天山南、北坡河流出山径流对气候变化的敏感性分析——以开都河与乌鲁木齐河出山径流为例

选取开都河与乌鲁木齐河山区流域为研究区域,利用有关水文气象台站1960-2005年的观测资料,对研究区域的气温、降水与出山径流的变化特征及趋势进行了分析,并根据研究区域气候变化的特征与趋势及出山径流与山区降水、气温之间的关系,假定不同的气候情景组合,建立山区径流对气候变化的响应模型,以揭示天山南、北坡河流出山径流对气候变化的响应及其差异.结果表明,开都河与乌鲁木齐河山区径流与气温、降水量均呈正相关关系,受山区降水、气温持续增加和上升的影响,出山径流总体呈上升趋势,1990年代以后的升幅尤为显著;相对而言,乌鲁木齐河山区径流对降水变化更为敏感,而开都河出山径流对气温变化的敏感性略甚于气温.     

1958~2015年疏勒河上游出山径流变化及其气候因素分析

利用1958~2015年疏勒河出山口昌马堡水文站径流资料以及同期流域气象资料,揭示了疏勒河出山径流及其对流域气候变化的响应。结果表明：总体上,疏勒河出山径流量呈现增加趋势,特别是20世纪90年代后期以来,出山径流增加趋势更为明显,但近几年,疏勒河出山径流量缓慢回落,21世纪初暂时成为代际变化的拐点。研究亦显示,疏勒河出山径流对河源处高海拔山区气候变化的响应更为敏感,出山径流年际变化实际受到山区气候因素的共同影响,不同时段各因素影响强度具有一定差异;降水是出山径流变化的主控因素,但气温升高导致冰雪融化加快是近年来出山径流增长较快的重要原因。定量分析表明,20世纪90年代后期以来气温等对径流影响比重超过60%,而降水约为30%左右。     

天山山区典型内陆河流域径流组分特征分析

通过对天山南北坡的两个典型流域降水、地下水、河流、融冰雪水δD和δ¹⁸O及水化学检测,基于同位素径流分割模型定量分析了年内径流组分特征。结果表明：（1）两条河流的径流组成中地下水为构成径流的主要成分,其次是冰川融水,融雪水及降水,但南北坡径流组分表现出较明显的差异,乌鲁木齐河流域中冰川融水的比重要大于黄水沟流域,对气候变化响应明显。（2）两条河流在不同季节径流组分也表现出较大差异,春季径流组分差异最为明显。     

基于SWAT模型的乌鲁木齐河流域径流模拟

为了更好地研究西北干旱区高山河流对气候变化的响应,在新疆乌鲁木齐河上游汇水区构建SWAT分布式水文模型,结合Sufi-2算法对模型进行参数率定、敏感性分析以及不确定性分析,对乌鲁木齐河英雄桥水文站以上2000-2011年日径流进行模拟。结果表明:(1)河岸调蓄的基流α因子、土壤饱和导水率、地下水的时间延迟、气温降水垂直变率以及相关融雪参数比较敏感。(2)模型模拟结果与观测流量过程线拟合程度较好,日值模拟结果Ens>0.75,PBIAS介于±25%,R²达到0.8以上。(3)较高的P-factor及较低的R-factor显示模型不确定性较小。总体来说,SWAT模型在乌鲁木齐河上游区的适用性比较理想。     

