气候变暖对长江源径流变化的影响分析

在气候变暖背景下, 20世纪60年代以来, 长江源区气温年和四季增温显著, 蒸发量、 径流量总体呈增加趋势; 进入21世纪后, 源区降水量呈增加趋势。沱沱河作为长江源区的主要径流, 以此为代表研究长江源区气候变暖对径流的影响具有重要的现实意义。利用1981 - 2015年沱沱河水文站径流量资料、 沱沱河同期气象站降水量、 气温、 蒸发量的实测资料, 分析了长江源区沱沱河降水、 气温、 蒸发量变化对径流量的影响。结果显示： 在全球变暖背景下, 近35 a来沱沱河流域年及四季平均气温、 平均最高气温、 最低气温均呈显著增加趋势; 年及春、 夏、 秋季降水量增加而冬季降水量减少; 春、 冬季蒸发量呈增加趋势, 年及夏、 秋季蒸发量呈减少趋势。沱沱河流域降水量是影响径流量大小的最主要的气候因子, 夏季降水量的增多与夏季径流量的增多关系密切, 年平均最低气温升高导致的冰川和积雪融水对径流量的影响次之, 蒸发量对径流量的影响明显低于前两者。     

长江源沱沱河区45a来的气候变化特征

利用1959—2003年长江源区沱沱河气象站气温、降水、积雪等地面观测资料,对年代际的气候变化特征及其影响进行了分析.结果表明:该区域45 a来夏季增温比较明显.20世纪90年代四季平均气温、平均最高和平均最低气温比最冷的80(或60)年代偏高0.6~1.2℃;降水量(含积雪量)冬季呈增加的趋势,夏季呈减少的趋势,秋、春季降水量增加而积雪量减少;年大风日数80—90年代较60—70年代偏多.80年代是夏季温度升高、降水减少、大风日数增多的暖干气候背景,90年代以来继续加剧,并逐步扩展到春、秋季节,使得该区域的草场退化、冰川和冻土消融加快、湿地资源减少、生态环境恶化.     

青藏高原东南缘迪庆地区年季蒸发皿蒸发、降水和径流深分析

利用青藏高原东南边缘核心区迪庆地区3个站的蒸发皿蒸发、降水、径流深观测资料,分析了各要素年内、年际变化规律,检验了突变点,探讨了区域蒸发、降水、径流深相关关系。结果表明：（1）研究区蒸发量年内四季分布相对均衡,其次为径流深及降水量;径流深年际离散系数低,其次为降水量、蒸发量;径流深年内季节分布年际离散系数低,其次为蒸发量、降水量。（2）研究区年度蒸发量的增加主要因春季蒸发增加,年度降水量的减少主要因冬季降水量减少,年度径流深的增加主要因夏季、秋季、冬季径流深增加所致,夏季径流深增加主要因夏季蒸发减少,秋季径流深增加主要因秋季降水增加、蒸发减少、夏季径流增加、蒸发减少所致,冬季径流深增加主要因秋季径流增加所致。（3）研究区年度、春季蒸发量下降趋势显著,年度干旱、春旱风险呈降低趋势;降水量年内占比趋向于向夏季、秋季集中,径流深夏、秋季呈增加趋势,区域内洪涝灾害风险有增大趋势。2000年以来,区域内年度蒸发量出现较为明显增加趋势,年度降水量、年度径流出现明显减少趋势,该趋势与线性趋势出现背离,且年度和四季降水量、径流深在2014年左右均检测出变少突变信号,该现象可能对区域生态环境及水资源状况产生较大影响。     

长江源区1956-2000年径流量变化分析

利用Mann-Kendall趋势检验法对长江源区直门达水文站的资料进行分析,揭示长江源区年径流量在1956-2000年间呈微弱的减少趋势。结合流域气象资料分析,该时段流域内升温明显,最大可能蒸发量呈增加趋势,降水也呈微弱减少趋势。径流变化与降水变化基本一致,降雨-径流关系没有发生明显变化,表明1980-2000年降水量减少是该时段径流量减少的直接原因,温度升高有利于融冰融雪和降水形式的变化,但由于融冰融雪占径流补给的比率相对较小,该时段温度升高导致融冰融雪的增加不足以抵消降水量的减少对径流的影响。径流量季节变化分析,揭示长江源区春季径流呈增加的趋势,这可能与融雪过程提前以及融雪量增加有关。     

