瀾滄江-湄公河流域溫度和降水變化趨勢(shì)分析

吳 迪，趙 勇，裴源生，翟家齊

（中國(guó)水利水電科學(xué)研究院 水資源研究所，北京 100038）

1 研究背景

瀾滄江-湄公河發(fā)源于中國(guó)青藏高原唐古拉山北麓，自北向南先后流經(jīng)中國(guó)的青海、西藏和云南以及緬甸、老撾、泰國(guó)、柬埔寨和越南，在越南的胡志明市西部入海，是東南亞地區(qū)唯一穿越5個(gè)國(guó)家的重要國(guó)際河流，在中國(guó)境內(nèi)稱(chēng)瀾滄江，出境后稱(chēng)湄公河［1］。瀾滄江-湄公河流域總面積81.1萬(wàn)km2，河流上下游較寬闊，中游狹窄，流域內(nèi)地形起伏劇烈，地勢(shì)復(fù)雜，氣候多變。從河源到河口，干流全長(zhǎng)4 880km，總落差5 167m，平均比降0.104%，多年平均徑流量4 750億m3，多年平均入海流量1.2萬(wàn)m3/s。流域水資源主要靠冰川融水和大氣降水補(bǔ)給，受氣候變化影響較大。觀測(cè)記錄表明，氣候變化已經(jīng)引起了流域溫度、降水、徑流和蒸發(fā)等水文氣象要素的變化，使流域水資源量和干支流流量發(fā)生變化，導(dǎo)致海水入侵、海平面上升和干旱、洪水等極端事件頻率和強(qiáng)度增加，同時(shí)也對(duì)流域的水庫(kù)調(diào)度、航運(yùn)、發(fā)電、自然生態(tài)系統(tǒng)（尤其是近海岸帶和河口生態(tài)系統(tǒng)）及農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)等產(chǎn)生顯著影響。

本文采用線性?xún)A向估計(jì)、滑動(dòng)平均和Mann-Kendall檢驗(yàn)方法對(duì)流域現(xiàn)狀溫度和降水變化情勢(shì)進(jìn)行定量分析，從而對(duì)流域近30年來(lái)氣候變化特征有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)，為流域水資源開(kāi)發(fā)利用、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

2 資料與方法

2.1 資料綜合考慮氣象站點(diǎn)地理位置的代表性以及觀測(cè)資料的同步性和完整性，選取流域內(nèi)7個(gè)代表站（雜多、德欽、思茅、萬(wàn)象、穆達(dá)漢、猜也蓬、胡志明）30年（1980—2009年）的逐日溫度和降水觀測(cè)數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)資料。對(duì)各站逐日平均溫度、降水值進(jìn)行整理，獲得各月及年平均序列值，7個(gè)代表站年、月溫度和降水的算術(shù)平均值作為全流域的平均。從氣候和統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上看，30年的時(shí)間序列可以說(shuō)明流域目前氣候變化情況，同時(shí)也可以獲得比較可信的結(jié)果。代表站點(diǎn)信息及分布位置如表1和圖2所示。

表1 流域代表氣象站

2.2 方法本文主要采用線性?xún)A向估計(jì)、滑動(dòng)平均和Mann-Kendall檢驗(yàn)方法［2-5］對(duì)流域平均溫度和降水變化趨勢(shì)進(jìn)行對(duì)比分析。

2.2.1 線性?xún)A向估計(jì) 用yi表示樣本量為n的某一變量，用xi表示yi所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，建立x與y之間的一元線性回歸：

式中：a為回歸常數(shù)；b為回歸系數(shù)，其值為上升或下降的速率即表示上升或下降的傾向度，b＞0，說(shuō)明隨時(shí)間x增加y呈上升趨勢(shì)；b＜0，說(shuō)明隨時(shí)間x增加y呈下降趨勢(shì)。

其顯著性通過(guò)t檢驗(yàn)進(jìn)行判斷，其檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量為：

式中：r為相關(guān)系數(shù)。統(tǒng)計(jì)量Tc遵從自由度（n-2）的t分布。給定顯著性水平α，若 |Tc|＞Tα，則拒絕原假設(shè)H0，認(rèn)為y的變化趨勢(shì)是顯著的。

2.2.2 滑動(dòng)平均法 滑動(dòng)平均是趨勢(shì)擬合技術(shù)中常用的一種方法。它相當(dāng)于低通濾波器，經(jīng)過(guò)滑動(dòng)平均后，序列中短于滑動(dòng)長(zhǎng)度的周期大大削弱，獨(dú)立性和自然度降低，顯示出變化趨勢(shì)。對(duì)樣本量為n的序列x，其滑動(dòng)平均序列表示為：

