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.     

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。     

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.     

长江上游流域1961-2000年气候及径流变化趋势

以长江上游流域及周边113个气象站1961-2000年的气象数据以及干流屏山、宜昌水文站的径流数据为基础,对40 a来的气温、降水、参照蒸散量和径流进行了趋势分析.长江上游流域大部分地区年平均温度呈现上升趋势,尤以1990年代的升温幅度最为显著,其中冬季的增温对年增温的贡献最大,增温区主要分布在长江源区及金沙江流域.长江上游流域年和冬季降水显著增加,年降水的增加主要由于夏季极端降水事件频率的增大,降水显著增加的区域主要分布在长江源区及金沙江流域.长江上游流域参照蒸散量呈显著的下降趋势,尤其是夏季参照蒸散量下降趋势最为显著,主要分布在川江流域.屏山站径流量表现为微弱增加趋势,而宜昌站径流量呈微弱下降趋势,这除了受人类活动的影响外,川江流域年降水量的下降是宜昌站径流量减少的主要原因.     

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。     

近54年渭干河流域径流变化特征及影响因素分析

基于1960~2013年渭干河流域逐月径流量观测资料及逐日气象数据,采用Kruskal-Wallis阶段转换检验、R/S分析、集合模态分解分析(EEMD)等方法研究了近54年渭干河流域径流量的年内、年际变化特征及其影响因素。结果表明:(1)近54年渭干河流域Cv、Cr较大,径流量年内分配不均衡,径流量夏季秋季春季冬季,未来这种趋势会更加明显。(2)径流年际变化特征可分为三个阶段,1960~1976年的枯水期、1976~1993年的平水期和1994~2013的丰水期。(3)径流量总体呈现增加趋势,其中夏季增长最为显著,其次是春秋季,冬季径流量有轻微减少。未来近期内,渭干河径流量还会继续保持增加。(4)流域气温和降水量亦呈增加趋势,突变点在1970s末和1990s初,与径流变化特征吻合,两者呈正相关关系。其中夏季径流量变化主要受降水影响,秋冬季径流量变化主要受气温影响。     

长江源区径流量变化分析

利用1960~2012年长江源区直门达以上流域水文观测数据,采用Mann-Kendall法对径流量数据进行突变检验,并结合径流过程线共同判断突变年份,最终确定2008年为径流量变化的突变年份。以径流突变年份分割时间序列为1960~2008年和2009~2012年,得到累积径流量、累积降水量与年份线性关系式。沱沱河以上降水和非降水因素对径流量增大的贡献率分别为22.89%和77.11%;直门达以上分别为67.85%和32.15%。研究结果显示长江源区近年来径流量呈增加趋势。     

气候变化与人类活动对渭河源区近30年径流量影响研究

利用渭河源区渭源水文站和气象站1981—2010年气温、降水、蒸发以及径流实测资料,运用坎德尔秩次相关、斯波曼秩次相关、线性趋势回归检验法对水文气象要素变化趋势进行检验,利用双累积曲线以及累积距平曲线找出年径流量突变年份,运用定量分析法计算气候变化与人类活动对径流量变异的贡献程度。结果显示:渭河源区年均降水量与年径流量均呈减少趋势,年均气温与年蒸发量呈显著上升趋势;渭河源区年均气温、年均降水量、年蒸发量、年径流量均发生显著性突变;年均降水量与年径流量相关性最高,降水量是影响渭河源区年径流量衰减主要气象因素;气候变化与人类活动对径流量变化的贡献率分别为23.2%和76.8%。人类活动是渭河源区流域径流量变异的关键驱动因素,对径流量变化的影响远大于气候变化影响程度。     

1960-2011年长江流域潜在蒸发量的时空变化特征

以长江流域123个气象站1960-2011年逐日气象数据为基础, 应用Penman-Monteith模型, 在ArcGIS环境下通过IDW插值法、 TFPW-MK、 R/S等方法分析了全流域潜在蒸发量变化的时空变化、 趋势性和持续性, 并探讨了影响潜在蒸发量的主要气象因素.结果表明: 年潜在蒸发量自1960年以来至2002年呈波动减少趋势, 2003-2009年呈显著增加趋势, 整体为增加趋势; 其中, 上游高原区、 上游盆地区、 下游区年潜在蒸发量呈增加趋势, 中游区呈下降趋势, 增幅最大的是上游盆地区.四季中, 春、 夏、 秋季和年潜在蒸发量具有持续性, 未来将持续增加.最低气温、 最高气温是影响长江流域潜在蒸发量增加的主要因子.     

