87、256、128和11 mm。多年平均侵蚀降水量275 mm,占流域降水量的57%,各站点侵蚀降水量介于235～367 mm之间。流域降水变异系数为0.19,高于黄土流域的降水变异系数(0.14),各站点变异系数介于0.18～0.28之间(表1),变异系数空间上由东南向西北呈增加趋势。马莲河流域及各站点降水保证率曲线见图2。分析可知,流域降水量＞400 mm的保证率为72%,环县＞400 mm的保证率仅为36%,由环县向东南降水＞400 mm的保证率逐渐增加到100%。流域降水量＞500 mm的保证率为38%,各站点降水量＞500 mm的保证率介于18%～74%。流域降水量＞600 mm的保证率为8%,各站点＞600 mm降水的保证率为从14%到54%。

3.2 降水量变化特征

1961—2010年马莲河流域降水变化趋势见图3。分析图3低通滤波曲线可知,1961—2010年流域降水存在4次明显丰-枯变化,20世纪60年代、70年代丰-枯转换的时间大约是10 a左右,20世纪80年代之后,降水丰-枯转换的时间缩短。近50 a流域降水呈显著减少趋势(气候倾向率为-20 mm/ 10 a),通过0.05显著性检验,其变化趋势与河东地区[9]、甘肃中东部[11]、陇东地区[4,12]和泾河流域降水变化趋势整体上是一致的[7]。由于研究起止时间和研究范围的差异,降水倾向率存在一定差异。流域内各站点降水均呈减少趋势,减幅由东南向西北增大,北部环县降水的气候倾向率最大(-23.2 mm/10 a),东南部合水最小(-1.8 mm/10 a)。流域侵蚀性降水亦呈显著减少趋势,倾向率为-8.4 mm/10 a。信忠保等[23]认为,1956—2005年黄土高原降水和侵蚀性降水变化趋势一致,呈显著减少趋势,与笔者研究结果相似。

图2 马莲河流域降水保证率曲线Fig.2 Rainfall guarante rate curve of Malian River Basin

图3 1961—2010年马莲河流域降水趋势图Fig.3 Interannual trends of precipitation in Malian River Basin

马莲河流域四季的降水气候倾向率分别为-4.6、-1.1、-15.2和0.7 mm/10 a,仅秋季通过了0.05的显著性检验,M-K检验和气候倾向率的结果基本一致(表2)。春季各站点气候倾向率和M-K检验结果显示,降水均呈减少趋势(宁县、正宁站点通过显著性检验),而南部降水减少趋势大于北部。夏季北部3站点呈减少趋势,南部降水呈增加趋势;其中,宁县增加趋势最为显著(14.9 mm/10 a),通过显著性检验。秋季流域降水显著减少,各站点均呈减少趋势(70%的站点通过显著性检验);其中,流域北部3个站点减少显著,这与刘艳艳[11]得出甘肃中东部秋季降水减少趋势显著的结论一致。冬季流域降水呈微弱增加趋势,西峰站冬季气候倾向率为1.92 mm/10 a(通过显著性检验),冬季降水变化趋势与黄土高原甘肃区降水变化有很好的一致性,与赵一飞等[24]所指出黄土高原甘肃区冬季降水呈微弱增加趋势的结论相吻合。

3.3 突变分析

基于3种突变检验方法,分析流域及各站点年际、四季降水突变点。通过M-K和滑动T检验马莲河流域降水序列无突变点,赵一飞等[9]使用同样方法发现,河东地区降水无明显突变点,但累积距平显示,1992年之后,降水呈减少趋势。流域各站点MK检验和滑动T检验无突变点,累积距平显示环县、西峰和宁县在1990年之后,降水呈减少趋势。