式中：k為滑動(dòng)長(zhǎng)度。

2.2.3 Mann-Kendall檢驗(yàn)法 Mann-Kendall秩次相關(guān)檢驗(yàn)法是一種非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法，其優(yōu)點(diǎn)是不需要樣本遵從一定的分布，也不受少數(shù)異常值的干擾，更適用于類(lèi)型變量和順序變量，因此在水文、氣象趨勢(shì)分析中得到廣泛應(yīng)用。

假定對(duì)時(shí)間序列Xi進(jìn)行M-K趨勢(shì)檢驗(yàn)，則對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)量τ、方差以及標(biāo)準(zhǔn)化的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量ZC分別用下式進(jìn)行計(jì)算：

式中：P為序列中所有對(duì)偶觀測(cè)值（Xi，Xj，i＜j）中Xi＜Xj出現(xiàn)的次數(shù)；n為序列樣本長(zhǎng)度。

在給定的α置信水平上，如果 |ZC|≥Z(1-α2)，則拒絕零假設(shè)，時(shí)間序列數(shù)據(jù)存在明顯的上升或下降趨勢(shì)。其中，α為置信水平，Z(1-α2)為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的1-α/2分位值。ZC＞0時(shí)為上升趨勢(shì)，反之為下降趨勢(shì)。通過(guò)計(jì)算Kendall傾向度β值來(lái)衡量趨勢(shì)的大小，β值為正表示趨勢(shì)上升，為負(fù)表示趨勢(shì)下降，β絕對(duì)值越大表示上升或下降趨勢(shì)越顯著。β用下式計(jì)算：

Mann-Kendall方法不僅能夠有效地檢驗(yàn)序列的變化趨勢(shì)，還能夠?qū)π蛄羞M(jìn)行突變檢驗(yàn)，大致確定序列發(fā)生突變的位置，對(duì)序列在不同階段變化趨勢(shì)進(jìn)行比較詳細(xì)的描述。假定時(shí)間序列隨機(jī)獨(dú)立，定義如下統(tǒng)計(jì)量：|UFk|＞U(1-α2)時(shí)，表示存在一個(gè)強(qiáng)的上升或下降趨勢(shì)。本文采用置信度α=0.05，對(duì)流域氣象要素變

式中：ri為第i個(gè)樣本Xi大于Xj（2≤j≤i）的累計(jì)數(shù)。對(duì)dk標(biāo)準(zhǔn)化后得到UFk，給定顯著水平α，當(dāng)化趨勢(shì)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，其對(duì)應(yīng)的臨界值Z（1-α/2）=1.96。

3 結(jié)果及分析

3.1 溫度變化趨勢(shì)

3.1.1 年際變化 圖1給出了流域年平均溫度及其5年滑動(dòng)平均過(guò)程。由圖1可見(jiàn)，流域多年平均溫度為17.05℃，年平均溫度變化呈增加趨勢(shì)，線性?xún)A向率為0.02℃/a，其增加趨勢(shì)的t檢驗(yàn)通過(guò)了0.05的顯著性水平。5年滑動(dòng)平均也較好的反映了溫度變化的波動(dòng)上升趨勢(shì)。如圖2所示，全流域不同年代平均溫度變化也呈不斷增加態(tài)勢(shì)，20世紀(jì)80年代平均溫度為16.87℃，到了90年代平均溫度為17.04℃，較80年代增加了0.17℃；而最近10年平均溫度達(dá)到了17.25℃，較80年代增加了0.21℃，增加較為明顯。

圖3是流域各代表站年平均溫度變化趨勢(shì)。由圖可見(jiàn)：（1）流域內(nèi)不同地區(qū)代表站年平均溫度變化趨勢(shì)并不一致，雜多、德欽和思茅站年平均溫度變化均呈明顯增加趨勢(shì)，其趨勢(shì)檢驗(yàn)達(dá)到了0.05的顯著性水平。穆達(dá)漢站年平均溫度也呈增加趨勢(shì)，但沒(méi)有通過(guò)0.05的顯著性水平檢驗(yàn)，增加趨勢(shì)不明顯；萬(wàn)象、猜也蓬、胡志明站年平均溫度呈減少趨勢(shì)，都沒(méi)有通過(guò)0.05的顯著性水平檢驗(yàn)，減少趨勢(shì)不明顯；（2）從各站5年滑動(dòng)平均曲線來(lái)看，雜多、德欽和思茅站年平均溫度呈較為明顯的波動(dòng)上升趨勢(shì)，而萬(wàn)象和胡志明站在2000年以后溫度減少趨勢(shì)明顯，穆達(dá)漢和猜也蓬站年平均溫度滑動(dòng)平均曲線基本在均值線附近上下波動(dòng)，趨勢(shì)并不明顯；（3）流域北部高海拔地區(qū)代表站溫度增加趨勢(shì)明顯，雜多和德欽站線性?xún)A向率最大，均達(dá)到了0.06℃/a。這與氣候變暖背景下，青藏高原地區(qū)溫度增加明顯是一致的［6-7］；（4）整體來(lái)看，受地理位置等綜合因素影響，除個(gè)別站點(diǎn)溫度變化表現(xiàn)出不顯著的降溫趨勢(shì)外，流域年平均溫度變化呈增加趨勢(shì)，且北部地區(qū)溫度增加幅度大于南部，表現(xiàn)出明顯的溫度隨地形變化的特征。

