新疆天山北坡河川径流对气候变化的响应研究——以头屯河为例

以天山北坡头屯河为例,结合近50年的径流和相应气象站的降水、温度等资料,运用Mann-Kendall非参数检验的方法对头屯河径流变化的时间序列进行了检验分析.结果表明:在过去的50年里,头屯河的年径流量呈单调下降趋势,20世纪90年代与50年代和60年代相比,分别减少了0.004×108 m3和0.072×108 m3;降水没有单调变化趋势,而年平均温度则表现出持续升高趋势,与1950's相比平均升高了1.12℃.对头屯河径流、降水和温度时间序列的逐月资料变化趋势检验分析发现,头屯河8～10月的流量呈较为明显下降趋势,降水变化在此期间也呈减少趋势.由此得出结论:头屯河流域降水季节变化趋势,尤其夏季降水减少趋势以及温度的明显增加,可能是造成径流减少的主要原因.     

全球气候变化对新疆塔里木河流域水资源的可能性影响

结合77个气象站近50年的水文气象资料, 探讨了全球气候变化与塔里木河流域水资源变化间的相互关系. 通过参数和非参数检验, 发现了包括温度、降水和流量在内的水文时间序列的长期趋势. 检验了厄尔尼诺-南方涛动与3种时间序列间的可能联系. 研究结果表明, 在过去50年里, 温度在5%的置信水平下呈单调上升趋势, 降水也表现出了增加的趋势. 相应的时间序列在1986年附近有一个明显的跳跃, 这可能是气候变化影响的结果. 塔里木河源流区的径流量虽然呈现出明显的增加趋势, 但干流的径流量呈下降趋势. 研究结果表明, 厄尔尼诺-南方涛动与研究区内近50年的温度、降水、径流间不存在明显的联系. 塔里木河干流的水量缩减、河流干涸和生态系统恶化主要是人类活动造成的.     

黄河与长江流域水资源变化原因

利用1951～2008年黄河与长江流域逐月降水和径流资料,对流域年径流变化进行趋势性检验,分析年降水量和径流量的相关关系变化,比较不同时段流域降水和径流的变化趋势和双累积曲线,以及径流对降水的敏感性变化.结果表明,黄河干流上游年降水量微弱下降,中下游降水减少趋势显著,为8.8～9.8mm/10a;而全流域径流量均呈现显著递减的趋势,为7.8～10.8mm/10a(通过95%置值度检验);径流系数也明显下降,下降范围为0.013～0.019/10a,流域产流能力下降,径流减少趋势在20世纪80年代末至90年代初发生突变.长江流域大部降水减少趋势显著,为18.2～24.7mm/10a;上游(寸滩站,宜昌站)径流减少趋势显著,为9.9～7.2mm/10a,中游(汉口站)和下游(大通站)径流呈微弱下降趋势,为2.9～2.1mm/10a;长江流域上游径流系数增加不显著,中下游径流系数呈显著增加趋势,速率分别0.005/10a和0.005/10a,表明中下游产流能力增强.根据水文参数公式计算,与1951～1969年相比,1970～2008年,降水减少和人类活动引起的下垫面变化对黄河流域径流减少量的贡献率分别为11%和83%;在长江流域,降水减少对径流量变化的贡献占29%,人类活动引起的径流量增加占71%.1980～2008年,黄河流域由于下垫面变化造成径流量减少的比例在兰州、三门峡、花园口、利津分别为97%,83%,83%和91%,降水引起的径流量减少比例分别为3%,17%,17%和9%.长江流域降水减少对寸滩、宜昌、汉口、大通径流量减少的贡献分别为89%,74%,43%和35%,下垫面变化对径流增量的贡献分别为11%,26%,57%和65%.人类活动的作用强度逐年增大,2000年之后,下垫面变化对黄河、长江流域径流变化量的贡献率上升到84%和73%.下垫面变化引起了黄河下游径流减少和长江下游径流增加,在干旱区和湿润区对径流变化的作用相反.造成这一现象的原因是:黄河流域人类的活动用水量的增加直接造成径流减少;长江流域因太阳辐射下降引起实际蒸发量下降,同时湖泊面积减少,下垫面硬化也在一定程度上造成产流能力增加.     