累积距平显示:流域春季降水在1992年之后,呈明显减少趋势,M-K和滑动T检验无突变点,各站点春季降水突变点也在1992年左右;夏季降水的突变点在1987年前后,1987年之后降水呈增加趋势,各站点除正宁和宁县2站使用累积距平检测到1980和1988年前后有突变点之外,其他各站点使用3种方法检测均无突变点;秋季降水突变时间早于年际、春季与夏季,秋季降水M-K检验的突变点为1970年,累积距平显示的突变点为1976年,滑动T检验无突变点;冬季降水M-K和累积距平检验均无突变点,滑动T检验的突变点在1979年左右,各站点只有滑动T检验有突变点,突变时间为1979年前后。通过分析可知,马莲河流域降水无明显的突变点,在1992年之后,降水有减少的趋势,各季节降水突变不明显,且变化差异较大;其中,秋季和冬季降水突变的时间较早。

3.4 降水周期分析

马莲河流域降水小波系数等值线见图4。分析可知,在17～22 a时间尺度上,流域降水存在准4次降水多—少的震荡,且17～22 a时间尺度上的震荡具有全域性;9～14 a时间尺度上,存在准4次降水多—少的震荡,此震荡过程持续时间为1960—1985年左右,1985年之后发生转折;在6～12 a时间尺度上,有4次降水多—少的震荡,持续的时间为1985—2010年;以5 a时间尺度为中心,存在一系列的高低震荡,但没有前2个时间尺度明显。

图4 马莲河流域降水小波系数等值图Fig.4 Contours of wavelet coefficients of precipitation in Malian River Basin

由马莲河流域小波方差(图5)可知,年降水有19、11、4和2 a左右的主周期。王澄海等[25]、梁圆等[26]等指出,中国大多数区域年降水主要存在准3～5、7～13和18～24 a的振荡周期,且准3 a周期具有一定普遍性和稳定性;郝志新等[27]指出黄河中下游地区的降水,具有准2～4、22及70～80 a周期;刘艳艳[11]研究甘肃中东部年降水有18、4、7和2 a周期。分析可知,马莲河流域年降水变化周期和、黄河流域及甘肃东部年降水周期变化基本一致,马莲河流域降水周期以19 a左右的低频周期和11 a的周期为主,19与11 a左右的周期可能受到太阳活动与PDO的影响。

3.5 降水日数与降水强度特征

马莲河流域平均小雨量为186 mm,占年降水量的32%,各站点小雨量介于165～205 mm,流域小雨时间为82 d,占年降水时间的83%,各站点降水时间介于73～88 d(表3)。1961—2010年流域小雨量呈显著减少趋势(-9.2 mm/10 a),通过0.01的显著性检验。小雨时间呈显著的减少趋势(5.1 d/10 a),达到了0.01的置信度水平。

图5 马莲河流域降水小波方差图Fig.5 Wavelet variance of precipitation in Malian River Basin

表3 不同等级降水量、降水日数、降水强度结果统计Tab.3 Intensity,days and amount of different grade precipitation in Malian River Basin

流域平均中雨量为196 mm,各站点中雨量介于157～236 mm,中雨时间为13 d,各站点介于10～15 d。1961—2010年中雨呈显著减少趋势(-10.9 mm/10 a),通过0.05的显著性检验。中雨时间以-0.7 d/10 a的速率显著减少,通过0.01的显著性检验。马莲河流域小雨和中雨显著减少,与甘肃黄土高原地区变化一致[24]。中雨和小雨是黄土高原农业水资源利用的有效形式,其减少会引起干旱的加剧,进而影响区域内农业生产。

马莲河流域平均大雨量为109 mm,各站点大雨量介于75～128 mm,大雨时间为3.3 d,各站点介于2.2～3.8 d。1961—2010年流域大雨呈微弱的减少趋势,气候倾向率为-0.1 mm/10 a,大雨无明显的变化趋势。流域各站点平均最大暴雨量为82 mm, 1966年马莲河流域暴雨量达113 mm,庆城暴雨量达265 mm。流域平均暴雨时间为3.3 d,各站点介于2.2～3.8 d。1961—2010年流域暴雨呈微弱的增加趋势,倾向率为0.39 mm/10 a,暴雨量时间气候倾向率为0.02 d/10 a,无明显的变化趋势,未通过显著性检验。