气候变化对乌鲁木齐河流域水资源的影响

分析了乌鲁木齐河流域近40 a来的气候变化及其气候要素与冰川融水、降水径流的关系.结果表明:高山冰川区融水径流的变化主要受气温变化影响,冰川区夏季6~8月累积气温每增加0.5℃,流域37.95 km2冰川产生的融水量将增加3.3514×106m3;近期气温再升高0.5℃,冰川融水年平均径流量将达到35×106m3.降水对中高山径流的影响较大,每增加20 mm降水量,降雨径流量增加8.9×106m3,40 a来其变化呈略增加趋势,年平均增加量为0.4095×106m3,与冰川融水增加量相当;降水与冰川融水径流量增加百分率相比,增加幅度较小.最后提出了减少污染,增加植被覆盖面积等应对气候变化对水资源影响的措施.     

新疆冰川、积雪对气候变化的响应(Ⅰ):水文效应

新疆是我国冰川、积雪资源最为丰富的地区,冰川和积雪融水在水资源构成中占有重要的地位,其对气候变化的响应使得河流水文过程发生明显的变化,对新疆干旱区的水资源利用和管理产生重大影响.新疆高山流域产流占地表径流的80%以上,其中冰川和积雪融水径流在总径流中的比例可达45%以上,积雪和冰川融水是河流的主要补给来源.在新疆北部的阿尔泰山和天山北坡河流主要以融雪径流补给为主,而在天山南坡、昆仑山、喀喇昆仑山和天山北坡的伊犁河流域的河流以冰川融水补给为主;以融雪径流为主要的河流主汛期在春季到夏初,而冰川融水补给的河流夏季是主汛期.随着新疆气候向暖湿转变,高山流域的水文过程对气候变暖和积雪增加产生明显的响应:以积雪为主补给的河流,水文过程对气候变暖的响应表现为最大径流前移,夏季径流减少明显;以冰川融水补给的河流,径流响应表现为6-9月汛期径流量明显增大,汛期洪水增多,年流量增加.由于不同补给类型河流的水文过程发生变化,其相应对下游的水资源供给和洪水安全管理产生了重大影响,在水资源管理方面需要适应气候变化对水文过程的调整,减缓气候变化对水资源安全的影响.     

1960-2005年南四湖流域气候变化趋势及其突变分析

利用1960-2005年南四湖流域22个气象台站逐月气温、降水量、 20 cm蒸发皿蒸发量资料, 分析了该流域近46 a来的气候变化趋势及其突变情况. 结果表明: 南四湖流域春季、冬季及年平均气温呈显著的上升趋势;四季及年降水量变化趋势不显著;四季及年蒸发皿蒸发量均呈显著的下降趋势, 且夏、春两季降幅大于秋、冬两季. 年平均气温在1985年发生了增温突变, 年降水量没有发生突变;年蒸发皿蒸发量在1969年和1985年发生年际突变. 利用单个环境因子的变化来解释蒸发皿蒸发量变化会产生偏颇.     

近40a来江河源区生态环境变化的气候特征分析

利用月气象资料,对过去40a江河源气候变化特征进行分析,并与全球、全国、青藏高原进行了比较.结果表明:江河源区气温具有增暖趋势,近40a两地年平均气温分别增加约0.8℃和0.7℃,为高原异常变暖区.黄河源区变暖的主要特征是最低气温变暖,日照时数增加;最低、最高气温的显著变暖,以及较黄河源区增加更长的日照时数是长江源区变暖的主要特征.长江源区冬季变暖的作用不是主要的,春季、夏季和秋季的变暖作用比冬季还要大;黄河源区的变暖也并不主要是冬季变暖造成的,秋季变暖的作用与其相当,其它季节的变暖作用也不能忽视.近40a来江河源区降水量略有增加,主要体现在20世纪80年代中后期以来春季与冬季降水量的明显增加,夏季降水量虽然总体上没有明显变化,且局地夏季降水量呈持续减少趋势.与全球、全国以及高原区对比显示,江河源区对全球气候变暖的响应最敏感,变暖首先从长江源和整个高原发端,之后15a.黄河源和全国才进入显著温暖期.黄河源与长江源北部降水量的增加表明,气候变暖有利于高原增加降水量.     