长江流域降水径流的年代际变化分析

应用1951-2001年长江流域年、季降水量资料、1885-2001年梅雨量资料以及一百多年以来长江重要控制站宜昌、汉口、大通年径流量资料,对长江流域降水径流的年代际变化、气候转折以及降水径流的变化趋势进行了分析研究.反映出长江流域夏季降水将有更加集中的趋势,即降水时间更集中、强度趋向于更大,对防洪不利.据趋势预测,宜昌、汉口径流量有减少的趋势,大通径流量有增加的趋势.     

1961～2006年塔里木河流域冰川融水变化及其对径流的影响

以国家气象台站的月降水与月气温资料为驱动数据、90m分辨率的数字高程模型(DEM)和第一次冰川编目的冰川分布矢量数据为基础,利用月尺度的度日模型重建了塔里木河流域各水系冰川物质平衡、融水径流序列,并应用冰川物质平衡、融水径流和平衡线高度等资料对模型进行了对比验证,表明模拟结果具有较高的可信度.对冰川物质平衡和融水径流的特征、变化趋势以及其对河流径流的贡献进行的分析表明,塔里木河流域1961～2006年平均冰川物质平衡为?139.2mm·a?1,46a冰川物质一直在加剧亏损,同期升温对冰川的影响超过降水增加的影响.塔里木河冰川融水径流的年际变化主要受控于流域内冰川的物质平衡波动,46a冰川融水径流的持续增加主要是由温度升高引起的.1961～2006年整个塔里木河流域年平均冰川融水径流量为144.16×108m3,冰川融水对河流径流的平均补给率为41.5%,并且与多年平均值相比冰川融水对河流径流的贡献在1990年之后明显增大.塔里木河流域出山径流年际变化与冰川融水径流年际变化过程基本一致,总体上呈上升趋势,并且河流径流量的增加约3/4以上源于冰川退缩的贡献.     

黄河径流量的历史演变规律及成因

基于黄河上、中和下游的径流及气候资料，对径流的年代际变化规律及与气候变化的关系进行了分析.结果表明：黄河流域的径流均存在显著的年代际变化趋势，径流的显著特征是从20世纪80年代开始的减少趋势，但并未达到历史的最低，径流减少的趋势在下游比上游更显著，而这种变化趋势与流域的气候变化趋势基本一致，说明在年代际尺度上，径流的变化主要受气候的控制；在不同季节，这种关系有明显差异，如在冬季两者的变化趋势有较大差异.分析还发现，近年来流域地表的干化是流域径流减少的原因，气温的升高更加剧了流域地表干化.     

青海湖水量平衡分析与水资源优化配置研究

在充分收集有关资料的基础上研究青海湖1959-2000年间降水径流蒸发湖泊水位地下水补给量的动态变化建立水量平衡分析方程.青海湖水位在波动中持续下降42年来年平均水位累计下降了 3.32 m平均每年下降了0.079 m近年来下降的幅度减小. 同时青海湖储水量不断减少而湖区降水呈增加的趋势河川径流量地下水的入湖补给量 蒸发量呈现下降的趋势. 根据青海湖水平衡分析计算结果预测2010年青海湖流域耗水量将达1.27108m3为维护生态平衡和社会经济持续发展需要跨流域调水量引大济湖4.1108m3.     

长江流域近50年降水变化及其对干流洪水的影响

根据我国长江流域气象观测站近42年的资料,分析了整个流域年和季节平均面雨量、暴雨日数和暴雨量的变化特征,以及降水对流域径流和洪水的影响.长江流域年和夏季平均面雨量存在明显的年际和年代变化特征,也表现出比较显著的趋势变化特点.大部分测站年平均面雨量呈增加趋势,夏季和冬季平均面雨量的增加趋势尤其明显;秋季平均面雨量呈显著下降趋势.同时,年和夏季暴雨日数和暴雨量也在较大范围内呈显著增加趋势.长江流域的降水对干流平均流量具有重要影响.1973年、1983年和1998年的洪水主要是由明显高于平均的流域面雨量引起的;长江下游平均流量变化趋势也同流域年平均面雨量、夏季平均面雨量变化趋势基本一致,特别是70年代末以来,下游平均流量和流域面雨量的上升趋势更加明显,并同时在1998年达到最高值.长江流域大的丰水年一般对应El Nino年或El Nino次年,表明E1 Nino对长江较大洪水可能具有一定影响.     

