塔里木河干流年径流量变化及其人为驱动因素关联分析

根据塔里木河干流1957～2008年的年径流量监测数据,利用线性回归法,对干流年径流量时间序列变化趋势进行分析,并借助相关分析和主成分分析法甄别影响径流变化的主要人为驱动因素。结果表明:近50多a来,塔河干流的年径流量呈显著递减趋势,与干流来水量变化趋势一致;人类活动自1975年左右开始明显的影响径流量,有效灌溉面积、农业人口、耕地面积和一产比重与径流变化相关程度最强,以引水灌溉为主体的农业经济活动成为影响径流变化的最重要因素;人类活动对径流变化的影响程度沿河道自上而下表现出逐渐增强的趋势。     

塔里木河干流径流量变化与太阳黑子活动的关系

本文运用Morlet 小波分析方法, 分析了1957-2011 年塔里木河干流年径流量与太阳黑子相对数的关系。结果表明, 55 年间塔里木河干流年径流量和太阳黑子相对数都呈减小的趋势。塔里木河干流年径流量变化存在4 a、8 a、18 a、21 a 左右的主周期。在8~9 a 和18~21 a 尺度上年径流量序列与太阳黑子相对数序列具有相近的主周期。年径流量变化所表现的4 年主周期与太阳黑子活动关系不大;18~21 a 主周期特征应主要受太阳黑子活动的影响;8 a 主周期也与太阳黑子活动显著相关, 但由于受到人类活动的强烈干扰, 致使在20 世纪80 年代以后两者关系被扰乱。预测2012-2020 年间塔里木河干流将处于枯水期, 年径流量的平均值约为35×10⁸~40×10⁸ m³。     

塔里木河中游年径流量预报及未来30年南疆气候趋势

以重建塔里木河中游年径流量的拟合位为原始数据,用维纳滤波和线性预测方法作了塔里木河中游50年的年径流量预测。前20年(1964-1983)作为试报,用以考察预报效果,后30年(1984-2013)为预报。利用年径流量预报值分析未来30年南疆的气候变化趋势。     

塔里木河上游地区积雪长期变化趋势及其对径流量的影响

汇入塔里木河的三条主要河流都形成于山区,径流补给主要来自降水。山区冰雪水资源的积累与消融决定着地表径流和地下水的储量。选取位于塔里木河上游地区17个气象台站以及其中的6个源流区山区站44年(1960—2003年)的≥0cm积雪日数、冬季最大积雪深度、夏季降水量和夏季平均温度以及2个水文站(1957—2000)的观测资料,对塔里木河上游地区的积雪进行了分析,并将其与塔里木河主要源流之一的阿克苏河径流量的长期变化趋势进行了对比,发现20世纪60年代以来塔里木河上游区域的积雪有一个弱的上升趋势,但不显著,且变化幅度较大;与此同时,塔里木河主要源流之一的阿克苏河径流量也有一个较为显著的上升趋势,上升率为13．475m~3·s~(-1)·10a~(-1),并在1993年之后增加更为明显。通过上游最大积雪深度、夏季平均气温和夏季降水量与径流量的回归分析认为,影响径流量的主要因素是夏季降雨量,其次是冬季积雪深度与夏季最高气温。因此,20世纪90年代以来塔里木河上游地区的气候变暖、变湿是塔里木河源流径流保持稳定的一个非常重要的因素之一,说明气象因子在河流径流量中起重要作用。另外,对塔里木河上游地区的积雪深度场的EOF分析结果表明塔里木河上游区域积雪的年空间分布十分稳定,反映了在大气候背景控制下上游区积雪分布的一致性。     

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。     

拉萨河流域近50 年来径流变化趋势分析

以拉萨水文站以上流域为研究区, 基于拉萨水文站和唐加水文站的水文实测数据和当雄 县等3 个气象站的气候观测数据, 统计分析了1956~2003 年研究区径流的年内、年际变化, 利用 Mann- Kendall 趋势分析法和Pettitt 变点检验法分析了拉萨河流域径流的变化特征, 采用多元回 归方法分析了气候因素( 气温、降水) 对径流变化的影响。结果表明: ( 1) 研究时段内, 径流年际变 化波动较大, 在1970 年前后径流发生了较大的突变, 呈现出明显的增加趋势, 尤以近20 年来的 趋势最大; 月均径流的年际变化中, 有增加趋势的主要分布在冬半年( 11～4 月) 和夏半年的个别 月份( 5、7、9 月) ; ( 2) 流域内气候变化趋势与径流变化趋势基本一致, 但不同月/年均径流受不同 气候因素影响, 主要表现在年平均尺度上受降水影响较大, 在月平均尺度上, 夏半年径流增加趋 势受降水增加影响较大, 而冬半年径流变化则主要与气温有较显著相关性, 其主要原因可能是全 球变暖导致冰川融水增加。     

