黄河源区径流量与区域气候变化的多时间尺度相关

采用交叉小波变换方法,分析了黄河源区实测径流量与区域降水量、蒸发量以及最高、最低气温之间的时频域统计特征,讨论了黄河源区径流与区域气候变化之间的多时间尺度相关.结果表明,黄河源区径流和区域气候变化具有多时间尺度结构,两者都存在准2a、4a、6～8a、12～14a和20a以上尺度的显著变化周期,不同尺度周期振荡能量的强弱和时域分布的位相差异是两者相关不稳定和存在时延相关的重要原因.径流与区域降水量之间正相关振荡的凝聚性最强,区域降水量对径流变化起主控作用,前期降水异常对后期径流变化具有持续性影响.径流变化与区域蒸发量存在显著负相关振荡,年际尺度相关存在不稳定和时延现象.年代际尺度上径流与最高气温的负相关比其与最低气温的正相关凝聚性更强,最高气温升高对增大流域蒸发量导致径流补给的减少作用大于最低气温升高引起冰雪融水补给的增大作用;两者年际尺度相关不稳定,径流对气温变化的响应时间不同.分析认为,区域降水量是黄河源区径流变化的主导因子,最高气温是重要因子;在区域降水量逐年减小的背景下,气温升高进一步加剧了径流量的减小.区域蒸发量和最低气温变化对径流量也有不同程度的影响,气候因子的综合作用是黄河源区径流变化的根本原因.     

塔里木河源流区近50 a径流量与气候变化关系研究

 通过对近50 a塔里木河源流区径流、温度、降水量的年代际分析,探讨了过去半个世纪塔里木河源流区气候变化及其对河川径流的影响。研究结果显示,在过去50 a里,塔里木河三源流径流量总体呈现增加的趋势,尤其体现在20世纪90年代以后,丰水年出现次数较多;对径流和降水量与温度作相关分析可知,随着温度的逐年代升高,其对径流量的影响越来越显著。蒸发量随着温度的升高也在逐渐增大,但是降水量的增长速率远大于蒸发量的增长速率,所以即使蒸发量的增加也不足以使径流量减少。     

近55年来黄河河源区径流的变化及区域差异

基于黄河源区有关水文、气象台站的观测数据,对该区及黄河沿水文站以上、黄河沿水文站-吉迈水文站区间、吉迈水文站-玛曲水文站区间、玛曲水文站-唐乃亥水文站区间各区域1960—2014年期间径流变化的季节特征、趋势及其对气候变化响应的区域差异进行了分析。结果表明:近55 a来黄河源区径流及其各分区径流总体上呈减少的态势,但减少幅度各区有所不同;但在2000年代中期后径流量回升比较明显。在上述分析的基础上,基于周期外延叠加方法对黄河河源区径流未来30 a的可能变化进行了预测。预测显示,未来30 a内,黄河源区径流的变化为先增后减,但总体变化平稳,其均值与目前55 a实测系列均值没有显著差异。     

1766年以来黄河上中游汛期径流量变化的同步性

依据清代陕县万锦滩志桩水位记录和阿尼玛卿山祁连圆柏树轮,分别重建器测资料之前的三门峡和唐乃亥黄河汛期径流量,得到1766~2000年河源与中游年际分辨率的汛期径流量序列。中游与河源段流量都存在着具有明显阶段性的4~6 a周期和50 a周期,前一周期在1820年代前后与1960年代前后一致,而后一周期则基本贯穿两流量序列的置信区间之内。交叉小波分析显示,两者在年代际尺度上相关性最好,而在年际尺度上,则有非常明显的中游变化滞后于河源3~5 a的现象。年代际规模上黄河上中游的枯流首先是自然变化的结果。     

黄河源区径流年内分配变化规律分析

河川径流的年内分配特征与特定的径流补给条件关系密切。在气候变化以及人类活动的影响下,河川径流的年内分配特征也发生着相应的变化,直接影响水资源的开发利用以及生态系统的健康。本文根据黄河源区主要测站1952～1997年的月天然径流资料,分析了年内分配不均匀系数、集中度和集中期、变化幅度等特性。结果表明:1)黄河源区径流的年内分配特征20世纪90年代和70年代较为接近,而80年代则与60年代较为接近。2)90年代的径流年内分配特征出现了较大的变化,突出表现在汛期径流量的减少;3)玛曲水文站径流年内分配的不均匀性、集中度以及相对变化幅度都略高于唐乃亥,而绝对变化幅度则较小。     