现代青藏高原气候变化的几个特征

收集了1951~1998年青藏高原及其邻近地区217个地面测站的逐月气温, 最高、最低气温以及降水等要素的观测值, 探讨现代青藏高原的气候变化特征. 结果表明: (1) 青藏高原自20世纪50年代变冷至60年代, 之后又开始变暖直至90年代. 始于1935年的拉萨资料表明此站以40年代气温为最暖, 之后变冷到60年代, 60年代以后又开始增暖直到90年代, 拉萨90年代仍未达到40年代暖期气温. (2) 20世纪60年代以来青藏高原东侧和东南侧在3000 m以下存在一个变冷带, 85°~95°E间自南到北存在一个强变暖带. 变冷带和变暖带之间十分不连续, 存在着正、负交替的变化, 因而增暖不是随高度呈线性增加的. (3) 20世纪60年代以来, 高原自西南向东北以及3000 m以下东南地区存在一个降水减少带, 高原中心地区及3000 m以上西部为变暖而降水减少, 北部及南部为变暖而降水增加, 3000 m以下东南地区为变冷而降水减少.     

中国日极端降水和趋势

利用中国2000多站50年以上的日降水资料,提取各站6个极端降水指数,即历年最大值(top-1)、历年10个最大值(top-10)累积量、历年总降水量、历年夏季top-1、历年夏季top-10累积量、历年夏季总降水量,分别形成各站各极端降水指数时间序列.统计了历年全国及6个子区域整个研究资料时段内出现top-1和top-10值的总站次,分别形成历年全国及6个子区域极端降水总站次时间序列.各极端降水指数时间序列的趋势分析表明,中国各站top-1和top-10累积量时间序列趋势分布存在较为一致的3个明显趋势区域,即中国东南正趋势区、西北正趋势区和华北负趋势区,但各时间序列的趋势分布区域特征和趋势幅度增减程度不尽相同;正负趋势明显地区的大多数站点趋势增(减)幅度比(趋势幅度与平均值的比值)达10~30%,部分站点达30%以上.top-1和top-10降水全国年总站次时间序列表明了一致的线性增加趋势,平均每十年分别增加2.4站和15站,但年际差别较大;极端降水年总站次表现为三段极端降水多发期,分别出现在20世纪60年代初、90年代中后期和21世纪初,6个区域极端降水年总站次趋势特征与全国年总站次不尽相同,极端降水全国年总站次出现较多的年份在区域上表现不一样.与降水有关的环流形势要素的时间序列趋势分析表明,华北及上游蒙古高原地区呈现明显的位势高度增加趋势,而低层从中国南部沿海地区到华北地区呈现一条南风风速减弱的趋势带和华北地区水汽含量减少的趋势区,这些趋势特征有利于华北地区极端降水的减少.经验回归水平分析表明,50年一遇重现水平从南部沿海的400~600mm减少到西北地区的50mm以下,相比20年一遇重现水平提升率平均达6.8%,但比降水最大值可小一倍以上.     

近40a来新疆地区冰雪径流对气候变暖的响应

分析了新疆地区 33条主要河流出山口水文站 5 0～ 80年代的径流资料和 84个气象台站气温和降水资料 ,以 1 980年为界 ,通过对比前后两时段的水文气象特征的变化结果 ,表明尽管 80年代以来 ,春季气温升高并不十分明显 ,但大多数河流春季径流却明显增加 ,平均增加约 1 0 % ;特别是山区融雪最盛的 5月份 ,径流增加最为显著 ,平均增加 2 0 % .与此相反 ,6月份径流普遍减少 ,平均减少约 5 % .从全年及整个夏季情况看 ,径流变化与流域冰川覆盖率没有直接的响应关系 ,但在冰川消融最强烈的 8月份 ,径流的变化与冰川覆盖率存在有明显的正相关关系 ,反映出气候变暖引起冰川径流增加的趋势     

