衡水湖湿地对降水量影响的初步研究

摘要：以衡水湖及周边24个雨量站1974年-2010年的降水资料为基础，分别计算了湖区、10 km半径影响区、10～20 km环形影响区、20～30 km环形影响区的平均降水量，据此对衡水湖湿地的降水影响规律进行了分析，并基于降水形成机理探寻其变化的主要原因。研究结果表明，衡水湖湿地由近及远降水量呈明显递减趋势，反映了衡水湖湿地对周边区域气候具有调节作用。

关键词：湿地；区域气候影响；降水量变化；衡水湖

中图分类号：P343.5；P457.6文献标识码：A

文章编号：16721683（2013）05002603

大型湿地和大气之间不断地进行着能量和物质交换，即湿地自由水面和茂密植被通过蒸发蒸腾使水汽进入大气，部分水分以降雨的形式返回地表，从而改善当地的湿度和降水量[12]。大型湿地因其丰富的水汽和热量资源而对区域气温、降水、蒸发等天气气候要素特征产生影响[34]。由于水陆地表性质的不均匀性，导致地表的热力差异，影响感热和潜热通量的分布，对积云和降水的形成等有显著影响，从而影响降水的分布[5]。目前，关于湖泊对降水的影响研究主要集中在欧美地区。譬如，在北美，许多气象学家应用探空、雷达、卫星云图、地面观测等各类综合资料以及数值模式，采用统计分析、诊断、数值模拟等方法，从天气、气候角度针对五大湖和大盐湖等大型湖泊的湖效应降水开展了包括环流背景、物理过程、影响因素、预报指标等方面的综合分析与研究，并取得了大量的研究成果[67]。而在国内，由于缺乏必需的观测资料和技术方法，对大型湿地对天气影响的研究工作开展甚少[811]。

本文选择河北省衡水市的衡水湖作为研究区，利用衡水湖及周边24个雨量站1974年-2010年的降水资料，通过计算湖区及其周边不同范围的平均降水量，分析衡水湖湿地的影响范围与规律。

1研究区概况

衡水湖为黑龙港流域冲积平原冲蚀低地带内的天然湖泊，具有草甸、沼泽、滩涂、水域、林地等多种不同类型的生境，是以内陆淡水湿地生态系统和国家Ⅰ、Ⅱ级重点保护鸟类为主要保护对象的华北平原湿地生态系统典型代表。目前水域面积7 500 hm2，分为东西两湖，平均水深3～4 m，蓄水能力1.88亿 m3。衡水湖部级自然保护区是河北省第一个部级内陆淡水湿地自然保护区[1213]，总面积18 787 hm2，位于东径115°27′50″-115°41′55″，北纬37°31′40″-37°41′56″之间，海拔18～25 m，属暖温带大陆季风气候区，四季分明，年平均气温12.7 ℃，年降雨量518.9 mm[14]。

2研究资料与方法

本研究选择了蒸发与降水两种气象要素，来探讨衡水湖的降水影响规律。由于1994年以前衡水湖时有干涸，1994年引黄入冀开始后蓄水才有了保证，因此使用的蒸发资料选取的是衡水湖附近衡水实验站和冀州站1994年-2010年共17年的数据。首先，利用标准的E601蒸发器计算水面蒸发量，然后取两站蒸发量的均值作为衡水湖水面蒸发量。由于衡水湖每年水量不同，水位变幅较大，计算时以月为单元进行计算，以每月的平均水面面积与月平均蒸发量进行计算。1994年-2010年蒸发量计算结果见表1。

降水数据利用的是衡水湖及其周边24处雨量观测站点资料，来源于历年整编后的汛期降水成果，资料系列为1974年-2010年共37年。首先以衡水湖中心为圆心，以10 km、20 km、30 km为半径，将衡水湖及周边区域分成湖区、10 km半径影响区、10～20 km环形影响区、20～30 km环形影响区，见图1。然后，利用泰森多边形法分别计算各分区的面平均降水量。参与计算湖区面平均降水量的站点有2个（衡水湖站和冀州站）、10 km半径影响区面平均降水量的站点有6个、10～20 km环形影响区面平均降水量的站点有15个、20～30 km环形影响区面平均降水量的站点有19个。

综合分析影响降水的各项因素，20世纪70年代衡水湖周边河渠汛期水量较多，衡水湖东边的盐河故道、北边的滏东排河及西边、南边的坑塘汛期水量较多，使得衡水湖水面蒸发实际面积增大，10 km半径影响区面平均降水量和湖区面平均降水量接近。

3.2影响机理分析

衡水湖位于河北省中南部，地形自西南向东北缓慢倾斜，地面坡降不足四千分之一，研究区域及附近没有山脉、森林分布，也没有海洋等大的蓄水体分布，以衡水湖为中心由近及远分区，影响降水的地理位置、气旋台风的路径、地形、森林对降水的影响因素微乎其微。所以可以认为衡水湖蓄水，大量的水面蒸发，对促进水分的内陆循环有积极作用，使附近降水量增加1.7%～4.1%。

20世纪80年代初期衡水湖蓄水没有保障，湖区周边河渠坑塘陆续干涸，湿地植被受到很大程度的破坏，影响衡水湖输送水汽，10 km半径影响区平均降水量明显减小。不同年代衡水湖对降水的影响见图2。

湿地可影响小气候。湿地的蒸腾作用可保持当地的湿度和降雨量。在湿地中，大量的降雨通过树木被蒸发和转移，返回到大气中，然后又以雨的形式降到周围的地区。

通过以上分析可知，衡水湖湿地区域的降水影响因素，与周边地区不同的是气溶胶数浓度和空气湿度都比周边地区大，两个因素有利于形成降水。

4结论

衡水湖湖区多年平均汛期降水量为426.1 mm；由近及远降水呈明显的递减趋势，湖区、10 km半径影响区、10～20 km环形影响区的面平均降水量分别比20～30 km环形影响区降水量偏大4.1%、2.9%和1.7%。

从年代变化分析，20世纪70年代，衡水湖由近及远降水呈明显减少趋势；20世纪90年代至今，衡水湖由近及远降水的递减趋势也更加明显。主要原因是20世纪70年代衡水湖周边河、渠蓄水较多，水面面积远远大于现有水面面积；20世纪90年代实施引黄工程以来，衡水湖蓄水保障率得到很大提高，周边河渠基本常年干涸，湖区蓄水对周边降水的影响作用更为明显。

不同分区降水分析结果都证明了衡水湖对于降雨的正效应。不过因为下垫面的改变而导致水汽输送发生改变的效应可能更深远，比如可能还会影响到降水的季节分配、对流性降水的特征等，对这些问题还需要进一步探究。

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