新疆塔里木河三源流径流量变化趋势分析

运用非参数检验、R/S分析和小波分析等方法对塔里木河三源流的年径流序列进行了分析。结果表明:阿克苏河与叶儿羌河的突变点在1993年,而和田河在1978年;阿克苏河径流呈显著增加趋势而叶儿羌河增加不显著,结合其Hurst指数可知,在未来阿克苏河仍将保持增加走势而叶尔羌河将转变为减少;和田河径流呈轻微的减少趋势,其Hurst指数接近于0.5,具有随机性,不可做长程预测;阿克苏河在6、18、22 a周期性明显,和田河主周期为9和17 a,而叶尔羌河在3、9、13和17 a处周期性明显。     

塔里木河下游近50a来沙质荒漠化演变规律

荒漠化是人为强烈活动与脆弱生态环境相互作用的产物,是人地关系矛盾的结果。我国最长的内陆河-塔里木河下游卡拉的来水量,由50年代的14.80亿m³减少到90年代的2.38亿m³,造成地下水位下降,植被衰败。同时,受过度放牧、开垦、樵采等原因的影响,下游地区土地沙质荒漠化十分严峻,宏观格局上表现为绿色走廊由上段至下段,由中间至两侧沙漠化程度趋于加强。通过1959、1983、1992及1996年遥感信息制图定量研究表明,50年代至90年代沙漠化年均增长率达0.24%,其面积扩大的同时,程度也在加剧,自然景观也发生了一系列变化。应用GM(1,1)模型、非线性回归模型及多元线性回归模型趋势分析表明,以土地沙质荒漠化为主的环境问题仍十分突出。科学规划,整治上、中游河道,合理利用水资源,以解决下游生态及生产、生活用水。应用RS、GIS监测沙漠化变化,通过增加生态用水,恢复铁干里克-阿拉干段的天然植被,遏制沙漠化扩展,同时利用工程措施,保护阿拉干以下绿洲走廊及218国道安全畅道,防止脆弱生态环境继续恶化。     

黄河流域近50年降水变化趋势分析

本文简要分析了黄河流域降水空间分布规律,用非参数检验方法（Mann-Kendall法）对流域内77个气象站近50年的降水资料进行了年月降水序列趋势检验,并用线性回归方法与其进行了比较。结果表明,对于年降水序列,有65个气象台站呈现下降趋势,典型月（包括1月、4月、7月、10月）中4月、7月和10月对年降水下降趋势贡献较大,但其趋势空间分布情况存在差异。对于所有月降水序列,全年4⁵月以及7¹2月降水呈现下降趋势。而其趋势空间分布,黄河上游北纬35°以南地区除7⁹月外其余月份降水呈现增长趋势。渭河上游及呼和浩特地区降水趋势随月份时有变化,流域内其他地区降水则呈减少趋势。对比两种方法,Mann-Kendall方法在冬季（12月至次年2月）的检验结果中无变化趋势气象站数明显多于线性回归方法,且后者估计出的趋势变化幅度略大于Mann-Kendall方法所估计出的结果。     

新疆近50a来降水量时空变化及其突变分析

基于新疆53个气象台站1960—2005年逐月降水资料,通过Mann-Kendall非参数趋势检验方法,对新疆近50 a来年降水量和12个月降水量的趋势进行了分析,并计算12个月对年降水量的贡献率,同时通过SequentialMann-Kendall方法分析了27个台站年降水量显著增加趋势发生的时间突变点。结果表明,新疆近50 a来年降水量显著增加,北疆和南疆趋势最为明显;其中冬半年(1、2、11月和12月)这4个月的降水量增加趋势显著,对新疆年降水量的贡献较大;新疆大部分台站年降水量趋势发生突变的时间点在20世纪80年代以后。     