鄱阳湖湖口、外洲、梅港三站水沙变化及趋势分析(1955-2001年)

对鄱阳湖流域三个主要控制站湖口、外洲和梅港多年(1955-2001年)水沙数据进行了统计分析,利用滑动平均法,Spearman秩次相关检验、线性回归检验方法对三个测站的水沙变化趋势进行了分析检验,结果表明,鄱阳湖泥沙出湖集中于长江大汛前的2-6月,在长江7-9月大汛期间,会出现长江泥沙倒灌鄱阳湖的情况．湖口站近期(1990-2001年)径流量和输沙量变幅都非常大,同上世纪80年代相比,年均径流量增加255．3×10~8 m~3．年均减少沙量0．29×10~8 t;外洲站近期的输沙量明显减少,沙量分别为70年代前、70年代、80年代的49．6%、48．7%和52．3%;梅港站径流量略微增加沙量无明显变化趋势．从入湖径流来看,赣江和信江占52．4%,入湖泥沙量占了76．0%以上．从赣江和信江水沙总体变化趋势来看,赣江径流量变化趋势不明显,而输沙量具有明显减少的趋势;信江径流量增加趋势明显,输沙量基本无明显趋势．鄱阳湖流域水沙变化主要受人类活动的影响．土地利用方式的改变和流域水利工程设施的修建极大地影响了流域水沙特征及其变化趋势．     

黄河流域气候与农业种植面积变化对径流的影响

根据黄河流域1960—2005年5个水文站逐日流量、77个气象站1959—2013年逐日降水数据,结合流域内主要农作物种植面积及大型水库资料,全面探讨气候与农业面积变化及人类活动对黄河流域径流变化的影响.研究表明:黄河流域所有流量分位数总体呈下降趋势,并于1980s中后期到1990s中期发生突变.降水变化是黄河流域径流变化的主要影响因素.在考虑不同流量分位数情况下,农作物种植面积变化对不同分位数径流变化的影响也有差异性.花园口站农作物种植面积变化对径流量量级和可变性均有显著影响;其余4站各项气候变化与农作物种植指标参数较大,虽均未达到10%的显著性水平,但仍会对径流的量级变化产生影响.对唐乃亥站,农作物耕作面积的下降减少了灌溉用水,在0.5流量分位数时有高达60%增加径流量的间接作用.对于头道拐站,农作物耕作面积的增加使得流域总蒸发量增加,灌溉用水增加,在0.3流量分位数时有高达40%减少径流量的间接作用.该研究为气候变化与人类活动影响下黄河流域水资源优化配置提供重要理论依据.     

1990s长江下游干流径流量演变趋势

利用M-K相关分析方法和大通站1950-2000年逐月径流资料,研究了长江下游干流径流的趋势变化.研究结果表明:1950s以来长江下游径流量呈增加趋势,1990s平均径流量(30415.3 m³/s)比所有其他年代平均径流都大,为近50a以来的最大值;就季节和月份而言,秋季径流明显减少;夏、冬两季径流量,增加的趋势明显,尤以冬季枯水季节径流增加最为突出.洪水、枯水季节径流增加明显,但以枯水季节径流增加占优势.冬季枯水径流的增加,可能在一定程度上能够缓解长江口生态环境的巨大压力.1990s径流量的增加与全球变暖、水循环加快、长江流域降水量增加密切相关.     

