黄河源区径流长期演变特征与趋势预测模型研究

利用小波分析方法对黄河源区径流数据系列的多尺度变化特征、突变点及变化趋势进行了分析.结果表明:黄河源区年径流量具有8a、15a、22a和36a左右的变化周期,其中8a、36a左右的周期变化最为显著.这些周期变化表明,2007年后流量将呈增加的趋势;1928、1982年和1985年是径流变化趋势重要的转变点.在小波分解的基础上,基于BP神经网络模型构建了黄河源区年径流量的长期动态预报模型,利用该模型对未来10a的流量变化进行了预测,并对其预报结果进行了分析.     

黄河河源区径流对气候变化的敏感性分析

利用黄河源区有关水文、气象台站观测资料,对河源区各分区气候变化特征及各分区径流深对气候变化的敏感性进行了分析.结果表明:有器测资料以来的近50a间,河源区气温与全球变暖有着较好的对应关系,各区平均气温均呈不同程度的波动上升态势;而降水量的变化比较复杂,区域性差异较大;河源区径流的变化与降水量、气温的变化之间存在较显著的非线性关系.由于气温的持续上升与主要产流区降水的持续减少,区域径流量呈持续减少的趋势.总体上,河源区各分区径流对降水变化的敏感程度要强于气温,但吉迈以上区域径流对气温变化的敏感性要强于其下游其它两个区域.     

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.     

长江源区高寒生态与气候变化对河流径流过程的影响分析

近40 a来长江源区气候变化剧烈,是青藏高原增温最为显著的地区之一,高寒生态系统与冻土环境不断退化.采用多因素逐次甄别方法与半经验理论方法相结合,基于多年冻土的不同植被覆盖降水-径流观测场观测试验结果,分析了长江源区气候-植被-冻土耦合系统中各要素变化对河川径流的不同影响.结果表明:近40 a来长江源区河川径流呈持续递减趋势,年均径流量减少了15.2%,频率>20%的径流量均显著减少,而>550 m³·s^-1的稀遇洪水流量发生频率增加;气候变化与高寒草甸覆盖变化对源区径流变化的影响较大,分别占5.8%和5.5%;气候与植被覆盖变化对径流的显著影响是与冻土耦合作用的结果,但冻土环境与冰川变化对径流的贡献尚不能准确评价.高寒沼泽湿地和高寒草甸生态系统对于源区河川径流的形成与稳定起到关键作用,这两类生态系统的显著退化是驱动河川径流过程中变差增大、降水-径流系数减少以及洪水频率增加的主要原因.保护源区高寒草甸与独特的高寒湿地生态,对于维护源区水涵养功能和流域水安全意义重大.     

长江黄河源区积雪空间分布与年代际变化

应用长江黄河源区及其周边地区16个气象站逐日积雪资料,分析了长江黄河源区积雪的空间分布和年代际变化特征.结果表明:以巴颜喀拉山主峰为中心的黄河源头和长江源东南部地区是年积雪深度高值中心,黄河源头以西和五道梁以东的长江源东北部和黄河源西北部广大地区是低值中心.冬春累积积雪深度占年累积积雪深度的比例>71.0%,夏半年(6~9月)对其的贡献小,但夏半年的积雪日数占年积雪日数的1/3.曲麻莱达日一线以南地区积雪主要发生在1月份,以北地区一年有两个高值期:前冬10~11月和春季3~5月.长江源和黄河源头地区积雪建立早,积雪季节长,结束晚,消退过程缓慢;而黄河源东部地区,积雪建立稍晚,积雪发展比较缓慢,消退过程迅速.近40 a来长江黄河源区积雪呈确定的增长态势,长江源区冬春积雪增长了62.11%,黄河源区增长了60.18%.但二者积雪变化位相基本相反,变化幅度长江源大起大落,而黄河源比较平缓,多雪年份出现也不一致.整个源区20世纪60年代至70年代初为积雪偏少期,70年代中期至90年代是积雪偏多期.从20世纪70年代中至80年代末,积雪明显增加,90年代积雪增加速度有所放慢,近40 a江河源区平均冬春累积积雪深度增加了60.95%.长江源区对整个源区积雪变化起主导作用,源区平均冬春累积积雪深度变化主要表现长江源的特征.     