塔里木河三源流区气候变化对径流量的影响

结合对近50年塔里木河源流区气象、水文资料的分析,探讨了过去半个世纪塔里木河源流区气候变化及其对河川径流的影响。研究结果显示,在过去50年里,塔里木河三源流径流流量总体呈现增加的趋势,期间有波动过程;对影响径流变化的气温、降水和蒸发等因子分析发现,降水量变化对塔里木河径流量变化影响最为显著,而温度的升高,加速了山区冰雪资源的消融,加大了冰雪融水对径流量的补给,但同时导致蒸发量增大,增加了地表淡水资源的消耗,对山区来水量的增大起到一定的削弱作用。     

黄河源区地表水资源变化及其影响因子

利用1955~2005 年黄河源区玛多气象站和黄河沿水文站气象、水文资料, 分析了该区域地表水资源、气候及冻土演变规律, 揭示了地表水资源变化的成因。研究表明: 近51 年黄河源流量丰枯转化频繁, 但在总体上特别是进入20 世纪90 年代以来黄河源流量呈减少趋势, 流量年内分配表现为单峰型; 降水量对流量有着较为显著的影响, 且具有一定的持续性; 黄河源区气温的显著升高对于加大流域蒸发量导致流量补给的减少作用要大于其升高致使冰雪融水的补给作用, 其中春季气温回升的这一效应更为显著; 黄河源区冻土呈现出显著的退化趋势, 冻土厚度与流量总体上呈显著的正相关关系, 其不断减小削弱了自身天然隔水层的作用; 黄河源区蒸发量呈现出显著的增大趋势, 并导致流量的减少; 气候变化导致流量的减少量占总减少量的70%, 其余30%可能是由人类活动加剧造成的, 气候及冻土因子对流量的作用大小依次为冻土、降水、蒸发和气温, 显然多年冻土对于黄河源区地表水资源的形成和发育有着至关重要的作用。     

青海河湟谷地气候及干旱变化研究

利用1961—2002青海河湟谷地11个气象台站气温、降水等地面观测资料,对该区气候要素的年代际变化特征及其干旱变化的成因进行了初步分析。结果表明：青海河湟谷地各季节平均气温20世纪90年比60年代偏高了0.4～0.8℃,冬季增温最显著。年平均降水量90年代比60年代偏少17.2 mm。地表蒸发量80~90年代比60~70年增多。90年代青海河湟谷地秋季和春季降水量减少,使得秋季和春季干旱发生的频次增加,导致河谷地区的径流量减少。     

黄河源径流演变特征及其对降水的响应

采用1960-2012年黄河源径流、降水数据,以过程线法、集中度和集中期等方法分析黄河沿以上、黄河沿-吉迈、吉迈-玛曲、玛曲-唐乃亥等4个区段降水、径流的演变特征,并从降水的产流能力、时滞相关和集中期响应等角度分析径流对降水的响应。结果表明：黄河源径流汛期占比年际变化趋势自上游各区段呈不显著的增加-减少-增加-减少的特征。吉迈以上径流量年际变化呈不显著增加,吉迈以下呈减少趋势。各区段径流集中期均有不同程度的提前。下游径流集中期早于上游。黄河源汛期降水占比呈不显著下降趋势。4个区段自上游降水年际变化呈显著增加-显著增加-不显著减少-不显著增加的特征。降水的集中度分布较径流更为集中,且有不显著减少趋势。各区段降水的产流能力在20世纪80年代末至90年代中期出现弱化趋势,中上游在2005年左右降水的产流能力转为较分析时段初期有增强的趋势,而中下游一直较分析时段初期减小。不同区段年径流量与不同统计时段降水量的依存关系不同。黄河源玛曲以上径流相对于降水的集中期滞后天数呈不显著减少,玛曲-唐乃亥滞后天数略有增加。     

黄河源区径流对气候变化的响应及未来趋势预测

利用1956-2010 年黄河源区流域水文、气象观测数据和2010-2030 年区域气候模式系统PRECIS输出数据降尺度生成的未来气候情景资料,通过分析流量的演变规律和揭示气候归因,预测了未来流量可能的演变趋势。研究表明：近55 年来黄河源区年平均流量总体呈减少趋势,并具有5a、8a、15a、22a 和42a 的准周期变化;南海夏季风减弱引起流域降水量的减少与全球变暖背景下蒸发量的增大和冻土的退化是导致黄河源区流量减少的气候归因;根据区域气候模式系统PRECIS预测结果,未来20 年黄河源区流量变化趋势可能仍以减少为主。     

Climate transformation to warm-humid and its effect on river runoff in the source region of the Yellow River

The change characteristics and trends of the regional climate in the source region of the Yellow River, and the response of runoff to climate change, are analyzed based on observational data of air temperature, precipitation, and runoff at 10 main hydrological and weather stations in the region. Our results show that a strong signal of climate shift from warm-dry to warm-humid in the western parts of northwestern China （Xinjiang） and the western Hexi Corridor of Gansu Province occurred in the late 1980s, and a same signal of climate change occurred in the mid-2000s in the source region of the Yellow River located in the eastern part of northwestern China. This climate changeover has led to a rapid increase in rainfall and stream runoff in the latter region. In most of the years since 2004 the average annual precipitation in the source region of the Yellow River has been greater than the long-term average annual value, and after 2007 the runoff measured at all of the hydrologic sections on the main channel of the Yellow River in the source region has also consistently exceeded the long-term average annual because of rainfall increase. It is difficult to determine the prospects of future climate change until additional observations and research are conducted on the rate and temporal and spatial extents of climate change in the region. Nevertheless, we predict that the climate shift from warm-dry to warm-humid in the source region of the Yellow River is very likely to be in the decadal time scale, which means a warming and rainy climate in the source region of the Yellow River will continue in the coming decades.     