流域年侵蚀性降水量275 mm,占流域降水的57%,侵蚀性降水时间98 d,占流域降水时间14%。1961—2010年侵蚀降水呈减少趋势(-8.4 mm/10 a),侵蚀性降水时间以0.5 d/10 a的速率减少,未通过显著性检验,侵蚀性降水量与中雨、大雨量变化趋势一致,呈减少趋势。

1961—2010年马莲河流域降水强度5.4 mm/d,各站点的降水强度介于4.97～5.7 mm/d,降水强度在空间上由东南向西北减少。流域降水强度的气候倾向率为0.11 mm/(d·10 a),北部环县和华池降水强度的气候倾向率大于其他站点。流域内降水强度的增加,是由降水时间的减少引起的。侵蚀性降水强度为2.0 mm/d,与流域年降水强度一样,呈微弱的增加趋势,倾向率为0.07 mm/(d·10 a)。

4 结论

1)马莲河流域多年平均降水482 mm,四季降水分别占年降水的18%、53%、27%和2%,降水的变异系数为0.19。流域多年侵蚀性降水275 mm,占年降水的57%,流域降水＞400 mm的保证率为72%,＞500 mm的保证率为38%,＞600 mm的保证率为8%。

2)1961—2010年流域降水存在4次明显丰-枯变化,呈减少趋势,气候倾向率为-20 mm/10 a,MK检验同样为减少趋势,侵蚀性降水也表现为减少趋势,春、秋季降水呈减少趋势,秋季降水减少速最为显著,冬季降水呈微弱增加趋势。

3)马莲河流域降水无明显的突变点,1992年之后呈减少趋势。该流域年和四季降水有19、11、4～6和2 a左右的主周期。

4)中雨和小雨是马莲河流域降水的主要形式,暴雨占流域降水的14%,大雨占流域降水的18%,雨日以小雨时间为主,占降水总时间的83%。1961—2010年降水减少是中雨和小雨显著减少引起的,小雨时间呈显著减少趋势,中雨时间呈微弱减少趋势,大雨和暴雨的变化趋势不明显。流域降水强度为5 mm/10 a,1961—2010降水强度呈增强趋势,侵蚀性降水强度也呈微弱增强趋势。

马莲河流域侵蚀性降水与中雨、小雨变化趋势一致呈减少趋势,但降水强度与侵蚀性降水强度有增强趋势;因此,水土流失的潜在危险并未减弱。冉大川等[28]指出,20世纪90年代以来,泾河流域频繁出现的高含沙小洪水多由马莲河和蒲河来水来沙形成。马莲河流域水土保持工作和荒漠化防治工作不能松懈,其未来降水变化关系到生态屏障建设、荒漠化防治以及水土保持的成效,是值得继续关注的问题。

[1] 刘国彬,杨勤科,郑粉莉.黄土高原小流域治理与生态建设[J].中国水土保持科学,2004,2(1):11. Liu Guobin,Yang Qinke,Zheng Fenli.Small watershed management and eco-rehabilitation on the Loess Plateau of China[J].Science of Soil and Water Conservation, 2004,2(1):11.(in Chinese)

[2] 李玉山.黄土高原治理开发之基本经验[J].土壤侵蚀与水土保持学报,1999,5(2):52. Li Yushan.Fundamental experiences for harness and development in the Loess Plateau of China[J].Journal of Soil Erosion and Soil and Water Conservation,1999,5 (2):52.(in Chinese)

[3] 张洪江,张长印,赵永军,等.我国小流域综合治理面临的问题与对策[J].中国水土保持科学,2016,14 (1):131. Zhang Hongjiang,Zhang Changyin,Zhao Yongjun,et al. Issues and countermeasures in the comprehensive Management of small watershed in China[J].Science of Soil and Water Conservation,2016,14(1):131.(in Chinese)

[4] 赵红岩,张旭东,王有恒,等.陇东黄土高原气候变化及其对水资源的影响[J].干旱地区农业研究,2011,29(6):262. Zhao Hongyan,Zhang Xudong,Wang Youheng,et al. Climate change and their impact on water resources in the Loess Plateau of east Gansu[J].Agricultural Research in the Arid Areas,2011,29(6):262.(in Chinese)

