祁连山降水时空格局与最大降水带的海拔分布特征研究

本研究针对祁连山地区气象站点稀疏导致降水空间插值不确定性和垂直结构解析不足的问题，利用中国气象强迫数据集(CMFD)系统分析了过去40年降水时空格局。结果表明CMFD可靠捕捉月/年尺度降水变化，揭示出显著的东西降水梯度，发现最大降水带位于3900–4000?m且呈现东低西高的区域变异(东部3300?m至西部4200?m)，年降水呈显著上升趋势且具有海拔依赖性。该研究为山区气候模拟、水资源管理和生态保护提供了科学依据。

　　

在全球气候变暖背景下，山地降水格局的变化对区域水文循环和生态系统具有深远影响。祁连山作为中国西北干旱区与青藏高原的过渡带，是亚洲夏季风与中纬度西风带的交汇区，其降水变化不仅关系到当地水资源供给，更对下游绿洲农业发展乃至区域生态安全具有决定性作用。然而，长期以来对该区域降水的研究受限于气象站点稀疏分布、空间插值不确定性以及垂直结构解析不足等问题，特别是对最大降水带(MPZ)的海拔分布认识不清。这些局限性阻碍了对祁连山地区降水时空格局的全面理解，也制约了精准的水资源管理和生态保护策略的制定。

为了系统揭示祁连山降水时空变化特征，兰州大学研究团队在《Journal of Hydrology: Regional Studies》上发表了最新研究成果。该研究基于多源降水数据集的对比验证，最终选定性能最优的中国气象强迫数据集(CMFD)对1979-2018年祁连山降水时空格局进行了全面分析，特别聚焦于海拔分布特征和最大降水带的识别。

研究采用的关键技术方法包括：首先通过相关系数(COR)、偏差(Bias)、平均绝对误差(MAE)和均方根误差(RMSE)四项指标系统评估了CMFD、LZU0025、CN-1km和ERA5四套降水数据集的可靠性；利用线性趋势分析结合t检验探究年降水量的年际变化趋势；采用高程分带统计方法分析降水随海拔、纬度和经度的变化规律；通过区域划分(东、中、西三个子区)比较不同地形条件下降水的海拔依赖性特征。

3.1. 降水产品验证

研究发现CMFD在月尺度上与30个气象站观测数据的线性拟合斜率达0.99(p<0.05)，偏差(0.21mm)、RMSE(3.64mm)和MAE(1.28mm)均为最低，且与五个独立野外站点数据的相关系数R2达0.99，证明其可靠性最高，适合祁连山降水研究。

3.2. 祁连山降水时空分布

1979-2018年间，祁连山年平均降水呈现明显的东多西少格局，400mm等降水量线大致将研究区分为西部半干旱和东部半湿润区。季节上夏季降水占全年一半，春、秋季分布相似但春季略多，冬季无显著降水中心。

3.3. 降水随海拔、纬度和经度的变化

年平均降水随海拔整体呈波动下降趋势，而年总降水(降水量×面积)则显示主最大降水带位于3900-4000m，次要在3100-3200m，地理上集中于37.4°N-37.6°N和99.2°E-99.4°E。年降水变化率呈现海拔依赖性增强，从低海拔约2mm·a^-1增至高海拔约10mm·a^-1。

3.4. 不同子区降水随海拔变化

将祁连山按经度划分为西、中、东三个子区后，发现最大降水带海拔呈现自东向西升高规律：东部3300m、中部4000m、西部4200m，反映地形对降水分布的调控作用。

3.5. 年内降水变化的空间分布

月平均降水与月总降水均集中于5-9月，8月最丰，且主要分布在3700-4200m的中高海拔区域。

研究结论表明，祁连山降水存在显著的东西梯度格局和海拔依赖性，最大降水带位置呈现区域变异，且年降水增加趋势在干旱西部更为明显。这些发现深化了对山地降水机制的理解，特别是揭示了地形因子在调控降水格局中的主导作用。讨论部分进一步分析了不同再分析数据集性能差异的原因，指出CMFD采用的ANU-Spline统计插值法结合DEM等协变量是其优势所在；从大气环流角度阐释了东西降水梯度与大尺度水汽输送(西风环流增强与季风减弱)的关系；通过与大尺度气候指数(如AMO正相关)的关联分析，揭示了北大西洋多年代际振荡(AMO)通过激发大气波列影响蒙古高原上空反气旋性环流异常，进而调控祁连山降水的遥相关机制。

该研究的科学意义在于首次基于高可靠性CMFD数据系统刻画了祁连山降水时空格局，明确了最大降水带的海拔分布及其区域变异，为山区水文模拟提供了精准输入数据，对水资源可持续管理和区域生态安全保障具有重要实践价值。未来研究需结合高分辨率气候模式、多源遥感数据和大气水汽轨迹模型，进一步揭示地形-大气相互作用机制及其对水文过程的调控作用。