复杂地形气候区降水量等值线绘制方法研究

来源：核心期刊咨询网时间：2020-01-07 10:2012

摘要：摘要：降水量等值线是反映水资源变化规律的重要方式，也是推求无资料地区水文要素的重要参考依据。然而，在地形复杂、气候多样的地区，采用常规方法绘制降水量等值线存在一定困难。以云南省为例，通过分析实测降雨资料变化规律，研究复杂地形气候区降水量等

　　摘要：降水量等值线是反映水资源变化规律的重要方式，也是推求无资料地区水文要素的重要参考依据。然而，在地形复杂、气候多样的地区，采用常规方法绘制降水量等值线存在一定困难。以云南省为例，通过分析实测降雨资料变化规律，研究复杂地形气候区降水量等值线绘制方法。研究表明：依据水汽输送情况和降雨分析成果，采用ArcGIS软件自动绘制与人机交互经验修订相结合的方式，绘制出的等值线符合降水空间分布特性。研究成果可为水资源空间分布规律的研究提供依据，为我国第三次水资源调查评价等值线图绘制提供技术支撑。

　　关键词：降水量等值线;绘制方法;ArcGIS;复杂地形气候区;云南省

　　《扬州大学学报：自然科学版》是扬州大学主办的自然科学综合性学术刊物，国内外公开发行。主要刊登理、工、农、医门类的学术论文，重点报道数学、化学化工、物理学、计算机科学、机械电子、建筑环保、水利工程、农学、牧医、生物技术、园艺、植保、基础医学等学科的基础研究和应用研究论文。

　　水資源调查评价是国家自然资源调查的重要内容。近年来，我国水资源保护问题突出、水安全形势严峻，迫切需要开展水资源调查评价工作，以摸清各地区水资源的变化状况，为今后制定水资源战略规划、实施重大水利工程建设、落实最严格水资源管理制度、促进水生态文明建设提供可靠的基础。近期，全国开展了第三次水资源调查评价工作，降水量等值线图绘制是地表水资源评价的一项重要工作任务[1]。

　　20世纪80年代，全国第一次水资源评价时，依据雨量站位置和降水量数值在纸质地图上手工绘制等值线图，采用求积仪逐块量算区域降水量，工作繁琐、人工耗费大。21世纪初，随着计算机技术应用的普及和提高，谢伙生等[2-4]开始研究计算机编程自动绘制等值线技术。近年来，在区域水资源评价中，技术工作者利用各种插值方法和成熟软件，自动生成降水等值线图[5-6]。其中，ArcGIS软件功能较强，具有较好的分析、编译矢量数据和空间数据的功能，在实际工作中得到了广泛应用[7-14]。

　　软件自动绘制等值线通常适用于平原地区，在地形气候条件复杂的地区，自动绘制的等值线尚无法准确地反映地形和气候条件的影响，需要进行人工修正。本文以云南省为例，在ArcGIS软件生成的等值线图基础上，充分研究区域降水时空分布特征，利用人工经验进行人机交互修订，绘制的降水量等值线图能够尽可能符合云南高原山区降水分布特性。

　　1 研究背景

　　1.1 研究区概况

　　云南省位于青藏高原东南和云贵高原西部，境内山高谷深、地形复杂，特别是元江河谷和云岭山脉一线以西部分，是横断山脉纵谷区，相对高差大，形成了复杂的地形气候区;其所处的地理位置也是孟加拉湾西南暖湿气流进入我国的唯一通道，水汽含量丰富。因此，云南省复杂的地形形成了独特的气候特性，全省的降水分布差异较大[15]。云南复杂地形气候孕育了六大江河水系，即长江、珠江、红河、澜沧江、怒江和伊洛瓦底江流域。长江流域横跨云南北部，从西藏进入云南后，自攀枝花到横江为川滇界河;珠江流域位于东部与东南部，与贵州、广西接壤;红河、澜沧江、怒江和伊洛瓦底江流域属于西南诸河，分布在云南西部和南部。其中，滇西北怒江、澜沧江和金沙江从北向南在直线30 km区域穿过，是著名的“三江并流区”。

　　在第一次水资源调查评价时，唐一清等[16]对云南省年降水年径流等值线进行了深入研究，利用1 a多时间，在纸质地图上手工绘制等值线图。在第二次调查评价期间，利用Mapinfo软件矢量化纸质地图，经1 a左右时间，在电子地图上手工绘制等值线图。在第三次水资源调查评价工作中，充分利用ArcGIS技术，采用计算机自动绘制和人工经验交互修订相结合的方式，2个月内就完成了降水量等值线的绘制工作。

　　1.2 数据资料

　　在云南省第三次水资源调查评价工作中，根据站点分布情况，在六大流域范围内共选用2 657个雨量站点资料，分析各年度分区降水量和降水时空分布特征。按照《全国水资源调查评价技术细则》要求，选用降水资料完整且具有同步系列的雨量站点绘制1956～2016年和1980～2016年多年平均降水量等值线图[1]。经插补延长，云南省1956～2016年完整降水系列的站点共434个，站网密度883 km2/个;1980～2016年完整降水系列的站点共984个，站网密度389 km2/个。总体而言，云南省具有长降水系列的雨量站站网密度不大、分布不均匀，对部分地区的降水量变化情况控制不足[17-18]，很多地区仍是水文要素空白区。各流域站点情况见表1。

　　2 研究方法

　　2.1 ArcGIS自动绘制等值线

　　依靠计算机完成ArcGIS自动绘制等值线方法，耗时短，对专业知识水平的要求较低，在水文要素变化不大的平原地区应用效果较好。ArcGIS具有较强的空间数据处理能力，采用该软件提供的样条函数法绘制降水量等值线[19]。

　　样条函数法中，使用二维最小曲率样条法，将点插值成栅格表面，将一个数学函数与指定数量的最近输入点进行拟合，数值稳定性和收敛性较好，自动生成的等值线平滑、美观。

　　2.2 等值线修正方法

　　受复杂地形气候的影响，ArcGIS软件无法识别各地区降水之间的联系，单纯靠软件系统绘制等值线图，会出现螺旋状的高值区或低值区等不合理现象。因此，采用ArcGIS软件初步绘制的等线图为工作基础，根据实测降水量的空间分布特征及变化趋势，结合地形条件和水汽来源，综合分析各条等值线的数值和走向，合理判断其变化趋势，必要时进行修正。

　　在实际运用中，首先在地形气候复杂的横断山脉、乌蒙山脉、哀牢山脉等地区建立降水随高程变化关系，分析雨量站未控区降水量的变化情况。根据高程情况推求降水量数值，作为资料空白区降水量的参考依据。然后根据地形、水汽来源和高程变化情况，调整和修订软件自动绘制的等值线。

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