三江源气候变化及其对径流的驱动分析

以1965-2004 年三江源地区12 个气象台站的降水和气温资料以及长江源区直门达、黄河源区唐乃亥和澜沧江源区昌都水文站的径流资料为基础,分析三江源地区的降水、气温和径流的变化趋势,并采用Mann-Kendall-Sneyers 方法进行趋势显著性检验;采用Makkink 公式计算三江源区12 个气象站点的潜在蒸发,建立三江源区降水和潜在蒸发对径流的驱动模型,并对气候变化(降水和气温的变化) 对径流的驱动进行情景分析。研究表明：1965-2004 年三江源区气温升高,径流减少,并且气温和径流都在1994 年发生突变,但降水的变化趋势不明显。降水和潜在蒸发对径流深的驱动模型表明三江源区降水对径流起正向的驱动作用,潜在蒸发对径流起负向的驱动作用,具体来说,澜沧江源区潜在蒸发对径流的驱动力最大,长江源区次之,黄河源区最小。借助驱动模型对三江源气候变化(降水和气温的变化) 对径流的影响进行情景分析,结果显示,降水和气温对径流的驱动在总体上虽然分别是正、负方向上的驱动,但在具体情景下其各自的驱动作用又呈现出波动的特征。     

基于小波分析的江河源区汛期和枯水期径流特征(英文)

By decomposing and reconstructing the runoff information from 1965 to 2007 of the hydrologic stations of Tuotuo River and Zhimenda in the source region of the Yangtze River, and Jimai and Tangnaihai in the source region of the Yellow River with db3 wavelet, runoff of different hydrologic stations tends to be declining in the seasons of spring flood, summer flood and dry ones except for that in Tuotuo River. The declining flood/dry seasons series was summer > spring > dry; while runoff of Tuotuo River was always increasing in different stages from 1965 to 2007 with a higher increase rate in summer flood seasons than that in spring ones. Complex Morlet wavelet was selected to detect runoff periodicity of the four hydrologic stations mentioned above. Over all seasons the periodicity was 11-12 years in the source region of the Yellow River. For the source region of the Yangtze River the periodicity was 4-6 years in the spring flood seasons and 13-14 years in the summer flood seasons. The differences of variations of flow periodicity between the upper catchment areas of the Yellow River and the Yangtze River and between seasons were considered in relation to glacial melt and annual snowfall and rainfall as providers of water for runoff.     

黄河入海径流变化及影响因素

黄河入海径流是黄河水循环的重要分量,涉及整个流域,它的变化是流域气候与人类活动的综合体现。以黄河入海口利津水文站1963～2009年实测径流量年均值为基础,采用随机水文学方法,对入海径流动态变化进行了分析;结合流域内7个径流来源区的78个气象站同时段月均降水和气温数据及流域内取水量和水利工程等资料,探讨了不同径流来源区的气候因素和人类活动对入海径流量的影响。结果表明:近50年来入海实测径流量呈显着下降趋势,且存在1968年、1985年、1996年与2002年这四个突变点;入海天然径流量同样呈显着下降趋势,只有1985年一个突变点。唐乃亥以上区间的降水量、兰州至龙门区间的气温以及龙门至三门峡区间的降水和气温是引起入海天然径流量变化主要因素;气温因素的季节性变化对入海天然径流量也有影响,其中夏季降水与冬季气温是重要的因素。自20世纪70年代以来,人类活动对入海径流量的影响不断加强,且在耗水量、水土保持及水利工程等方面表现出明显的空间差异。取水量、降水、气温对黄河入海实测径流量变化的贡献率分别为42.2%、39.2%、18.6%.     