MM5V3模式对IPCCA1B情景下中国地区极端事件的模拟和预估

利用MM5V3区域气候模式单向嵌套ECHAM5全球环流模式,对中国地区1978-2000年及IPCC A1B情景下2038-2070年气候分别进行了水平分辨率为50 km的模拟试验.文章首先检验了模式模拟的当代极端气候结果,在此基础上对6个极端温度指数和6个极端降水指数的未来变化进行了预估.检验结果表明:MM5V3模式对中国地区当代日最高、最低温度及强降水(大雨和暴雨)日数的空间分布和概率特征均具有一定的模拟能力,但模拟的日最高温度在大部分地区偏低,日最低温度在南方地区偏低、西北地区偏高.概率统计结果显示日最高温度向低值频段偏移,日最低温度在0℃的峰值附近明显偏高.模式对大雨和暴雨年平均日数的模拟在东部地区偏多,概率统计结果则为一致偏大.未来中国地区极端气候预估结果表明:极端高温、极端低温和相对高温在全国范围内都将升高,且线性趋势均为上升;霜日日数则为减少,并具有下降趋势;暖日日数和相对低温在青藏高原和新疆部分地区有所减少、其它地区均为增加,且线性趋势暖日日数为上升,相对低温不明显.极端降水指数的变化具有区域特征,其中单日最大降水、连续五日最大降水、最长无雨期、强降水日数、简单降水强度和极端降水总量均在江淮、华南及西南地区有所增多,而在东北及内蒙古地区有所减少,未来中国南方地区降水的极端化趋势将更加显著.极端降水指数的线性趋势除最长无雨期外其它均为上升.     

淮河流域径流过程变化时空特征及成因

径流变化特征及成因研究对于农业灌溉、流域水资源配置与管理等具有重要理论与现实意义,而淮河流域是我国重要农业区,因而淮河流域径流过程特征及机理研究更突显其重要性.利用非参数Mann-Kendall趋势检验和小波转换等方法系统分析了淮河中上游息县、王家坝和蒋家集等9个水文站点径流资料,分析淮河流域中上游径流年内分配、年际变化、径流趋势、突变特征及周期变化等径流过程变化特征,并探讨了径流变化特征的成因.研究发现:(1)淮河中上游径流量主要集中于5-9月,约占年径流总量的70.37%,变差系数介于0.16~0.85之间,径流年际极值比则介于1.7~23.9之间,径流年际变化剧烈;(2)淮河中上游径流量整体呈下降趋势,尤其是4-5月径流下降趋势显著,季节变化不明显;(3)各站点年径流量在2000s呈显著周期变化,班台、王家坝、鲁台子和蚌埠站在该尺度上存在2.0~3.4 a尺度的小周期,息县、潢川和蒋家集站处于高能区.季节和汛期与非汛期的显著周期集中出现在1960s、1980s和2000s,1960s周期主要为2~8a.(4)潢川站年径流量对气候因子的响应最为明显,其对混合ENSO指数和太平洋中高纬年代际振荡指数(PDO)的响应分别通过了95%和99%的显著性检验.PDO对各站点月径流的直接影响最为显著,且主要集中在6月份,多呈显著负相关关系,以班台站最为显著,分别在1、4和6月通过了95%的显著性检验.南方涛动指数、北大西洋涛动指数和Nino3.4区海表温度距平指数(Nino3.4)对研究区月径流量的响应存在显著滞后性,Nino3.4对研究区月径流量滞后期的影响主要发生在潢川和蒋家集站,而北极涛动指数和PDO指数无滞后性响应.     

1990s长江流域降水趋势分析

依据国家气象局提供的实测月降水和日降水资料,运用Mann-Kendall(M-K)非参数检验法验证了降水趋势,并通过空间插补法,由点扩展到面,分析了1990s长江流域降水变化特征,发现1990s长江流域降水变化以降水在时间和空间分布上的集中度的增加为主要特点:时间上,年降水的增加趋势以冬季1月和夏季6月降水的集中增加为主;一日降水量大于等于50mm的暴雨日数和暴雨量在1990s也有了较明显的增加.空间上,年降水、夏季降水、冬季降水的增加都以中下游区的增加为主,尤其以鄱阳湖水系、洞庭湖水系的降水增加为主.1990s长江流域春季和秋季降水的减少以5月和9月两个汛期月份的降水减少为主,除金沙江水系和洞庭湖水系等少数地区外,流域大部分地区降水呈减少趋势.上述1990s出现的降水趋势明显与近年来全球变暖背景下长江流域各地区不同的温度及水循环变异有关.     