河西内陆干旱区出山径流特征与变化趋势

一般情况下，水资源的变化主要受气候变化和人类活动的影响，但在位于我国西北内陆干旱地区的中高山地带，径流的形成主要受前者的影响。甘肃省的河西内陆干旱区是该省重要的工农业生产和经济开发区，这里各项社会和经济活动与出山径流的变化都有着十分密切的关系。因此，笔者根据有关水文气象台站的降水、气温和径流观测资料，分析了以黑河、昌马河、西营河等主要河流为代表的河酉内陆区出山径流的变化特征与规律。结果表明，河西内陆区出山口径流的季节变化主要受地理位置和河流补给来源的影响，而年际变幅则受山区降水量年际变化及变幅的影响十分明显。目前，梨园河以西河流水量处于上升阶段，梨园河以东的河流则处于下降的阶段；以黑河干流莺落峡水文站年径流为代表的走廊中部地区的出山口径流正处于1990年开始的枯水段的上升段。但总体而言，河西内陆干旱区出山口径流的变化相对比较稳定。预计今后若干年内，河西内陆干旱区东段河流出山口径流的变化以偏枯为主，中段、西段河流出山口径流的变化以平水或平水偏丰为主。     

ENSO循环对中国西部祁连山区气温、降水和出山径流的影响

 根据有关水文气象台、站的观测资料,分析了El Nino事件与祁连山区气温、降水的对应关系,研究了祁连山区出山径流对EI Nino现象的响应。结果表明, EI Nino现象对祁连山区的气温、降水和径流的影响随着发生时间和地段的不同而不同。EI Nino 事件发生之年, 整个祁连山区均出现气温偏高、降水减少及径流偏枯的现象,尤以东段和中段最为明显。El Nino事件次年, 祁连山区东段和中段气温偏高、降水减少及径流偏枯的程度不如El Nino事件当年那样显著,而西段的气温、降水及径流与El Nino事件则无明显关系。     

气候变化对高寒山区流域径流量的模拟及预测

柴达木盆地气候干旱、水资源缺乏、生态脆弱,盆地周围的高寒山区是其重要的水资源形成区。关注柴达木盆地高寒山区流域未来气候变化及相应径流变化具有重要意义,然而相关研究较少。本研究选取柴达木盆地东北部典型高寒山区流域—巴音河上游祁连山区,采用局部缩放法和方差缩放法,基于实测降水、温度数据对CMIP6下BCC-CSM2-MR模式SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP5-8.5 3种气候情景未来气候变化数据进行校准,将校准后的气候数据与SWAT模型耦合,模拟及预测历史及未来时期气候变化对巴音河出山径流的影响。结果表明,SWAT模型对巴音河出山径流的模拟效果满足评价标准,其适用性较好;巴音河上游祁连山区在3种气候情景下,2015—2100年降水量、最高温度、最低温度、出山径流量均增加,暖湿化趋势较为明显;3种情景下,2015—2100年巴音河流域地表径流将呈现先增加后减少的趋势。侧向流、地下径流、总产水量、融雪量将呈现增加趋势。研究结果可为柴达木盆地水资源管理和可持续发展提供科学依据和理论支撑。     

近50年来新疆天山山区水循环要素的变化特征与趋势

天山山区由于其特殊的地理位置与高海拔,成为新疆地表径流的主要产流区域。近几十年来,全球平均气温的持续上升对该区域气温、降水、径流等水循环要素产生重要的影响。根据天山南北坡有关水文气象台站的观测资料,系统地分析了该区域1960年代以来各水循环要素的变化特征与趋势。结果表明,受全球变暖的影响,1980年以来整个天山地区气温和降水均呈明显的上升趋势,其中10 a气温的升幅更为显著;对于降水而言,天山南坡降水增幅大于北坡,而南坡的西段是近10 a降水增幅最大的区域。受气温上升与降水增加的影响,天山地区出山径流总体上呈增加的趋势,其中,近10 a天山南坡中西段河流出山径流量增幅最为显著,平均增幅在30%以上。     