南四湖水面蒸发量分析计算

根据二级湖闸站等四处蒸发站各类型蒸发器（皿）历年逐月水面蒸发观测资料和两处蒸发实验站分析的各类型蒸发器（皿）月蒸发量折算系数，推求出南四湖１９５３年１月至１９９０年１２月逐月及全年水面蒸发量，根据五处水位站历年逐月平均水位观测资料推算出南四湖历年逐月平均和全年平均水面面积，从而求得南四湖历年逐月和全年水面蒸发水量，并对水面蒸发量在时间上的变化特征作了分析。同时根据七处雨量站历年逐月降水资料计算了南四湖区面平均月、年降水量，并分析了水面蒸发量对水资源量的影响。其分析计算成果可供南四湖水平衡研究和水资源评价使用。     

祁连山地区大气水循环研究(Ⅱ):水循环过程分析

在前文对祁连山地区水汽输送进行分析的基础上, 应用刘国纬的水文循环大气过程模型, 研究了同期祁连山地区的大气水循环变化特征. 结果表明: 祁连山地区区域总降水量在过去51 a中表现为缓慢增加的趋势, 境外输送水汽对于当地降雨的贡献呈减小趋势, 局地蒸发产生的水汽对于当地降水的贡献增加, 表现为21世纪初期由局地蒸发产生的降水量比1960年代增加33.0 mm; 水文外循环系数表现为明显的下降趋势, 表明境外输送水汽在祁连山地区水文循环中的作用降低; 与之相反, 水文内循环系数呈明显的上升趋势, 表明由蒸发产生的降水使区域水循环加强. 祁连山地区水汽滞留时间表现出明显的下降趋势, 反映出祁连山地区的水汽更新速率加快, 水汽利用效率提高. 区域温度升高是该地区蒸发量增加的主要原因之一; 区域径流量的增加是降水量增多与冰川冻土带融水共同作用的结果, 其中冰川冻土融水的作用更加明显.     

Climatic causes of ecological and environmental variations in the source regions of the Yangtze and Yellow Rivers of China

In the source regions of the Yangtze and Yellow Rivers of China, glaciers, frozen ground, the hydrological system, and alpine vegetation have changed over the past decades years. Climatic causes of these variations have been analyzed using mean monthly air temperature and monthly precipitation between 1956 and 2000, and monthly evaporation from φ20 evaporation pans between 1961 and 1996. In the source region of the Yangtze River, lower temperature and plentiful precipitation during the 1960s and continuing into the early 1980s triggered a glacier advance that culminated in the early 1990s, while a robust temperature increase and precipitation decrease since 1986 has forced glaciers to retreat rapidly since 1995. Permafrost degradation is another consequence of the climatic warming. The variations in the hydrological system and alpine vegetation are controlled mainly by the climate during the warm season. Warmer and drier summer climate is the major cause of a degradation of the vegetation, desiccation of the high-cold marshland, a decrease in the areas and numbers of lakes and rivers in the middle and north source regions of the Yangtze and Yellow Rivers, and a reduction in surface runoff in the source region of the Yangtze River for the last 20 years. The causes of eco-environmental change in Dari area, near the outlet from the source area of the Yellow River, are different from those elsewhere in the study area. A noticeable reduction in runoff in the source region of the Yellow River and degradation of alpine vegetation in Dari area are closely related to the permafrost degradation resulting from climate warming.     

新疆阿尔泰山区克兰河上游水文过程对气候变暖的响应

额尔齐斯河支流克兰河上游发源于西风带水汽影响的阿尔泰山南坡,主要由融雪径流补给,年内积雪融水可占年径流量的45%.年最大月径流一般出现在6月份,融雪季节4~6月径流量占65%.流域自20世纪60年代开始明显升温,年平均温度从50年代的1.4℃上升到90年代的5.2℃;年降水总量也呈增加趋势,尤其是冬季和初春增加最多.随着气候变暖,河流年内水文过程发生了很大的变化,主要表现在最大月径流由6月提前到5月,月径流总量增加约15%,4~6月融雪径流量也由占年流量的60%增加到近70%.在多年变化趋势上,气温上升主要发生在冬季,降水也以冬季增加明显,而夏季降水呈下降趋势;水文过程主要表现在5月径流呈增加趋势,而6月径流为下降趋势;夏季径流减少而春季径流增加明显.冬春季积雪增加和气温上升,导致融雪洪水增多且洪峰流量增大,使洪水灾害破坏性加大.近些年来气候变暖引起的年内水文过程变化,已经对河流下游的城市供水和农牧业生产产生了影响.     