三江源区径流演变及其对气候变化的响应

利用水循环模型、统计检测、对比分析等手段对三江源区水循环过程进行了分析,模拟和检测了1958-2005 年黄河源区出口唐乃亥站、长江源区直门达站、澜沧江源区昌都站汛期、非汛期和年径流过程的变化趋势。在此基础上,检测CSIRO和NCAR两种气候模式A1B和B1 排放情景下未来2010-2039 年源区出口断面的径流演变趋势,对比分析了气候变化的影响。研究表明过去48 年三江源区出口唐乃亥站年径流和非汛期径流过程呈显著减少趋势,而直门达和昌都站径流过程变化趋势并不显著。这将导致对黄河中下游地区的水资源补给显著减少,加剧黄河流域水资源短缺。气候变化背景下,未来30 年黄河源区径流量与现状相比有所减少,尤其是在非汛期,将持续加剧黄河中下游流域水资源短缺的现象。长江源区径流量将呈增加趋势,而且远远高于现状流量,尤其是在汛期,长江中下游地区防洪形势严峻。而澜沧江源区未来30 年径流量均高于现状流量,但汛期和年径流变化并不显著,而非汛期径流变化存在不确定性,CSIRO模式B1 情景显著减小,而NCAR模式B1 情景显著增加。气候变化对长江源区径流影响最显著,黄河源区其次,而澜沧江源区最小。     

近40 年来青藏高原典型高寒湿地系统的动态变化

选择青藏高原长江源区、黄河源区以及若尔盖地区等典型高寒湿地分布区域, 利用1969、1986、2000 和2004 年多期航片和卫星遥感数据, 从湿地主要组分分布、空间格局以及水生态功能等方面, 分析了近40 年来典型高寒湿地系统动态变化特征及其区域差异性。结果表明: 青藏高原典型高寒湿地退化具有普遍性, 湿地面积萎缩在10%以上。以长江源区的沼泽湿地退化最为严重, 退缩幅度达到29%, 同时大约有17.5%的长江源区内流小湖泊干涸消失, 黄河源区和若尔盖地区湿地系统空间分布格局的破碎化和岛屿化程度显著加剧。高寒 湿地系统退化使其水文功能发生变化, 表现在湿地退化较为强烈的长江源区与若尔盖地区枯 水期流量减少、稀遇较大流量径流发生频率增加而常遇流量发生频率减少、水涵养能力下降。湿地系统变化与区域气温显著升高有关, 在20 世纪80 年代以来区域增温幅度升高到过去40 年平均增温幅度的2.3 倍, 湿地系统退化程度也同步在20 世纪80 年代中期以后明显加剧。在降水量呈现增加以及冰川趋于消融的背景下, 高寒湿地退化是导致其流域径流持续递减的主要因素之一。     

黄河源区草地农牧化对气候环境影响的数值模拟

 利用中尺度数值模式MM5,设计了一个控制试验和一个敏感性试验。模拟分析黄河源区草地农牧化对局地气候环境的影响,得到一些初步结论:在全球增暖的大背景下源区草地农牧化引起源区平均气温和地表温度升高,平均日较差增大;源区农牧区降水以增加为主,周围地区以减少为主;源区空气湿度、土壤湿度明显减小;地表径流增加,地下径流减小,增加的降水大部分随地表径流流失;农牧区感热通量增加,潜热通量减小,有效通量增加。源区植被改变对气候环境的影响状况不同于其他地区。     

黄河流域上游降水时空结构特征

黄河兰州以上区域水资源量占黄河流域水资源的一半以上,研究黄河上游兰州以上区域降水时空结构变化具有重要意义。本文利用黄河兰州以上19个降水站点1959~1998年系列数据,采用EOF技术分析了黄河上游降水的时空结构特征与变化。结果表明：黄河上游兰州以上区域降水存在四种典型降水类型,即“全部一致型”、“南北型”、“东西型”和“相间复杂型”。但第一特征向量为主导,其时间变化系数与年降水量基本一致,说明黄河流域兰州以上降水主要受青藏高原大尺度气候影响,具有降水偏多（少）一致性特征。从时间尺度上降水有减少的趋势;并伴随3、6、和11年的周期变化,而且在1986和1991年发生突变。     

Response of runoff in the headwater region of the Yellow River to climate change and its sensitivity analysis

Response of the runoff in the headwater region of the Yellow River to climate change and its sensibility are analyzed based on the measured data at the four hydrological stations and ten weather stations during the period 1959-2008. The result indicates that change of temperature in the region has an obvious corresponding relationship with global warming and the changes of annual average temperature in each subregion in the region have been presenting a fluctuant and rising state in the past 50 years. However the change of precipitation is more intricate than the change of temperature in the region because of the influences of the different geographical positions and environments in various areas, and the change of annual precipitation in the main runoff-producing area has been presenting a fluctuant and decreasing state in the past 50 years. And there is a remarkable nonlinear correlativity between runoff and precipitation and temperature in the region. The runoff in the region has been decreasing continuously since 1990 because the precipitation in the main runoff- producing area obviously decreases and the annual average temperature continuously rises. As a whole, the runoff in each subregion of the headwater region of the Yellow River is quite sensitive to precipitation change, while the runoff in the subregion above Jimai is more sensitive to temperature change than that in the others in the region, correspondingly.