博斯腾湖流域山区地表径流对近期气候变化的响应

近年来,在全球和区域气候变化影响下,新疆博斯腾湖主要产流区开都河出山径流呈现异常波动,引起气候变化研究的关注.鉴于产流区复杂地形和径流补给特征以及传统观测资料的不足,借助雷达、微波及可见光等多源遥感数据从山区降水、积雪和冰川等方面与出山径流变化关系进行比较来揭示径流突变原因.结果表明,产流区平均径流深与降水量关系的转变是引起出山径流异常波动直接原因;进一步的冰川变化分析显示,径流深的波动主要由冰川融水径流变化引起:20世纪80年代中期后的温度上升加速了山顶冰川消融,导致1987～2002年的径流增加和湖泊水位升高;1984～2000年间,流域山顶冰川面积消退近40%,随着分布在较低海拔,对温度升高最敏感的中小冰川的消失,冰雪消融带来的径流增加效应开始减弱;2002年后,在流域气温、降水等变化并不显著的情况下,出山径流量却急剧降低,反映了特定冰川分布条件地区在气候变暖中融水径流先升后降的现象.     

近50 a来乌鲁木齐河源区径流变化及其机理研究

 乌鲁木齐河源区径流是供给中下游地区和乌鲁木齐市的重要水源。通过对河源区3个水文断面（1号冰川、空冰斗和总控）有观测记录以来的径流变化研究,一方面提供径流观测的最新资料,使人们对乌鲁木齐河源区径流近期变化有新的认识;另一方面通过对气候、冰川变化的综合分析,揭示乌鲁木齐河源区径流近50 a变化事实和可能的原因。结果表明：河源区3个水文断面径流自有观测记录以来整体上呈增加趋势,其中总控水文断面径流虽有增加,但不显著。影响3个水文断面径流变化的因素不同,1号冰川水文断面径流变化受控于冰川区热量条件,当消融期气温大于2 ℃时,径流呈加速增长。1号冰川径流不仅包含了冰川对气候变化的瞬时响应,也包含了冰川对气候变化的滞后响应,由冰川物质平衡和面积计算的冰川体积损失量变化较好地验证了径流变化。对于空冰斗融雪径流,降水量多寡是导致径流变化的主导因素,但冰斗区固态降水多,气温亦起着不可忽视的作用。总控水文断面径流大小与气温和降水关系比较复杂,表现为近年来气温和降水增加,径流却有下降趋势,这可能与河源区实际蒸散增强、冰川快速退缩导致径流峰值已经出现、大范围冻土消融导致的地下渗漏量增多等原因有关。     

Sensitivity of mountain runoff to climate change for Urumqi and Kaidu rivers originating from the Tianshan Mountains

The mountain watersheds of Kaidu River and Urumqi River, which separately originate from the south and north-side of the Tianshan Mountains in Xinjiang, are selected as the study area. The characteristics and trends on variation of temperature, precipitation and runoff, and the correlativity between temperature, precipitation, and runoff were analyzed based on the past 40 years of observational data from the correlative hydrological and weather stations in the study areas. Various weather scene combinations are assumed and the response models of runoff to climate change are established in order to evaluate the sensitivity of runoff to climate change in the study areas based on the foregoing analysis. Results show that all variations of temperature, precipitation, and runoff overall present an oscillating and increasing trend since the 1960s and this increase are quite evident after 1990. There is a markedly positive correlation between mountain runoff, temperature, and precipitation while there are obvious regional differences of responding degree to precipitation and temperature between mountain runoff of Urumqi River and Kaidu River Basins. Also, mountain runoff of Urumqi River Basin is more sensitive to precipitation change than that of Kaidu River Basin, and mountain runoff of Kaidu River Basin is more sensitive to temperature change than that of Urumqi River Basin.     

黑河流量对祁连山气候年代际变化的响应

利用祁连山区8个气象站自建站至2003年观测的月降水、气温资料, 在分析各站气候要素互相关的基础上, 建立了代表祁连山整体气候变化的1944-2003年历年各月、季降水距平百分率和气温距平序列, 以及黑河上游莺落峡水文站观测的径流量, 分析了黑河流量与祁连山区降水、气温的年代际变化。结果表明: 祁连山气候演变存在非常明显的年际和年代际变化。自1970年代以来, 除夏季降水量呈上升趋势外, 秋、冬、春三季均表现出明显的变干, 尤其是秋、冬两季。本世纪初降水量又有增加趋势。比较过去60a气温变化, 1940年代最暖, 1960年代最冷。自1980年代以来, 祁连山区气候明显变暖, 各季气温显著升高, 尤以冬季升温最快, 目前已超过1940年代的暖期。1980年代的流量是过去60a中最大的10a, 1990年代有所减小。1990年代后期流量明显增加, 目前除春季外, 夏、秋、冬季已转入上升趋势。     