变化环境下近60年西江流域径流时空演变特征

气候变化叠加人类活动的双重影响下,西江流域的河川径流发生了不同程度的改变,重新认识和掌握变化环境下的径流时空演变规律对流域的科学管理具有重要意义。基于西江流域干支流7个控制性水文站近60年的日径流资料,综合极点对称模态分解法(ESMD)、Mann-Kendall检验、R/S分析、小波分析等方法,从年代、年、季和年内多个时间尺度对径流的时空演变特征进行分析,研究结果表明:年代尺度下,西江流域径流丰枯交替、变化悬殊,1970s与1990s径流丰沛,2010s径流偏枯,降雨影响着径流的丰枯变化,流域上、中游更易发生干旱与洪涝灾害;春、夏、秋、冬季径流振荡周期依次为2～7、15～20、28～29 a,3～5、7～10、20 a,2～3、6～8、12～15 a和3～8、12～15、20 a,均呈现年际与年代的双重周期特征,IMF1的年际振荡在径流变化中占主导地位;受降雨与水库调蓄作用的影响,年、夏、秋季径流呈下降趋势,预测下降变化具有持续性,春、冬季径流整体呈上升趋势。空间内上游的变化趋势更显著;年和季尺度径流在1980年后突变增多,尤其集中于2000—2010年间,人类活动与气候变化是造成西江...     

过去50年中国西部气候和径流变化的区域差异

通过对过去50年中国西部降水和主要河流径流变化的对比分析, 研究降水和径流的区域变化差异, 结果表明, 黄河上游径流和降水与新疆北部和青藏高原南部雅鲁藏布江流域径流、降水呈显著的反相关关系. 中国西部降水变化大体上以青藏高原唐古拉山和天山为界, 表现出南北一致, 中部(西部的喀喇昆仑山除外)相反, 即从南到北呈现出干-湿-干或湿-干-湿的区域变化差异; 在河流径流上表现为北部伊犁河流域和南部雅鲁藏布江流域径流变化的一致性, 而与黄河上游径流变化呈反位相变化; 同时, 新疆和黄河径流的反位相变化表现在年代际上, 而黄河和雅鲁藏布江径流变化表现在年际变化上. 黄河上游径流的变化与西北太平洋季风指数的变化比较一致, 这表明黄河上游径流变化受到较强的东亚季风的影响; 新疆总径流分别与西北太平洋季风指数和西风指数存在显著的正负相关关系, 寻找不同地区径流变化异同对于认识和预测径流未来变化具有重要的指导意义.     

卫星遥感藏北积雪分布及影响因子分析

利用1993~2004年SSM/I被动微波辐射仪反演的雪深资料,1996~2004年NOAA/AVHRR可见光和红外反演的积雪覆盖面积资料,1966~2003年藏北地区6个地面台站的积雪观测资料来检验卫星资料的可用性,并研究近年来藏北积雪的时空分布和影响因素.结果表明,SSM/I, NOAA/AVHRR和实际观测的积雪资料具一致性.从积雪时间变化看：季节尺度上,藏北地区秋冬季积雪迅速增加,但春季(3~5月)融雪速度不快,呈现正反馈特征;年际尺度上,藏北地区20世纪60年代末期起积雪开始减少,80年代积雪增加,90年代起到2003年积雪总体上减少,呈现出减少—增加—减少趋势.采用小波分析发现积雪振荡周期存在着一个准2~3年,准9年和13年的周期,从20世纪70年代初到90年代中期还有一个5年的周期.积雪空间上看,藏北地区积雪主要集中在东部地区,该区每个冬春年积雪覆盖旬数超过15旬,显著高于西部少雪区,大部分积雪集中在4900~5600 m的高度左右;藏北高原积雪变动的显著区位于藏北中东部的安多和聂荣地区.利用藏北地区1966~2003年的地面温度和降水资料建立回归方程模拟年累积雪日,结果表明模拟值与实测值之间的相关系数达0.74.积雪时空分布受温度、降水等因子影响明显.1998~2003年藏北积雪的减少与全球变暖有关,但降水的减少可能是导致近年来藏北积雪减少的更主要因素.