3.1.2 季節(jié)變化 如表2所示，對(duì)流域及各代表站溫度季節(jié)變化的MK檢驗(yàn)表明：全流域不同季節(jié)溫度增加趨勢(shì)并不明顯。溫度均值比較，夏季＞春季＞秋季＞冬季，除上游源區(qū)外，流域溫度季節(jié)變化不分明，但表現(xiàn)出較明顯的溫度隨地形變化的特征。從不同地區(qū)代表站溫度季節(jié)變化上看，其增減趨勢(shì)并不一致。春、夏、秋三季流域北部雜多、德欽和思茅站溫度均有顯著（α=0.05）的增加趨勢(shì)；而冬季除思茅站溫度增加趨勢(shì)明顯外，雜多和德欽站溫度變化趨勢(shì)不明顯。流域南部的萬(wàn)象、穆達(dá)漢、猜也蓬和胡志明站春季溫度呈顯著（α=0.05）減少趨勢(shì)，其它季節(jié)溫度變化趨勢(shì)不明顯?？傮w來(lái)看，流域北部高海拔地區(qū)四季溫度增加趨勢(shì)明顯，而南部地區(qū)變化趨勢(shì)不明顯。

3.1.3 年平均溫度MK值變化分析 如圖4所示，對(duì)全流域及各站年平均溫度序列的MK趨勢(shì)分析表明：流域年平均溫度呈顯著上升趨勢(shì)，溫度傾向度β為0.20℃/10a，年平均溫度MK檢驗(yàn)通過(guò)了給定的α=0.05的顯著性水平。從MK曲線可以看出，1980—1998年溫度呈不明顯的減少趨勢(shì)，其中1982—1986年有一個(gè)明顯的降溫期；1998—2001年，溫度呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，在2002年以后溫度上升尤為明顯。

流域北部地區(qū)雜多、德欽和思茅站年平均溫度呈顯著（α=0.05）上升趨勢(shì)，不同站點(diǎn)溫度傾向度β分別為0.66℃/10a、0.56℃/10a和0.43℃/10a，表明高海拔地區(qū)站點(diǎn)溫度增加趨勢(shì)明顯。從MK值變化曲線來(lái)看，3站溫度變化階段基本一致。1980—1994年溫度呈不明顯的減少趨勢(shì)，1994—2000年，溫度呈增加趨勢(shì)，在2000年以后溫度增加趨勢(shì)更為明顯。

流域南部地區(qū)萬(wàn)象、穆達(dá)漢、猜也蓬和胡志明站年平均溫度變化呈減少趨勢(shì)。萬(wàn)象和胡志明站年平均溫度減少趨勢(shì)顯著（α=0.05），而穆達(dá)漢和猜也蓬站年平均溫度沒(méi)有通過(guò)α=0.05的顯著性水平檢驗(yàn)，減少趨勢(shì)不明顯。4站溫度傾向度β分別為-0.08℃/10a、0.04℃/10a、-0.06℃/10a和-0.12℃/10a。

從MK曲線可以看出，4站溫度變化增減階段并不一致，胡志明站1990—2000年溫度呈增加趨勢(shì)，其余年份溫度呈減少趨勢(shì)，但溫度增減趨勢(shì)都不顯著。穆達(dá)漢站年均溫度變化呈減少趨勢(shì)，但1980—1998年溫度減少趨勢(shì)明顯，從1998年以后溫度減少趨勢(shì)并不顯著。穆達(dá)漢和猜也蓬站年均溫度變化呈減少趨勢(shì)，1980—1998年溫度減少趨勢(shì)明顯，從1998年以后溫度減少趨勢(shì)并不顯著。胡志明站年均溫度變化呈不顯著的減少趨勢(shì)，1988—1992年有一個(gè)明顯的增溫期，但趨勢(shì)并不明顯。