气候和人类活动对黄河中游区间产流量变化的贡献率

黄河中游产流量在过去几十年发生了明显减小的变化趋势,鉴于迄今有关气候及人类活动对该区产流量减小的影响比重仍存争议,本研究利用累积距平方法分析了研究区近60年来的产流量变化趋势,识别出1971年和1985年两个拐点年份,利用累积量斜率变化率分析方法(SCRCQ)估算了降水量和人类活动在产流量变化中的贡献率。与基准时期1950-1970年(T_A)相比,在不考虑蒸散量影响的情况下,降水量和人类活动对黄河中游区间产流量变化的贡献率在1971-1985年(T_B)分别为25.94%和74.06%,在1986-2009年(T_C)分别为25.13%和74.87%;如果考虑蒸散量的影响,则人类活动的贡献率在T_B和T_C时期分别增大到91.74%和93.41%。显然,人类活动是该区间地表产流量减小的最重要影响因素。人类活动对黄河中游区间产流量变化的主要影响方式是拦蓄滞留,这些拦蓄滞留的水量大多数最终通过蒸散作用而从地表径流循环进入大气循环,即人类活动改变了部分水循环的途径。     

The response of annual runoff to the height change of the summertime 0℃ level over Xinjiang

According to climate features and river runoff conditions, Xinjiang could be divided into three research areas: The Altay-Tacheng region, the Tianshan Mountain region and the northern slope of the Kunlun Mountains. Utilizing daily observations from 12 sounding stations and the annual runoff dataset from 34 hydrographical stations in Xinjiang for the period 1960–2002, the variance of the summertime 0℃ level height and the changing trends of river runoff are analyzed both qualitatively and quantitatively, through trend contrast of curves processed by a 5-point smoothing procedure and linear correlation. The variance of the summertime 0℃ level height in Xinjiang correlates well with that of the annual river runoff, especially since the early 1990s, but it differs from region to region, with both the average height of the 0℃ level and runoff quantity significantly increasing over time in the Altay- Tacheng and Tianshan Mountain regions but decreasing on the northern slope of the Kunlun Mountains. The correlation holds for the whole of Xinjiang as well as the three individual regions, with a 0.01 significance level. This indicates that in recent years, climate change in Xinjiang has affected not only the surface layer but also the upper levels of the atmosphere, and this raising and lowering of the summertime 0℃ level has a direct impact on the warming and wetting process in Xinjiang and the amount of river runoff. Warming due to climate change increases the height of the 0℃ level, but also speeds up, ice-snow melting in mountain regions, which in turn increases river runoff, leading to a season of plentiful water instead of the more normal low flow period.     

新疆河流年径流量对夏季0C层高度变化的响应

According to climate features and river runoff conditions, Xinjiang could be divided into three research areas: The Altay-Tacheng region, the Tianshan Mountain region and the northern slope of the Kunlun Mountains. Utilizing daily observations from 12 sounding stations and the annual runoff dataset from 34 hydrographical stations in Xinjiang for the period 1960-2002, the variance of the summertime 0℃ level height and the changing trends of river runoff are analyzed both qualitatively and quantitatively, through trend contrast of curves processed by a 5-point smoothing procedure and linear correlation. The variance of the summertime 0℃ level height in Xinjiang correlates well with that of the annual river runoff,especially since the early 1990s, but it differs from region to region, with both the average height of the 0℃ level and runoff quantity significantly increasing over time in the Altay-Tacheng and Tianshan Mountain regions but decreasing on the northern slope of the Kunlun Mountains. The correlation holds for the whole of Xinjiang as well as the three individual regions, with a 0.01 significance level. This indicates that in recent years, climate change in Xinjiang has affected not only the surface layer but also the upper levels of the atmosphere, and this raising and lowering of the summertime 0℃ level has a direct impact on the warming and wetting process in Xinjiang and the amount of river runoff. Warming due to climate change increases the height of the 0℃ level, but also speeds up, ice-snow melting in mountain regions, which in turn increases river runoff, leading to a season of plentiful water instead of the more normal low flow period.     