[5] 杨文治.黄土高原土壤水资源与植树造林[J].自然资源学报,2001,16(5):433. Yang Wenzhi.Soil water resources and afforestation in Loess plateau[J].Journal of Natural Resources,2001,16 (5):433.(in Chinese)

[6] 黄婕,王跃峰,高路,等.1960—2011年福建省不同等级降水时空变化特征[J].中国水土保持科学,2015, 13(2):17. Huang Jie,Wang Yuefeng,Gao Lu,et al.Temporalspatial characteristics of different rainfall levels in Fujian province from 1960 to 2011[J].Science of Soil and Water Conservation,2015,13(2):17.(in Chinese)

[7] 陈操操,谢高地,甄霖.泾河流域降雨量变化特征分析[J].资源科学,2007,29(2):172. Chen Caocao,Xie Gaodi,Zhen Lin.Characters of precipitation variation in Jinghe watershed[J].Resources Science,2007,29(2):172.(in Chinese)

[8] 董彦雄,马鹏里,白虎志,等.泾河流域近60年降水演变规律[J].干旱地区农业研究,2004,22(3):154. Dong Yanxiong,Ma Pengli,Bai Huzhi,et al.The regularity of precipitation in the Jinghe river basin in recent 60 years[J].Agricultural Research in the Arid Areas,2004, 22(3):154.(in Chinese)

[9] 赵一飞,张勃,汪宝龙,等.近54 a来甘肃省河东地区气候时空变化特征[J].干旱区研究,2012,29(6): 956. Zhao Yifei,Zhang Bo,Wang Baolong,et al.Spatiotemporal climate change in the Hedong region in Gansu province in recent 54 years[J].Arid Zone Research,2012, 29(6):956.(in Chinese)

[10]花婷,王训明,郎丽丽,等.甘肃省气温与降水变化趋势及其对主要流域径流量的影响[J].中国沙漠, 2015,35(3):744. Hua Ting,Wang Xunming,Lang Lili,et al.Climate change and its significance on the runoff of major river in Gansu,China from 1961 to 2011[J].Journal of Desert Research,2015,35(3):744.(in Chinese)

[11]刘艳艳.甘肃中东部旱作农业区气候变化特征及其对农业生产的影响[D].兰州:西北师范大学,2010:24. Liu Yanyan.Climatic change of dry farming area in the mid-eastern of Gansu province and its effect on agricultural production[D].Lanzhou:Northwest Normal University,2010:24.(in Chinese)

[12]王媛媛.近50年陇东地区农业气候资源的时空变化特征及其对主要农作物的影响分析[D].兰州:西北师范大学,2013:15. Wang Yuanyuan.Analysis on the spatio-temporal change of agro-climatic resources and its impact on major crops in eastern Gansu nearly 50 years[D].Lanzhou:Northwest Normal University,2013:15.(in Chinese)

[13]王志峰.马莲河[EB/OL].[20160501].http:∥www.qyshuili.com/slgk/ShowArticle.asp?ArticleID= 195. Wang Zhifeng.Malian river[EB/OL].[201605 01].http:∥www.qyshuili.com/slgk/ShowArticle.asp? ArticleID=195.(in Chinese)

[14]谢云,刘宝元,章文波.侵蚀性降雨标准研究[J].水土保持学报,2000,14(4):6. Xie Yun,Liu Baoyuan,Zhang Wenbo.Study on standard of erosive rainfall[J].Journal of Soil and Water Conservation,2000,14(4):6.(in Chinese)

[15]Wang Xiaolan.Accounting for autocorrelation in detecting mean shifts in climate data series using the penalized maximal T or F test[J].Journal of Climate and Applied Meteorology,2008,47(9):2423.(in Chinese)

[16]李庆祥.气象资料均一性研究导论[M].北京:气象出版社,2011:24. Li Qingxiang.Introduction to homogenization study of climate data[M].Beijing:China Meteorological Press, 2011:24.(in Chinese)

[17]Wang Qixiang,Fan Xiaohui,Qin Zuodong,et al. Change trends of temperature and precipitation in the Loess Plateau region of China,19612010[J].Global and Planetary Change,2012,92-93(7):137.

