祁连山地区降水、土壤水与河川径流关联分析

5.2.1　降水—空气湿度—河川径流年际变化特征分析

从表12可以看出，近18年以来，降水量、空气湿度和河川径流平均为374.06 mm、60.91％和166.73 mm，降水的44.57％形成了河川径流。年降水、年均空气湿度和年河川径流分别在307.43～440.69 mm、58.60％～63.22％和129.04～204.42 mm区间内变动。变化幅度由大到小依次为河川径流＞降水＞空气湿度。从图11分析，近18年以来，年降水和河川径流出现过2次高峰，两次低谷。降水和径流高峰同时发生在1998和2007年；降水和径流的低谷一次发生在同一年，一次发生在不同年份，分别是2004和2008年。降水和流域河川径流均呈波动性上升趋势（如图11），且二者上升率均为18 mm/10年左右。空气湿度也呈波动性上升趋势（如图11），上升率为1.2％/10年左右。总体来看，降水、空气湿度和河川径流在波动趋势上基本保持一致。

表12　祁连山大野口流域降水—空气湿度—河川径流年际变化特征

注：μ、σ、Cv分别表示平均值、标准差、变异系数。

图11　祁连山大野口流域降水—空气湿度—河川径流年际变化特征

5.2.2　降水—空气湿度—土壤水—河川径流年内变化特征分析

如图12所示，降水、空气湿度、土壤水、河川径流年内变化步调基本一致。1月份降水、空气湿度、土壤体积含水率、河川径流平均分别为0.0 mm、44.7％、6.0％、0.0 mm。随后均逐渐增加，直到7月份都达到最大，降水、空气湿度、土壤体积含水率、河川径流分别达到116.9 mm、66.61％、26.16％、52.73 mm；然后又递减，直到12月底，降水、空气湿度、土壤体积含水率、河川径流平均分别低至0.1 mm、40.34％、12.47％、1.41 mm。如表13、图12所示，各月降水和河川径流的标准差均最大，变异系数也最大。空气湿度和土壤体积含水率的标准差很接近，且较小，平均为8.39％左右。空气湿度和土壤体积含水率的变异系数也较小，分别为0.16、0.48。在森林高度范围内，距地面越高，空气湿度越大。这是由于不同层次的林冠对空气水汽向上蒸发有聚集功能。

图12　祁连山大野口流域降水—空气湿度—土壤水—河川径流年内变化特征

表13　祁连山大野口流域降水—空气湿度—土壤水—河川径流年内变化特征

5.2.3　降水—空气湿度—土壤水—河川径流相关性分析

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14可以看出，降水与空气湿度、土壤水分，空气湿度与土壤水分相关系数分别为0.74、0.72、0.64，均属于中度正相关；河川径流与空气湿度、土壤体积含水率相关系数分别为0.76、0.82，属于高度正相关或中度正相关。总体看来，降水、空气湿度、土壤水、河川径流的相互关系较紧密，均在中度正相关以上，因此，降水、空气湿度、土壤水、河川径流均可参与回归模型分析。

表14　祁连山大野口流域降水—空气湿度—土壤水—河川径流相关系数

5.2.4　降水—土壤水—河川径流回归模型分析(www.xing528.com)

（1）回归模型拟合分析

如表15所示，根据回归拟合因子的物理意义，降水、土壤水、河川径流模型复相关系数均在0.95左右，属显性相关，说明回归模型的拟合效果较理想；复测定系数表明模型可预测降水、土壤水、河川径流变差的95.2％、88.8％、97.6％。调整后复测定系数说明模型可预测降水、土壤水、河川径流量的93.4％、84.6％、96.7％。也就是说，通过模型预测的降水、土壤水、河川径流准确率可达93.4％、84.6％、96.7％。标准误差说明计算出的降水、土壤水、河川径流与实际监测值之间误差分别为9.812、3.118、3.388，此值越小，说明模型精度越高。

表15　祁连山大野口流域降水—空气湿度—土壤水—河川径流拟合系数

（2）回归模型方差分析

经方差分析，F值的物理意义是回归均方差MSr和剩余均方差MSe的比值，由于我们期望MSe越小，MSr越大越理想，所以，F值越大，说明模型对降水、土壤水、河川径流量的预测结果越理想。求得F检验值和F显著水平如表15所示，F显著水平P＜0.001，查得F0.001（3，8）的临界值Fa为15.829，F检验值远远大于临界值Fa，说明模型预测的降水、土壤水、河川径流量在a=0.001（P＜0.001）水平上极显著。

（3）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16，常数、降水、空气湿度、土壤水、河川径流相关系数对应的显著度（p）物理意义表示回归模型的常数或自变量系数变化的显著程度，其值越小，说明其显著水平越高。在降水回归模型中，对降水量变化指示性显著程度从大到小依次为河川径流＞土壤水＞空气湿度；在土壤水模型中，对土壤水分变化指示性或影响显著程度从大到小依次为河川径流＞土壤水＞空气湿度；在河川径流模型中，对河川径流影响显著度从大到小依次为降水＞土壤水＞空气湿度。从表16可见，查得t0.9（11）的临界值为0.129，其相对应的t检验值的绝对值均大于临界值，说明回归模型在a=0.9水平上偏相关系数显著。

表16　祁连山大野口流域降水—空气湿度—土壤水—河川径流拟合系数

续表

注：表中P2835、Wa、Sw、Rd分别代表着海拔2835 m处的降水、空气湿度、土壤平均体积含水率、河川径流。

综合上述R2拟合检验、F方差检验、t偏回归检验，可以得出祁连山大野口流域降水—土壤水—河川径流的回归模型分别为：

（1）（2）（3）式中，P2835（mm），Wa（％），Sw（％）、Rd（mm）分别代表着海拔2835 m处的降水量、空气湿度、土壤体积含水率、河川径流。