拉薩河流域水循環(huán)要素演變趨勢(shì)分析

洛珠尼瑪，王建群，徐幸儀

(1.西藏自治區(qū)水文局，西藏 拉薩 850000； 2.河海大學(xué)水文水資源學(xué)院，江蘇 南京210098)

1 概 述

拉薩河流域位于北緯29°32′～31°28′和東經(jīng)90°06′～93°36′之間，流域面積32896km2，約占雅魯藏布江流域面積的13.6%，其中冰川面積702km2。拉薩河流域的北面和東面與怒江流域相鄰，東面為雅魯藏布江支流帕隆藏布和尼洋河流域，南面為雅魯藏布江干流流域，西面和西北面以念青唐古拉山脈為界，與藏北高原毗連。青藏高原因其高海拔、地表物理性質(zhì)復(fù)雜等特點(diǎn)，在全球氣候變化中具有其自身特殊的演變規(guī)律[1-2]，是全球變化研究的熱點(diǎn)區(qū)域。拉薩河流域地處青藏高原的腹地，研究拉薩河流域水循環(huán)要素演變趨勢(shì)規(guī)律，對(duì)全球變化研究有著重要的意義。

關(guān)于西藏高原地區(qū)氣候變化的趨勢(shì)，有著大量的研究，例如文獻(xiàn)[3-6]。文獻(xiàn)[3]利用西藏地區(qū)1961—2000年的月平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫資料， 分析了近40 年高原氣溫的變化趨勢(shì)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，西藏大部分地區(qū)四季和年平均氣溫為升溫趨勢(shì)。文獻(xiàn)[4] 利用西藏地區(qū)1971—2000年月降水量資料分析了近30年高原降水的變化趨勢(shì)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，西藏大部分地區(qū)年降水量變化為正趨勢(shì)，降水傾向率為1.4～66.6mm/10a，而阿里地區(qū)呈較為明顯的減少趨勢(shì)。文獻(xiàn)[5] 利用西藏高原近40 年來(lái)的逐月氣象數(shù)據(jù)， 通過(guò)時(shí)間序列分析和Mann-Kendall(以下簡(jiǎn)稱(chēng)M-K)秩次相關(guān)檢驗(yàn)方法， 揭示了近40 年來(lái)西藏高原氣候變化的主要特征，認(rèn)為降水趨勢(shì)變率空間分布上的基本規(guī)律是，其大小由東往西逐漸減小， 藏中和藏東為上升趨勢(shì)， 藏西為下降趨勢(shì)。文獻(xiàn)[6]選取藏北地區(qū)有長(zhǎng)期、連續(xù)記錄的5 個(gè)氣象站點(diǎn)，分析了藏北地區(qū)近40 年來(lái)的氣候變化特征， 并對(duì)其可能影響進(jìn)行分析，認(rèn)為藏北地區(qū)近40 年來(lái)溫度上升趨勢(shì)明顯，尤其降水的年際波動(dòng)大， 自20 世紀(jì)90 年代以后明顯增多。文獻(xiàn)[7] 從西藏地區(qū)27個(gè)氣象站點(diǎn)的年平均氣溫、降水量和蒸發(fā)量1957—2002年的長(zhǎng)時(shí)間序列出發(fā)，研究了西藏高原氣象要素長(zhǎng)期變化趨勢(shì)和持續(xù)性，認(rèn)為西藏地區(qū)年平均氣溫將全面上升，年降水量在偏西部地區(qū)呈下降趨勢(shì)、在其他地區(qū)呈上升趨勢(shì)，年蒸發(fā)量除獅泉河附近的帶狀區(qū)域外，其余地區(qū)呈下降趨勢(shì)。

西藏高原地區(qū)氣候變化的趨勢(shì)盡管有著大量研究，但關(guān)于地處青藏高原腹地的拉薩河流域水循環(huán)要素演變趨勢(shì)還缺少研究。筆者將利用拉薩水文站長(zhǎng)系列水文氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)拉薩河流域水循環(huán)要素演變趨勢(shì)進(jìn)行分析研究。

2 資料與方法

研究選取拉薩水文站1956—2009年降水、氣溫、蒸發(fā)皿、徑流等水文氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)。

采用M-K秩次相關(guān)檢驗(yàn)法[8]、線性回歸分析法對(duì)拉薩水文站降水、氣溫、蒸發(fā)皿、徑流等水循環(huán)要素演變趨勢(shì)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)和分析，用年內(nèi)分配不均勻系數(shù)分析拉薩水文站徑流徑流年內(nèi)分配不均勻性的變化趨勢(shì)。

對(duì)時(shí)間序列x1，x2，…，xn(n為樣本長(zhǎng)度)，定義M-K秩次相關(guān)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量U如下：

(1)

(2)

(3)

式中：m為“結(jié)”的總數(shù)，tj為第j個(gè)“結(jié)”的寬度，j=1，2，…，m。當(dāng)n增大時(shí)，U很快收斂于標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布。給定顯著性水平α=0.05，其雙邊正態(tài)分位數(shù)值Uα/2=1.96，當(dāng)U>Uα/2時(shí)，時(shí)間序列變化趨勢(shì)顯著。定義M-K秩次相關(guān)檢驗(yàn)法中傾斜度β如下：

?j

(4)

其中10時(shí)，表示上升趨勢(shì)；當(dāng)β<0時(shí)，表示下降趨勢(shì)。

3 降水、氣溫及蒸發(fā)量變化趨勢(shì)