[18]Zarcha MAA,Sivakumara B,Sharma A.Droughts in a warming climate:a global assessment of standardized precipitation index(SPI)and reconnaissance drought index (RDI)[J].Journal of Hydrology,2015,526(7):183.

[19]魏凤英.现代气候统计诊断与预测技术[M].2版.北京:气象出版社,2007:37. Wei Fengying.Climatological statistical diagnosis and prediction technology[M].2nd ed.Beijing:Meteorological Press,2007:37.(in Chinese)

[20]张耀宗.近50年来祁连山地区的气候变化[D].兰州:西北师范大学,2009:10. Zhang Yaozong.Climatic variation over Qilian Mountain in last 50 years[D].Lanzhou:Northwest Normal University,2009:10.(in Chinese)

[21]徐建华.现代地理学中的数学方法[M].2版.北京:高等教育出版社,2009:419. Xu Jianhua.Mathematic methods for modern geography[M].2nd ed.Beijing:High Education Press,2009: 419.(in Chinese)

[22]任国玉,战云健,任玉玉,等.中国大陆降水时空变异规律:Ⅰ.气候学特征[J].水科学进展,2015,26(3): 299. Ren Guoyu,Zhan Yunjian,Ren Yuyu,et al.Spatial and temporal patterns of precipitation variability over mainland China:I:Climatology[J].Advances in Water Science, 2015,26(3):299.(in Chinese)

[23]信忠保,许炯心,马元旭.近50年黄土高原侵蚀性降水的时空变化特征[J].地理科学,2009,29(1):98. Xin Zhongbao,Xu Jiongxin,Ma Yuanxu.Spatio-temporal variation of erosive precipitation in Loess Plateau during past 50 years[J].Scientia Geographica Sinica,2009,29 (1):98.(in Chinese)

[24]赵一飞,邹欣庆,张勃,等.黄土高原甘肃区降水变化与气候指数关系[J].地理科学,2015,35(10):1325. Zhao Yifei,Zou Xinqing,Zhang Bo,et al.Precipitation variation in association with climate indices in Loess Plateau of Gansu province,Northwest China[J].Scientia Geographica Sinica,2015,35(10):1325.(in Chinese)

[25]王澄海,李健,李小兰等.近50 a中国降水变化的准周期性特征及未来的变化趋势[J].干旱区研究,2012, 29(1):1.

Wang Chenghai,Li Jian,Li Xiaolan,et al.Analysis on Quasi-periodic characteristics of precipitation in recent 50 years and trend in next 20 years in China[J].Arid Zone Research,2012,29(1):1.(in Chinese)

[26]梁圆,千怀遂,张灵.中国近50年降水量变化区划(1961—2010年)[J].气象学报,2016,74(1):31. Liang Yuan,Qian Huaisui,Zhang Ling.Regionalization of the annual precipitation change in the last 50 years in China(19612010)[J].Acta Meteorologica Sinica, 2016,74(1):31.(in Chinese)

[27]郝志新,郑景云,葛全胜.黄河中下游地区降水变化的周期分析[J].地理学报,2007,62(5):537. Hao Zhixin,Zheng Jingyun,Ge Quansheng.Precipitation cycles in the middle and lower yellow river[J].Acta Geographica Sinica,2007,62(5):537.(in Chinese)

[28]冉大川,郭宝群,张晓华,等.泾河流域来沙系数变化与响应分析[J].泥沙研究,2009(2):60. Ran Dachuan,Guo Baoqun,Zhang Xiaohua,et al.A-nalysis on variation and response of incoming sediment coefficient of the Jinghe River basin[J].Journal of Sediment Research,2009(2):60.(in Chinese)