青藏高原若尔盖生态区水资源对气候变化的响应

利用1980-2012年若尔盖水文站径流量资料、若尔盖及周边20个站同期气象观测数据,通过分析径流量演变规律及与气候因子的关系,研究了若尔盖生态区水资源对气候变化的响应.结果显示：近30 a该区域地表水资源整体呈波动下降趋势,气候倾向率为1.4×10⁸ m³·（10a）^-1;径流量的年际分布较均匀,年内分配呈双峰型,主要集中在6-9月,同期径流量集中度、集中期及丰枯率均呈现下降趋势,峰型度呈上升趋势,这与全球气候变暖及降水量减少相关.降水量是影响该流域径流量的最主要因子,夏季降水量很大程度决定着径流量的丰枯,而秋季径流量对降水量的响应最为敏感.气温的升高导致高山冰雪消融量的增大,进而使非汛期径流量增加;同时,流域蒸发量的加大,增加了地表水资源的消耗.     

1981-2013年气候因子变化对西藏拉萨河径流的影响

采用1981-2013年西藏拉萨河流域2个气象站降水量、气温、蒸发量的实测数据,以及拉萨水文站径流序列资料,分析拉萨河流域降水、气温变化及其对径流量的影响.结果显示:近33 a来,拉萨河流域降水量呈增多趋势,冷季增多趋势显著,倾向率达到3.51 mm·(10a)^-1;年、季平均气温、平均最高、最低气温呈显著增高趋势.平均气温倾向率年尺度为0.58℃·(10a)^-1、暖季0.42℃·(10a)^-1、冷季0.74℃·(10a)^-1;年、季蒸发量呈显著减少趋势,倾向率达到年127.7 mm·(10a)^-1、暖季82.2 mm·(10a)^-1、冷季45.5 mm·(10a)^-1.20世纪80年代降水量偏少、气温偏低、蒸发量大,是一个比较寒冷干燥的时期;90年代降水增多、气温增高、蒸发量减少,到21世纪初,降水、气温均达到各年代最高值,蒸发量为各年代最小,拉萨河流域进入一个相对温暖湿润的时期;拉萨河径流量年际变化较小,其变化趋势与降水、气温基本一致,20世纪80年代径流量最小,之后逐年代增大,21世纪初,年、季径流量达到各年代最大.1983年全流域出现的干旱少雨天气,导致20世纪80年代拉萨河年和暖季径流略偏枯,其他时段年、季径流无明显的丰枯变化,处于一个比较平稳的状态;拉萨河流域降水量的大小直接影响着径流量的大小,且暖季降水在拉萨河年径流的形成上起主导作用;气温的显著升高和人类活动对下垫面条件的改变,削减了降水量增多、蒸发量减少对径流形成的有利影响.     

气候变化对博尔塔拉河上游径流量的影响分析

应用博尔塔拉河上游温泉水文站和温泉气象站1961-2012年的观测资料,分析博尔塔拉河上游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50a来,博尔塔拉河上游区出现了气温升高、降水量增加的暖湿化气候变化趋势。其中,在夏、秋、冬季升温明显,夏、冬季增湿明显;对气温与降水序列进行统计检验,得出该地区气温、降水增加的趋势显著,气温的增加趋势大于降水;通过研究发现,气温是影响博尔塔拉河出山径流量的主要因子,尤其是夏季平均气温与年径流量的相关系数最大,为0.71;夏季降水量与年径流量相关系数为0.52。利用夏季平均气温、夏季降水量建立多元线性回归模型,相关系数为R=0.78。说明温泉气象站的夏季温度上升、降水量增加,博尔塔拉河的径流量就会增加;由于气候暖湿变化效应,大气降水和来水量的增加,使这一地区的荒漠植被得到了一定的恢复,在一定程度上减少了风沙天气,湖区的生态环境已有明显改善。     

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.     

长江源多年冻土区典型小流域水文过程特征研究

基于长江源风火山多年冻土区典型小流域2004-2007年的观测资料,运用回归和统计分析方法,探讨了气温、地温、降水、土壤水分与径流的响应关系.结果表明:5-9月为研究流域的水文过程活跃期,该时段的径流量占全年总径流量的85%;径流过程中存在春汛和夏汛,夏汛洪峰值明显高于春汛.径流过程中不同时段具有不同的影响主导因子,春汛期主要是65 cm以上的土壤温度和水分起主导作用;夏季枯水期40 cm以上土壤水分与径流是负相关,深层地温和土壤水分起主导作用;夏汛期气温、降水起主导作用;秋季枯水期的影响因子依次为土壤温度、水分及气温.多年冻土区降水大部分冻结在土壤中或者用来补充土壤水分的亏缺,不能直接产流,只有在春汛和夏汛期间与径流保持一定的相关关系.     