长江-黄河源寒区径流时空变化特征对比

长江源区比黄河源区寒冷而干燥, 年径流量仅为黄河源区的60%, 径流年内分配较黄河源区均匀性差, 丰水年与枯水年比例基本相当, 而黄河源区枯水年占较大优势. 近40 a来长江源区径流量总体上呈明显的递减趋势, 黄河源区径流量则呈现略微增长趋势. 长江源区径流量以8～9 a的周期变化较为显著, 黄河源区径流量则以7～8 a周期比较显著. 对寒区径流变化的主要影响因子分析表明, 长江源区温度因子对径流年际变化影响大于黄河源区, 而降水因子影响相对较小, 长江源区寒区水文环境对径流影响较大是造成长江、黄河源区径流差异形成的主要原因.     

天山南坡清水河与阿拉沟流域径流变化特征及其对气候变化的响应

依据1956-2012年天山南坡清水河流域的克尔古提水文站以及阿拉沟流域的阿拉沟水文站资料,采用Mann-Kendall非参数检验法和交叉小波变换法,分析了清水河与阿拉沟出山径流的趋势、突变、周期变化等特征,并进一步探讨了出山径流对气候变化的响应。结果表明：清水河与阿拉沟流域年径流量均呈上升趋势,其中1988年为径流突变年,该年前后年均径流变化态势不同,1988年以后径流升幅显著。同时,流域径流过程呈现多时间尺度的周期变化,以32 a以上大周期为主,2 a和8 a小周期变化为辅。因流域下垫面特征等差异,清水河出山径流对降水变化的响应程度强于阿拉沟,而阿拉沟出山径流对气温敏感性高于清水河。且受冰川径流调节作用与多年冻土退化的影响,阿拉沟径流过程对气温的滞后性强于清水河。     

气候变化对中国西北地区山区融雪径流的影响

选择祁连山黑河流域作为中国西北地区山区积雪流域的典型代表，分析了1956－1995年40a以来气候，积雪变化的状况和特点以及春季融雪径 波动趋势，利用融雪径流模型（Snowmelt Runoff Model-SRM)和卫星遥感数据模拟气温上升框架上的融雪径流变化情势，结果表明，中国西北地区山区的气候变化主要表现在年平均气温的缓慢上升而降水基本平稳，年内气温的上升幅度以1－2月份比较强烈，而3－6月融雪期的气温并没有大的变化，导致融雪期在时间尺度上的扩大，融雪径流呈慢增加趋势且受径流周期变化控制，融雪径流峰值的时间上前移。     

天山南坡黄水沟与清水河寒区流域极端水文事件对气候变化的响应

冰川、积雪和冻土变化产生的水文效应对下游水资源供给具有重要影响,近几十年来新疆区域洪水呈显著加重趋势,尤其是南疆区域洪水明显加剧. 以天山南坡黄水沟与清水河寒区流域为研究区域,通过分析水文站极端水文事件,结合流域上游山区巴伦台气象站资料,研究了高寒山地流域在气候变化背景下极端水文过程出现时间、年最大和最小径流的响应特征. 结果表明：1986年是水文过程的突变点,从1986年开始随着降水、气温的增加,河流径流量呈增加趋势;最大年径流出现时间从6月中下旬推迟到7月下旬;最大径流和最小径流与年径流量呈正相关关系,最大径流与夏季降水关系密切,而最小年径流与冬春季的气温关系密切. 随着1986年以来的气温升高,冻土退化产生的水文效应使冬季径流增加明显,也使年最小径流明显增大;1986年以来降水变化决定着年径流量增加,使年最大径流集中出现在夏季且量级增大. 总体来讲,20世纪80年代中期以后山区河流年极端洪峰量增大,洪水量增多,年际间变化幅度明显增大,从而对下游造成更严重的灾害. 因此,加强气候变化对寒区流域水资源和洪水灾害的影响评估,使科学技术在减灾方面发挥主导作用.     

长江源区冰川对气候变化的响应

长江源区是青藏高原冰川分布集中的地区之一,冰川总面积达1276.02km².研究表明,该区属于青藏高原升温幅度最大的地区之一,到2050年气温将比1961—1990年平均气温高出2.3~2.7℃,降水增加1%~33%.基于冰川编目资料,采用有关对长江源区未来50a内的气温和降水预测数据,应用冰川系统对气候响应的模型,对该区未来50a内冰川变化趋势进行预测.结果表明:到2010年、2030年、2050年该区冰川面积平均将减少3.2%、6.9%和11.6%;冰川径流平均将增加20.4%、26%和28.5%;零平衡线上升值为14m、30m和50m左右.最后,针对气候变化的不确定性,对预测结果的不确定性进行了探讨.