气候转暖及人类活动对北疆中小河流降水-径流关系的影响

利用近40 a来的水文气象资料,分析北疆20世纪80~90年代气候转暖及人类活动对北疆不同地区的中小河流降水-径流关系的影响,主要结论如下:①北疆西部的哈拉依灭勒河、卡琅古尔河,在1980年以后气候转暖的背景下,它们的自然降水-径流关系并无明显改变。②北部额尔齐斯河流域东部产流区平均高程较高的大青河,在90年代气候显著转暖的背景下,其自然降水-径流关系并无明显改变;而位于大青河东侧、流域平均高程较低、山区流域降水量较小的小青河,在90年代气候明显转暖的背景下,其自然降水径流关系发生了变化,所形成的自然地表径流量明显减少。③天山中部北坡的乌鲁木齐河,在80~90年代气候转暖的背景下,其自然降水-径流关系发生了变化,产流量明显偏多。④天山东部北坡的开垦河,在80~90年代气候转暖及人类活动影响的背景下,其自然降水-径流关系发生了变化,产流量减少。⑤乌鲁木齐近郊低山丘陵区的水磨河,在近40 a来的增温及人类活动影响的背景下,其自然降水-径流关系发生了变化,尽管乌鲁木齐年降水量有增加趋势,而其径流却是减少的。     

气候变化对不同气候区流域年径流影响的识别

气候变化对流域径流的影响显著,但不同流域径流对各气候因子敏感性不同,具有明显的空间分异性。本文以位于半湿润、湿润地区的松花江、子牙河以及西苕溪流域为例,基于Budyko 水热平衡经验模型,采用归因分析方法分离了气象要素趋势性变化对年径流和潜在蒸发变化率的贡献与差异性。结果表明:1960-2008年,在上述3个流域中,降水趋势性变化对年径流变化的贡献比潜在蒸发大。松花江和子牙河流域各气象要素趋势性变化对潜在蒸发变化率的贡献排序为:温度>风速>水汽压>日照时数,而西苕溪流域为:温度>日照时数>风速>水汽压。在气候要素共同作用下,松花江和子牙河流域平均年径流分别以0.48和1.51 mm a^-2的速率减少,而西苕溪流域年径流则以1.42 mm a^-2的速率增加。所得结果加深了气候变化对径流影响机制和程度的认识,可作为流域水资源适应性管理的科学依据。     

气候变化和人类活动对汾河流域径流情势影响分析

在人类活动和气候变化的影响下,汾河入黄径流量锐减,加剧了山西省水资源短缺的现状,并引起生态环境的恶化,同时入黄径流量的减少致使黄河干流流量的减少,加剧了黄河中下游的水资源短缺。以汾河流域为研究区,采用水文变异诊断系统分析了汾河流域入黄控制站河津站1956-2012年的径流情势的变化情况,入黄径流有显著下降的趋势,并且在1971年左右发生了突变减少。然后采用多元分析方法,分析造成径流突变减少的影响因子,其径流受到降水量、潜在蒸散发量和人类活动引起的流域属性改变的影响。随后采用Budyko公式分析其敏感性,在相对较长的时间尺度上,气候变化对径流的影响比人类活动更加敏感。最后采用累计斜率法分析上述参数对径流的影响比率,得到径流量受降水量、潜在蒸散发量和流域属性的影响比率分别为16.29%、-4.86%和88.57%。