西北干旱区内陆河年径流过程的非线性特征——塔里木盆地三源河的实证分析

以塔里木盆地三源河为例,基于1957-2002年的时间序列,运用小波分析方法从不同的时间尺度上分析了年径流过程的非线性变化趋势,并运用关联维数和R/S分析方法揭示了其分形与混沌特征.主要结论如下:(1) 西北干旱区内陆河年径流过程,是复杂的非线性系统,它们具有波动性以及分形和混沌特征.(2) 从大的时间尺度,即16(24)年的时间尺度上来看,阿克苏河、叶尔羌河的年径流量,在整体上基本呈上升趋势,而和田河在整体上却基本呈轻微的下降趋势.如果把时间尺度缩小到8 (23)或4 (22)年,则各河流的年径流量就不再是上升或下降趋势,而是呈明显的波动变化,而且4(22)年尺度上的波动比8(23)年尺度上的波动更加明显.(3)和田河、叶尔羌河与阿克苏河的关联维数分别为3.222 7、3.211 8与 3.209 2,均为非整数,是分形,这说明三源河的年径流过程具有混沌特征.由于每一个关联维数都大于3,这就意味着,要从动力学角度描述三源河的径流过程,至少需要4个独立变量.(4) 从1989-2002年期间的Hurst指数可以判断,在2002年以后的14年里,阿克苏河与叶尔羌河的年径流量基本上将呈增加趋势,而和田河基本上将呈轻微的减少趋势.     

新疆塔里木河断流趋势分析与减缓对策

塔里木河断流的趋势日益严峻,主要表现在断流长度不断增加,断流时间持续加长,如果这种趋势不能遏制,将大大增加向塔里木河下游生态输水的难度,对流域生态安全和下游绿色走廊的保护产生重大影响。通过对塔里木河断流趋势和水文情势的分析计算,探讨了引起塔里木河断流点上移、断流时间和断流河道加长的原因以及河道断流态势进一步发展可能给塔里木河流域生态安全带来的影响。进一步分析塔里木河流域水土资源管理和水情变化与河道断流的关系,提出塔里木河上游源流区灌溉面积增加是导致进入干流水量减少、河道断流的主要原因,流域大面积垦荒和用水量增加加剧了河道断流趋势的发展。建议实施流域水资源统一管理,强化塔里木河流域管理局管理职能,加强对土地资源的管理,加快对天山地区岩溶地下水的研究与开发,关注山区水库修建可能对塔里木河断流和生态带来的新问题。     

塔里木河干流植被遥感监测时空多尺度协同分析方法

利用遥感植被指数、典型植被样方和地面观测信息进行塔里木河干流植被监测是目前的主要方法。由于塔里木河干流具有流域下垫面均匀性差,自然植被随机分布的特点,使得现有研究方法局限在特定的时间和空间尺度,很难使用地面的观测数据和不同尺度的遥感数据进行植被生长状态的协同分析。针对这些问题,本文提出了利用不同分辨率遥感数据和地面观测数据进行多尺度协同分析的方法MSSA(Multiple Scale Synergy Analysis)。该方法包括以下几个步骤:①通过低空间分辨率的遥感数据构建时间序列的塔里木河干流植被指数分布图像,在分析图像特征的基础上划分塔里木河遥感监测单元;②对监测单元内部不同组分的时间和空间状态参数进行量化与率定;③根据几何光学模型原理和植被随机分布特性,采用线性混合模型模拟单元植被指数;④根据模拟结果和遥感数据的对比分析,获得地面植被参量的可靠估计。该方法将地面组分的状态参量和遥感数据通过模拟模型相关联,实现了不同时空尺度遥感数据以及地面样方或者点观测数据的协同分析,为塔里木河干流植被监测进行长期、细致的研究建立了海量数据综合分析的方法体系。     

塔里木河干流水资源分配现状及其利用问题

基于塔里木河干流1957-2017年阿拉尔断面、英巴扎断面、恰拉断面来水量特征,首先初步分析塔里木河干流上、中、下游的耗水特征,并基于干流断流和生态输水时间节点,进一步分析1957-1972年、1973-2000年、2001-2017年上中下游各区间段耗水特征,根据这些历史数据变化,从管理角度判别上中下游较为合理的水量分配策略;其次,重点指出塔里木河干流在明确定位为生态河流背景下,未来水量调配精细化管理面临的主要三大基础性问题：灌区耕地面积不清、生态和农业用水量不清、水文数据存在偏差等,并指出问题产生的原因背景,以及从流域水资源管理体制机制上给出相关解决的建议。明确认识到目前塔里木河干流水资源分配利用存在的问题,是未来解决好流域生态环境的关键,通过这些问题的探讨藉此引起更多理性关注,对未来推动塔里木河流域生态环境改善的精细化管理具有重要意义。     

