上游与中游降水、气温对比分析

4.1.1　降水和气温年际变化特征分析

从表4可以看出，根据平均值μ、标准差σ分析，从中游北边缘到南边缘再到上游，随着海拔的逐渐增大，年均降水量逐渐增大，年均气温逐渐减小。祁连山北坡每年降水比南边缘多119.20％、气温低75.29％，比北边缘降水多173.64％、气温低68.35％；中游南边缘降水比北边缘多24.83％、气温低6.94％；从中游北边缘到南边缘再到上游年均降水和年均气温波动范围分别为176.4～109.68 mm、217.0～140.08 mm、468.5～314.25 mm、9.07～7.93℃、8.50～7.31℃、2.95～1.25℃，区间波动的概率占68％。通过变异系数Cv统计分析，结合图4，从2007—2014年际变化幅度上来看，从中游北边缘到南边缘再到上游，随着海拔的逐渐增大，年均降水量的变化幅度逐渐减小，年均气温逐渐增大。从图4中变化趋势线和线性公式的斜距的正负可以看出，中游北边缘和祁连山北坡年均气温呈波动性增加趋势，年均降水量和中游南边缘的年均气温呈波动性略有减少趋势。

表4　黑河上游与中游荒漠区降水和气温年际变化特征

图4　黑河上游与中游荒漠区降水和气温年际变化特征

4.1.2　降水和气温年内变化特征分析

如图5所示，从中游北边缘到南边缘再到上游，降水和气温年内变化步调基本一致，1月份降水平均为1.3 mm，气温平均为-9.89℃，降水较少，气温为一年最低；随后逐渐增大，直到7月份降水量平均为54.3 mm，气温平均为19.71℃，达到最大值；然后又逐渐降低，直到12月底，降水量平均为1.2 mm，气温平均为-7.09℃。年内与年际的降水和气温变化一致，都是随着海拔的逐渐增大，每月降水量逐增、每月气温逐减。

表5　黑河上游与中游荒漠区降水和气温年内变化特征

如表5、图5所示，每月降水和气温的标准差都较大，变异系数也较大，这说明从中游北边缘到南边缘再到上游，共同特点是降水差异和温差均较大，因为有些年份，1—3月份或11—12月份甚至没有降水，降水主要集中在6—9月份。从降水和气温的空间变化上看，祁连山北坡月均降水变化幅度最小，月均气温变化幅度最大；走廊南、北边缘的月均降水和气温变化幅度基本接近，且略显小。

图5　黑河上游与中游荒漠区降水和气温年内变化特征

4.1.3　降水和气温相关性分析

一般地，相关系数|r|＞0.95，存在显著性相关；0.95≤|r|≥0.8高度相关；0.5≤|r|＜0.8中度相关；0.3≤|r|＜0.5低度相关；|r|＜0.3关系极弱，认为不相关。从表6可以看出，降水、气温相关系数都大于0.8，属于高度相关或者显著相关，因此，中游北边缘、南边缘、祁连山北坡的降水和气温均可进行回归模型分析。

表6　黑河上游与中游荒漠区降水和气温相关系数

4.1.4　回归模型分析(www.xing528.com)

（1）回归模型拟合分析

因变量和自变量如表7所示，经拟合分析，中游北边缘与南边缘、祁连山北坡降水量拟合模型的复相关系数R2为0.994，属显性相关，说明回归模型的拟合效果较好；复测定系数R2为0.989，也表明拟合模型可预测中游北边缘降水变差的98.9％。调整后复测定系数R2为0.986，说明拟合模型可预测中游北边缘降水的98.6％，也就是说，通过中游南边缘和祁连山北坡的降水预测中游北边缘的降水量，准确率可达98.6％。标准误差为1.520，说明由拟合模型计算出的降水量与实际监测值之间误差平均为1.520，此值越小，说明拟合程度越好。同理，可对中游北边缘的气温、中游南边缘和祁连山北坡的降水及气温等模型拟合情况做出类似的评估如表7所示。

表7　黑河上游与中游荒漠区降水和气温拟合系数

（2）回归模型方差分析

从表8可以看出，P1700、P2650对其平均值的总偏差为SSr，即变差值为1797.493，回归均方差MSr为898.746；P1446观测值对其预测值的总偏差SSe为20.800，剩余均方差MSe为2.311。F值是MSr和MSe的比值，由于我们期望MSe越小越理想，期望MSr越大越理想，所以，F值越大，说明对中游北边缘的降水预测结果越理想。求得F检验值为388.873（如表8），F检验的P＜0.001，查得F0.001（2，9）的临界值Fa为16.387，F检验值远远大于临界值Fa，说明利用中游南边缘和祁连山北坡的降水预测的中游北边缘降水在a=0.001（P＜0.001）水平上极显著，且置信度为95％以上。同理，在中游北边缘的气温、中游南边缘和祁连山北坡的降水及气温等模型中，求得F检验值均远远大于临界值Fa，说明利用中游北边缘的气温、中游南边缘和祁连山北坡的降水及气温等模型预测在a=0.001（P＜0.001）水平上极显著，且置信度同样为95％以上。

表8　黑河上游与中游荒漠区降水和气温方差分析

（3）回归模型偏回归系数分析

偏回归系数分析主要是检验偏相关系数的显著程度，如表9所示，常数、P1446、T1446、P1700、T1700、P2650、T2650系数对应的P值均小于0.9，因此，a=0.9水平上，查得t0.9（11）的临界值为0.130，从表9可看出，其相对应的t检验值的绝对值均大于临界值，这说明常数、P1446、T1446、P1700、T1700、P2650、T2650系数在a=0.9水平上偏相关系数差异显著，即置信度大于91％。

表9　黑河中游西墩滩荒漠区植物生物量与水分偏回归系数

综合上述R2拟合检验、F方差检验、t偏回归系数检验，可得出黑河上游北坡、中游南边缘、北边缘降水和气温的回归模型分别为：

式中P1446（mm）、P1700（mm）、P2650（mm）、T1446（℃）、T1700（℃）、T2650（℃）分别代表中游北边缘、南边缘和祁连山北坡的月均降水量和气温。

在河西走廊，由于水分条件不能满足天然乔灌丛生长，只能生长些稀疏的荒漠草丛，地表呈荒漠草原景观；从中游南边缘向祁连山过渡带上，由于降水量较小，蒸发量仍然很大，是荒漠向森林景观的过渡带，地表呈灌丛与草原的镶嵌分布景观；在祁连山北坡低海拔处，由于水热条件满足青海云杉林和林下灌丛及草原生长，地表总体上呈森林与草原交错分布景观；在祁连山北坡亚高海拔处，由于温度条件不能满足大乔木生长，但可满足灌丛及草丛生长，地表呈灌丛草甸景观；祁连山北坡高海拔处，气温极低，已不能生长灌丛，仅分布极耐寒湿的高山垫状植物，呈寒漠草甸景观。因此，黑河上游与中游荒漠区降水、气温变化差异是由其坡位、土壤、植被等下垫面主要因子与气象因子相互作用的结果，各垂直降水、气温带上的植被群落和对应的土壤类型既是垂直降水、气温带各气象因子的产物，又对各气象因子有指示作用。