叶尔羌河径流量与降水量的变化特征分析

利用叶尔羌河源流区近50 a的逐月降水量与径流资料,借助 Mann-Kendall单调趋势检验、小波分析等方法研究了叶尔羌河年径流量与降水量变化特征。结果表明：（1）叶尔羌河径流量呈不显著的增加趋势,而降水量增加显著。（2）叶尔羌河径流量存在9和17年的周期变化,而降水量的周期则为8和22 a。（3）径流量在9 a周期处的2008-2011年和2015-2017年将处于枯水期,而降水量8 a周期在2008-2010年和2013-2015年将处于枯水期。     

开都河源区气候变化及径流响应

应用巴音布鲁克水文站和气象站1960-2005年的观测资料,分析了开都河流域源区气温和降水的变化特征以及径流对气候变化的响应.结果表明:近46 a来开都河源区气温总体呈上升趋势,而降水量年际波动较大,降水量自1989年以来增加显著,降水和气温是开都河源区径流量变化的主要影响因素.年降水量与年径流量的单相关系数最大,为0.73;年平均气温与年径流量的相关系数为0.36.在降水量不变的情况下,径流量随气温升高而减少;在气温不变的情况下,径流量随降水量的增加而增加;而在降水量和气温都增加的情况下,径流量将有所增加.     

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。     

黄河源区气候变化的环境效应研究

以黄河源区气象台站的降水和气温资料以及玛多、达日、玛曲、唐乃亥和兰州水文站的径流资料为基础, 分析研究了该区降水、气温、水文变化趋势, 并对研究区的土地利用现状变化及原因进行了探讨. 结果表明: 在年代际变化趋势上, 黄河源区气温总体上呈升温态势, 降水呈减少趋势, 径流量也表现为减少趋势.土地利用现状的变化表明人类活动对研究区生态湿地的干预增强.自然因素和人类活动的综合作用, 使得黄河源区生态环境进一步恶化, 亟需进行人工干预, 保护和改善黄河源区生态湿地环境.     

黄河源区降水与径流过程对ENSO事件的响应特征

根据最新季分辨率ENSO指数序列所确认的近40年多来所发生的20次ENSO事件，并确定了每次ENSO事件强度及其影响年，通过对相应年份黄河源区降水与径流距平变化值的对比，分析了降水与径流过程对ENSO事件响应的统计规律；ENSO事件与黄河源区降水与径流年际波动变化有很好的相关性，这种相关性与ENSO事件的性质强弱，发生季节以及持续时间等有关。一般夏秋季暖事件无论强弱均使影响年降水减少，发生于春季的中等强度暖事件使发生年降水呈负距平，影响年降水呈增加趋势，冷事件与暖事件对降水的影响正好相反；暖事件对应年份黄河源区径流量减少，而冷事件则使其增加，随着20世纪90年代以来暖事件发生频率的增加，径流呈现持续减少。     

黄河、长江源区降水变化的水汽输送和环流特征

利用黄河、长江源区气象站的降水资料和NCEP/NCAR再分析气候资料,分析了黄河、长江源区降水的年际变化,对黄河、长江源区典型多雨年与少雨年的500 hPa位势高度和风场、600 hPa流场、大气水汽含量和水汽输送进行了合成和对比分析.结果表明:黄河和长江源区的降水在近50 a的长期变化趋势都不明显,但在最近10 a黄河源区的降水有明显的减少趋势.而长江源区的降水则有明显的增加趋势;江河源区在多雨与少雨年有明显的环流差异特征,在多/少雨年,500 hPa蒙古低压减弱/加强,西风风速减弱/增强,600 hPa高原辐合线偏北/南,江河源区大气水汽含量增加/减少,西南季风的偏南水汽输送增加/减少.使得江河源区有较多/少的水汽来源,从而降水增多/减少;黄河和长江源区有相似的多雨与少雨年环流差异特征,只是差异程度不同,长江源区多雨与少雨年环流特征差异的强度不及黄河源区.     