表2 溫度季節(jié)變化趨勢(shì)MK檢驗(yàn)

表3 年平均溫度變化趨勢(shì)MK檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)

3.2 降水

3.2.1 年際變化趨勢(shì) 圖5是流域年平均降水及其5年滑動(dòng)平均過(guò)程。由圖5可見(jiàn)，流域多年平均降水量為1 143mm，年平均降水變化呈顯著（α=0.05）增加趨勢(shì)，其線性?xún)A向率為10.49mm/a，降水5年滑動(dòng)平均曲線大致呈“增加-減少-增加”的趨勢(shì)。從不同年代多年平均降水變化來(lái)看（如圖6所示），20世紀(jì)80年代年平均降水量為1 199mm，90年代平均降水量為1 187mm，而最近10年平均降水量為1 229mm，其降水年代變化趨勢(shì)與滑動(dòng)平均一致，但降水年代間變化不大。

圖7是各代表站年平均降水及其5年滑動(dòng)平均過(guò)程，可以看出：（1）流域不同地區(qū)代表站年平均降水變化趨勢(shì)并不一致，流域北部地區(qū)雜多和思茅站降水呈減少趨勢(shì)，線性?xún)A向率分別為-0.96mm/a和-4.73mm/a，而德欽站降水呈增加趨勢(shì)，線性?xún)A向率為1.82mm/a，但3站降水增減趨勢(shì)均未通過(guò)0.05顯著性水平的t檢驗(yàn)；除穆達(dá)漢站，流域南部地區(qū)萬(wàn)象、猜也蓬和胡志明站年均降水均呈顯著（α=0.05）增加趨勢(shì)，其線性?xún)A向率分別為30.75mm/a、11.69mm/a和36.88mm/a。（2）全流域不同地區(qū)降水變化趨勢(shì)和強(qiáng)度并不一致，北部高海拔地區(qū)站點(diǎn)降水呈減少趨勢(shì)，而南部平原區(qū)站點(diǎn)降水呈明顯增加趨勢(shì)。受地理位置、海拔高度、大氣環(huán)流和局地小氣候等綜合因素的影響，降水變化較為復(fù)雜［8-9］。

3.2.2 季節(jié)變化趨勢(shì) 瀾滄江-湄公河流域位于亞洲熱帶季風(fēng)區(qū)的中心，每年5—9月底受西南季風(fēng)影響，潮濕多雨；11月—翌年3月中旬受東北季風(fēng)影響，干燥少雨，因此將流域全年降水劃分為兩個(gè)階段，即雨季（5月—10月）和旱季（11月—翌年4月）。圖8是流域年、雨季和旱季降水年際變化過(guò)程。由圖可見(jiàn)，流域雨季多年平均降水量為975mm，占全年降水的85%，而旱季多年平均降水量?jī)H為168mm，僅占全年降水的15%，雨季降水年際變化過(guò)程與全年降水變化基本一致，雨季降水多少直接影響流域全年降水的變化，這種降水年內(nèi)分配的不均勻性也容易導(dǎo)致流域雨季洪澇和旱季干旱的發(fā)生。

從降水季節(jié)MK統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果看，流域雨季降水增加趨勢(shì)明顯，而旱季降水增加不明顯。從區(qū)域上看，流域北部地區(qū)雨季降水增減趨勢(shì)并不明顯，而南部地區(qū)的萬(wàn)象和胡志明站降水增加趨勢(shì)明顯；流域北部地區(qū)旱季降水減少趨勢(shì)不明顯，而南部地區(qū)降水增加趨勢(shì)也不明顯。

表4 代表站降水季節(jié)變化趨勢(shì)MK檢驗(yàn)

3.2.3 年平均降水MK值變化分析 從圖9和表5可知，流域多年平均降水呈顯著（α=0.05）上升趨勢(shì)，年平均降水傾向度β為12.89mm/a。從降水MK曲線可以看出，1993年以前降水呈減少趨勢(shì)，尤其是1980—1988年降水減少趨勢(shì)顯著。1993年以后降水呈不顯著的增加趨勢(shì)，但2005年以后降水增加趨勢(shì)明顯。

流域北部地區(qū)雜多、思茅和穆達(dá)漢3站降水變化均呈不顯著（α=0.05）減少趨勢(shì)，其降水傾向度β分別為-0.17mm/a、-2.49mm/a和-3.69mm/a。