塔里木河流域60 a来天然径流变化趋势分析

利用塔里木河流域近60 a的地表径流、气温和降水量资料,通过趋势分析、突变检验、年代际分析等方法分析了塔里木河流域地表径流变化的时空差异性,探讨了塔里木河流域天然径流变化对气温、降水量变化的响应。研究表明：近60 a来塔里木河流域三源流径流整体存在增加的趋势,但干流径流存在减少的趋势;塔里木河流域三源流增加强度在1993年前后从强到弱依次为阿克苏河、叶尔羌河、和田河,进入2000年后从强到弱依次为和田河、叶尔羌河、阿克苏河;塔里木河流域三源流径流强度增加主要受降水增加和由气温增加引起的融雪径流增加的双重影响。     

塔里木盆地三源河年径流过程的非线形特征

This paper attempted to identify fractal and chaotic characteristics of the annual runoff processes in headwaters of the Tarim River. Methods of fractal analyses were used to explore several aspects of the temporal changes from 1957 to 2002. The main findings are as follows: (1) The annual runoff processes of the three headwaters of the Tarim River are complex nonlinear systems with fractal as well as chaotic dynamics. (2) The correlation dimensions of attractor derived from the time series of the annual runoff for the Hotan, Yarkand and Aksu rivers are all greater than 3.0 and non-integral, implying that all three rivers are chaotic dynamical systems that are sensitive to initial conditions, and the dynamic modeling of their annual runoff process requires at least four independent variables. (3) The time series of annual runoff in each river presents a long-term correlation characteristic. The Hurst exponent for the period of 1989 to 2002 suggests that we may expect to see an increasing trend in the annual runoff of the Aksu and Yarkand rivers in the years after 2002, but a decreasing tendency for the Hotan River in the same period. Foundation: Knowledge Innovation Project of CAS, No.KZCX2-XB2-03; Major Direction of Knowledge Innovation Project of CAS, No.KZCX2-YW-127; Shanghai Academic Discipline Project (Human Geography), No.B410 Author: Xu Jianhua (1965–), specialized in geographical quantitative methods and GIS.     

The complex nonlinear systems with fractal as well as chaotic dynamics of annual runoff processes in the three headwaters of the Tarim River

This paper attempted to identify fractal and chaotic characteristics of the annual runoff processes in headwaters of the Tarim River. Methods of fractal analyses were used to explore several aspects of the temporal changes from 1957 to 2002. The main findings are as follows: (1) The annual runoff processes of the three headwaters of the Tarim River are complex nonlinear systems with fractal as well as chaotic dynamics. (2) The correlation dimensions of attractor derived from the time series of the annual runoff for the Hotan, Yarkand and Aksu rivers are all greater than 3.0 and non-integral, implying that all three rivers are chaotic dynamical systems that are sensitive to initial conditions, and the dynamic modeling of their annual runoff process requires at least four independent variables. (3) The time series of annual runoff in each river presents a long-term correlation characteristic. The Hurst exponent for the period of 1989 to 2002 suggests that we may expect to see an increasing trend in the annual runoff of the Aksu and Yarkand rivers in the years after 2002, but a decreasing tendency for the Hotan River in the same period.     

黄河源区达日至玛曲段近50年径流量变化趋势分析

本文提出了用于长时间序列变化趋势预测分析的局部主周期分析方法,并依据黄河源区达日至玛曲段1956~2000年长时间序列径流量实测资料,对天然径流量多时间尺度变化特征及未来变化趋势作了实例分析预测。结果表明:①径流量序列具有多时间尺度变化特征,并且存在3.2a、7.5a、19.5a和36.5a左右的主周期。②径流量变化趋势为:在1956~1969年偏多、1969~1975年偏少、1975~1986年偏多、1986~2004年偏少、2004~2017年偏多、2017~2020年为平水期。1986年以来出现的枯水期,在2004年左右以后将得到改变。③径流量年际变化主要是受气候变化影响所致,人类活动作用不显著。④主周期具有时效性,只有在一定时段内才有意义。