黄河源区气候向暖湿转变的观测事实及其水文响应

基于黄河河源区干流各水文站和有关气象站、雨量站的气温、降水与径流观测资料, 分析了该区域的气候变化特征与趋势及其水文响应. 结果表明: 在全球变暖的大背景下, 自20世纪80年代后期开始西北地区西部新疆、甘肃河西走廊西部等地降水量显著增加、气候明显由"暖干"转向"暖湿"后, 到21世纪初的年代中期后黄河源区降水量亦出现明显的增长, 气候明显转向暖湿. 最新的观测数据显示, 2005年以来河源区平均年降水量已连续多年超过多年均值进入一个多雨期, 河源区各断面来水量也于2008年后连续多年超过多年均值, 进入一个连续丰水段, 并于2012年达到了自1989年以后20余年来的最大值. 这种变化的前景如何, 目前尚不能确定, 尚需对未来河源区气候在时间与空间上变化的速度和程度进一步观察和分析. 根据对与该区域气候关系密切的东亚季风活动的研究成果以及对河源区气候与径流变化的观测事实及趋势推测, 未来黄河源区气候向暖湿的转化在时间尺度上年代际的可能性较大.     

1956-2012年黄河源区流量演变的新特征及其成因

利用黄河源区唐乃亥水文站1956-2012年的逐月流量实测资料,通过趋势分析、小波分析以及不均匀系数和贡献的计算,分析了1956-2012年57 a来黄河源区流量的趋势、年内双峰型变化新特征及其主要成因.结果表明：近57 a来黄河源区流量演变包括2个上升时段（1956-1967年和2002-2012年）、1个下降时段（1989-2002年）和1个振荡调整时段（1967-1989年）.流量年内分配不均匀性最大的是1980年代,最小的是1990年代.流量年内分配主要表现为双峰型,峰值点主要出现在7月和9月,但出现月份存在年际、年代际变化,且峰值点的月份也随着丰、枯水年存在着变化.降水对流量的正贡献呈7、9月双峰型,温度的负贡献则使9月峰值消失.当夏季高原附近区域,尤其是高原北侧低层600 hPa位势高度场降低,高原夏季风偏强时,有利于黄河源区降水增加、流量增大,出现流量年内分配的峰值点,且夏季高原高度场的变化对流量年内分配第二个峰值点（秋季）的出现有一定的指示意义.     

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.     

气候变化背景下长江源区径流变化特征及其成因分析

利用1960-2011年历年逐月长江上游通天河流域直门达水文站观测的流量资料、 长江源区气象台站观测资料以及NCEP/NCAR逐月再分析资料, 研究分析了长江源区径流变化特征及其气候归因. 结果表明: 2005年之前, 长江源区年及夏、 秋、 冬季的平均流量呈持续下降趋势, 2005年以后, 长江源区年及四季的平均流量均呈显著增加趋势. 其中, 以夏季平均流量的增幅最为明显, 年平均流量有4 a左右及12 a左右的变化周期. 高原夏季风、 长江源区夏季7、 8月地面感热、 流域降水量、 蒸发量、 气温及冰川和积雪融水均对长江源区流量变化有明显影响. 2005年以后, 长江源区年及四季的降水量呈明显的增加趋势, 而蒸发量呈明显的减少趋势. 同时, 温度急剧上升导致的冰川和积雪融水增多, 是2005年以来长江源区流量急剧增加的重要原因.     

气候和人类活动对黄河源区径流量变化的贡献率研究

根据1961-2015年黄河源区有关台站的观测数据,利用差积分法、累积距平法对黄河源区径流量和气候变化趋势进行了分析,并基于累计量斜率变化率分析方法评估气候和人类活动对黄河源区径流量减少的贡献率。结果表明：黄河源区年径流量、年降水量、年平均最大冻土深度呈减少趋势,源区蒸散量呈增大趋势;与基准时期1961-1989年相比,在不考虑气温影响的情况下,气候和人类活动对黄河源区径流量变化的贡献率在1990-2008年分别为33.12%和66.88%,在2009-2015年分别为73.61%和26.39%;两个时段相比,气候对径流量减少的贡献率上升,而人类活动的贡献率下降,这与气候变暖及2005年黄河源区启动的三江源自然保护区生态保护和建设工程有关。