Precipitation variation in Malianhe River Basin of the Loess Plateau in recent 50 years

Zhang Yaozong1,2,Zhang Duoyong1,2,Liu Yanyan1,2

(1.College of Geography and History,Longdong University,745000,Qingyang,Gansu,China; 2.Qingyang Centre for the Management and Combat of Desertification,745000,Qingyang,Gansu,China)

[Background]The Loess Plateau is one of the most serious soil erosion areas in China,and it is also an important region of ecological management and constructing ecological defense.It has proved that the small watershed is the basic unit of flood control and soil conservation in the Loess Plateau,and it plays a basic role in the construction of the ecological barrier on the Loess Plateau.Rainfall is the main erosion force of soil erosion on the Loess Plateau,and it is also an important guarantee for the ecological environment construction in the Loess Plateau,and also an important factor for the social and economic development for the river basin.The temporal and spatial variation characteristics of different grades precipitation are particularly important to assess the risk of soil erosion and geological hazards.TheMalian River Basin is located in Longdong Loess Plateau,belonging to the middle reaches of the Yellow River,is a first tributary of the Jinghe River.Therefore,the variation characteristics of precipitation in the Malian River Watershed in the Loess Plateau is worthy of further study of the problem.[Methods] Daily rainfall data from 1961 to 2010 at Xifeng National Base Station,Huan County National Basic Station and other 5 general stations were collected among the Malian River Basin.In order to ensure the quality of the data,the PMF method was used to examine homogenization.The statistical characteristics of precipitation in the river basin were studied using the basic meteorological and hydrological statistics method.The variation trend,abrupt change and periods of precipitation were analyzed by applying climatic tendency rate,M-K test,sliding T test,cumulative anomaly and Morlet wavelet transform. Meanwhile,change characteristics of the days and intensity about erosive rainfall and precipitation were studied.[Results]Mean annual precipitation in the Malian River Basin was 482 mm and precipitation in four seasons respectively accounted for 18%,53%,27%,and 2%of the annual precipitation,erosive precipitation accounted for 57%of the annual precipitation,precipitation variation coefficient was 0.19. The guarantee rate of precipitation over 400 mm in the river basin was 72%,guarantee rate of more than 500 mm was 38%.Precipitation and erosive rainfall showed a decreasing trend in the Malian River Basin during 19612010,the spring and autumn precipitation showed a decreasing trend,winter precipitation showed increasing trend.The abrupt change of precipitation was around 1992,the abrupt change of precipitation in autumn was the earliest in 1976,and the spring was around 1992 in Malian River Basin. The annual and seasonal precipitation had main cycles of 19 a,11 a,46 a,and 2 a.Moderate rain and light rain were the main form of precipitation in Malian River Basin.The reduction of precipitation significantly resulted from moderate and lig ht rain during 19612010.There was an increased trend in intensity of precipitation and erosive rainf all during 19612010.[Conclusions]The precipitation intensity has increased,thus the potential risk of soil erosion has not weakened.Soil and water conservation and desertification prevention for the Malian River Basin cannot be slacked off.Future precipitation changes are related to the ecological barrier construction in Malian River Basin,it is worth of continuously paying attention to the problem.

the Loess Plateau;Malian River Basin;precipitation;different levels of precipitation; erosive rainfall

P426.6

A

1672-3007(2016)06-0044-09

10.16843/j.sswc.2016.06.006

2016 05 06

2016 10 13

项目名称:国家自然科学基金“清代同治以来黄土高原马莲河流域荒漠化风险评估与防治研究”(31460090);国家社科基金“西夏监军司古城遗址考察及其防御体系研究”(13BZS084);甘肃省科技支撑项目“庆阳市北三县黄土沟壑区清代以来荒漠化进程与防治措施研究”(144fkcm070)

张耀宗(1982—),男,博士,讲师。主要研究方向:气候变化与地表过程。Email:yaozongzhang@163.com

†通信作者简介:张多勇(1966—),男,博士,教授。主要研究方向:荒漠化防治与历史地理。Email:bbbjjj2@163.com