流域南部地區(qū)德欽、萬(wàn)象、猜也蓬和胡志明4站降水變化較為復(fù)雜，從表5可以看出：（1）德欽站降水呈不顯著（α=0.05）增加趨勢(shì)，其降水傾向度β為2.11mm/a；從降水MK曲線可以看出，1996年以前降水呈減少趨勢(shì)，尤其在1987年以前降水減少趨勢(shì)明顯。1996年以后，降水呈不顯著的增加趨勢(shì)；（2）萬(wàn)象站降水呈顯著（α=0.05）增加趨勢(shì)，其降水傾向度β為30.76mm/a；從MK變化曲線可以看出，在1993年以前降水呈減少趨勢(shì)，尤其是在1980—1985年降水減少顯著；在1993年以后降水呈增加趨勢(shì)，在1998—2009年降水增加趨勢(shì)明顯；（3）猜也蓬站降水呈不顯著（α=0.05）的增加趨勢(shì)，降水傾向度β為10.14mm/a。從MK曲線可以看出，在1989年以前降水呈不明顯的減少趨勢(shì)，而在1989年以后降水呈不明顯的增加趨勢(shì)；（4）胡志明站降水呈顯著（α=0.05）增加趨勢(shì)，其降水傾向度β為43.93mm/a。從MK曲線可以看出，在1995年以前降水呈減少趨勢(shì)，尤其是1992年以前，降水減少趨勢(shì)顯著；在1995年以后降水呈不明顯增加趨勢(shì)，但2006年以后的最近幾年降水增加趨勢(shì)明顯。

表5 年平均降水變化趨勢(shì)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)瀾滄江-湄公河流域7個(gè)代表站近30年溫度和降水觀測(cè)資料的統(tǒng)計(jì)分析，可以初步得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：（1）流域年平均溫度變化呈明顯增加趨勢(shì)，線性?xún)A向率為0.02℃/a；不同地區(qū)（不同經(jīng)緯度和海拔高度）氣象站年平均溫度變化增減趨勢(shì)并不一致，北部高寒高海拔地區(qū)溫度增加幅度明顯大于南部平原區(qū)。從年平均溫度MK值變化可以看出，流域北部地區(qū)氣象站在20世紀(jì)80年代基本處于變化趨勢(shì)不顯著的降溫階段，從90年代開(kāi)始溫度呈增加趨勢(shì)，而最近10年溫度增加趨勢(shì)尤為明顯；流域南部地區(qū)氣象站呈降溫趨勢(shì)，個(gè)別站點(diǎn)在80、90年代溫度減少趨勢(shì)明顯。（2）流域不同季節(jié)溫度增加趨勢(shì)并不顯著，溫度季節(jié)變化不分明，但溫度隨地形變化較為明顯。從不同地區(qū)代表站溫度季節(jié)變化上看，其增減趨勢(shì)并不一致。流域北部高寒高海拔地區(qū)各季節(jié)溫度增加趨勢(shì)較為明顯，而南部地區(qū)溫度季節(jié)變化趨勢(shì)不顯著。（3）流域年平均降水呈顯著增加趨勢(shì)，線性?xún)A向率為10.49mm/a；年平均降水在不同年代呈現(xiàn)出“增加-減少-增加”的趨勢(shì)，與5年滑動(dòng)平均趨勢(shì)基本一致。由于受地形地勢(shì)、大氣環(huán)流、局地小氣候等綜合因素影響，流域降水變化較為復(fù)雜，不同地區(qū)降水增減變化趨勢(shì)也不一致。從年平均降水MK值變化過(guò)程看，20世紀(jì)80年代流域各站降水變化呈減少趨勢(shì)，90年代后各站降水變化趨勢(shì)有增有減，但總體變化趨勢(shì)不顯著。（4）流域雨季降水占全年降水比重較大，達(dá)到了85%，而旱季降水僅占全年降水的15%，因此雨季降水的多少直接影響流域全年降水的變化。降水季節(jié)MK統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果也表明全流域雨季降水增加趨勢(shì)明顯，而旱季降水增加趨勢(shì)不顯著。

總之，人類(lèi)活動(dòng)導(dǎo)致溫室氣體排放的增加所產(chǎn)生的“溫室效應(yīng)”是促使全球升溫的主要原因，在全球變暖的影響下，流域溫度呈顯著增加趨勢(shì)；而全球海洋變暖引起的大氣中水汽含量增加，以及流域所處的地理位置和多種季風(fēng)環(huán)流的影響，可能是導(dǎo)致流域降水增加的主要原因，但降水變化較為復(fù)雜，還需要進(jìn)行大量的觀測(cè)和更深入的研究。

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