冻土退化对海拉尔河流域水文过程的影响

利用海拉尔河流域内气象站点1974—2006年冻土冻结深度资料和水文站点1974—2008年的径流资料,通过建立冻结深度和径流的关系,研究了区域近30年来冻土变化对径流变化的影响。结果表明:近30年来,海拉尔、坝后和红花尔基水文站1~3月份径流量有13%~20%的增长,牙克石水文站径流量增长不显著。退水曲线由陡峭趋于平滑,冬季2月份径流量与秋季11月份径流量比值呈增大趋势,同期流域冻土的最大冻结深度减小了50 cm左右。这表明海拉尔河流域冬季退水过程有减缓趋势且冻土的退化是导致退水变慢的主要原因。冻土退化的这一水文效应主要是由于:① 随着冻土年内隔水效应减弱,流域内有更多的地表水入渗变成地下水,造成流域地下水储水量加大,导致冬季径流增加; ② 随着春夏季冻土平均厚度的减薄,流域地下水库库容增加,地下水枯季径流补给能力增强,导致流域退水时间延迟;③ 冻土对气候变暖的响应是一个缓慢的过程,因此冻土退化对径流过程的影响也是一个渐变过程。     

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.     

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50 a来我国东北多年冻土区南缘海拉尔河流域径流变化特征分析

选取位于我国东北多年冻土区南缘的海拉尔河流域作为研究对象,根据海拉尔河水文站1958-2008年的逐月实测径流量资料,用径流量的年内年际变化、各季占年径流量的百分比、年内不均匀系数、集中度以及降水量-径流量双累积曲线等不同指标,分析研究了海拉尔河上游径流量年际变化和年内分配的规律.研究表明：近50 a来海拉尔河径流量总体上呈递减趋势,并且径流量的递减与面上降水量的递减总体上一致;春、秋季节径流量均呈现出下降趋势,冬季径流量呈增加趋势. 冬季径流量增加可能是冬季积雪增多以及流域多年冻土退化,积雪对冻结的抑制有利于冬季的产流,从而使冬季产流增加所致. 径流量年内分配不均匀程度增加,秋季径流量比重显著下降,水资源年内分布集中程度增加,这一现象可能是由于夏季风的减弱所致. 通过运用双累积曲线法,研究区降水与径流的关系在1980年前后发生了明显变化,产流表现为增加趋势,但1999年后产流能力显著下降.     

1990-2007年贡嘎山海螺沟径流变化对气候变化的响应

使用1990-2007年近20 a的径流和相应的降水、温度等资料,对贡嘎山东坡海螺沟冰川河年径流与季节径流对气候变化的响应进行分析.结果表明:年径流与季节径流对气候因子的敏感性不同,各个季节径流对气候因子的敏感性也有差异.平均地温逐年升高是海螺沟年平均径流量增加的关键因素,相对影响力为77%,降水因子占23%.春季径流量的增加归因于平均最低气温的升高,其影响程度为68%;温度同样是影响夏季径流的主要因子,平均最低气温,平均日较差相对影响程度分别为34%、 31%;降水量增多、平均地温升高是秋季径流量增加的主要原因,相对影响程度分别是35%、 65%;影响冬季径流的主要气候因子是冬季平均最低气温、平均地温,影响程度分别是36%,64%.温度是影响冰川径流季节和年际变化的共性主导因素,气温升高及其导致的地温显著增加是海螺沟径流增加的主要原因.     

中国极端气温季节变化对全球变暖减缓的响应分析

利用经过质量控制和均一化处理的中国气象站点1979-2014年逐月最高气温和最低气温资料,对806个无缺测站的数据进行趋势分析和比较,并且计算了各季节对变暖减缓的贡献率,结果表明:中国区域极端气温(最高和最低气温)存在变暖减缓或变冷现象,而不同区域在不同季节对全球变暖减缓的响应程度不同.相比于1979-1999年,2000-2014年极端气温在全国大部分地区春、冬季有明显的变暖减缓或者变冷现象,在长江流域以北大部分地区极端气温在夏季变暖减缓或变冷现象明显,而秋季全国大部分地区最低气温有明显的增暖现象.全国许多地区春季是导致极端气温变暖减缓或变冷的最主要季节,而夏、秋、冬季则是导致部分地区变暖减缓或变冷的主要季节,此外秋季也是导致全国许多地区最低气温变暖的最主要季节.我国大部分地区2000-2014年的变暖减缓或变冷趋势可能受太平洋年代际振荡(PDO)冷位相的调控,而PDO冷位相对最低气温的影响范围更大一些.