采用M-K秩次相關(guān)檢驗(yàn)法、線性回歸分析法對(duì)拉薩站1955—2009年年降水量、年平均氣溫、年蒸發(fā)皿觀測(cè)量系列進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果見(jiàn)表1、圖1～3。

表1 1955—2009年拉薩站降水、氣溫和蒸發(fā)皿觀測(cè)量變化趨勢(shì)

圖1 拉薩站年降水量變化趨勢(shì)

圖2 拉薩站年平均氣溫變化趨勢(shì)

圖3 拉薩站年蒸發(fā)皿觀測(cè)量變化趨勢(shì)

由表1和圖1～3可知，1955—2009年間拉薩站的年平均氣溫總體上呈上升趨勢(shì)，每10年增加0.33℃，氣溫上升趨勢(shì)顯著；年蒸發(fā)能力總體上呈上升趨勢(shì)，M-K秩次相關(guān)系數(shù)U=1.76，其絕對(duì)值沒(méi)有超過(guò)顯著性水平為α=0.05的雙邊正態(tài)分位數(shù)值1.96，上升趨勢(shì)并不顯著；年降水量長(zhǎng)期變化趨勢(shì)不明顯。

4 徑流年際變化

拉薩河拉薩水文站控制流域面積26235km2。

根據(jù)拉薩站1956—2009年日平均流量觀測(cè)資料統(tǒng)計(jì)分析，其拉薩河流域年徑流量年際變化見(jiàn)表2。

表2 拉薩河流域年徑流量年際變化 億m3

由表2可以看出，拉薩河流域多年平均實(shí)際來(lái)水量92.84億m3，21世紀(jì)初期最豐，20世紀(jì)80年代最枯。

采用M-K秩次相關(guān)檢驗(yàn)法、線性回歸分析法對(duì)拉薩站1956—2009的年平均流量系列進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析檢驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3和圖4。

圖4 拉薩站年平均流量系列變化趨勢(shì)

由表3和圖4可知，拉薩站的年平均流量總體上呈上升趨勢(shì)，每10年增加9.8m3/s。M-K秩次相關(guān)系數(shù)U=1.45，其絕對(duì)值沒(méi)有超過(guò)顯著性水平為α=0.05的雙邊正態(tài)分位數(shù)值1.96，因此拉薩站的年平均流量過(guò)程上升趨勢(shì)并不顯著。

根據(jù)文獻(xiàn)[9]的對(duì)念青唐古拉山拉弄冰川的考察研究，1970—1999年拉弄冰川末端退縮了285m，平均年退縮量9.8m，1999—2003年拉弄冰川退縮13m，平均年退縮量3.25m，由于冰川對(duì)氣候的響應(yīng)有一定滯后性，近年來(lái)氣候持續(xù)變暖將使拉弄冰川繼續(xù)保持退縮狀態(tài)。筆者認(rèn)為，近年來(lái)拉薩河流域降水量變化趨勢(shì)不明顯，年徑流量過(guò)程的上升趨勢(shì)與氣溫升高和流域內(nèi)冰川退縮有關(guān)。

為進(jìn)一步探討拉薩河流域年徑流豐枯變化的規(guī)律，首先作出拉薩站年徑流量P-Ⅲ型理論頻率曲線，設(shè)P<25%為豐水年，P>75%為少水年，P=25～75%為中水年，計(jì)算得出豐水年與中水年的分界年徑流量為108.48億m3、中水年和枯水年的分界年徑流量為75.05億m3；然后再將各站年徑流系列進(jìn)行豐、中、枯分類(lèi)，并繪圖。圖5是拉薩站年徑流豐、中、枯出現(xiàn)過(guò)程。由圖5看出，自2000年以來(lái)，拉薩站出現(xiàn)中水年的機(jī)會(huì)較少，出現(xiàn)豐水年的機(jī)會(huì)較多且豐枯變化劇烈。

圖5 拉薩站豐、中、枯水年過(guò)程

5 徑流年內(nèi)變化

拉薩河流域1956—2009年多年月平均徑流量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表4。

表4 拉薩河流域多年月平均徑流量 億m3

由表4可以看出，拉薩河流域徑流量主要集中在汛期(7—9月)，占年總量的65%，8月徑流量最大，2月徑流量最小，徑流量月最大值是月最小值的18.74倍。

為了進(jìn)一步分析徑流年內(nèi)分配特征變化規(guī)律，采用年徑流年內(nèi)分配不均勻系數(shù)Cu和7～9月占全年比例Cx來(lái)刻畫(huà)徑流年內(nèi)分配特征，采用M-K秩次相關(guān)檢驗(yàn)法、線性回歸分析方法分析Cu和Cx的變化趨勢(shì)。其中Cu定義如下：

式中：Wi為各月徑流量；E為樣本均值；σ為均方差。

對(duì)拉薩河流域徑流年內(nèi)分配不均勻系數(shù)系列和徑流7—9月占全年比例系列進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 1956—2009年拉薩河流域徑流年內(nèi)分配特征變化

由表5可以看出，徑流年內(nèi)分配不均勻系數(shù)Cu和7—9月占全年比例Cx年際間較穩(wěn)定。

6 結(jié) 語(yǔ)

a. 拉薩站的年平均氣溫總體上呈上升趨勢(shì)，每10年增加0.33℃，氣溫上升趨勢(shì)顯著；年蒸發(fā)能力總體上呈上升趨勢(shì)，但上升趨勢(shì)并不顯著；年降水量長(zhǎng)期變化趨勢(shì)不明顯。

b. 拉薩河流域多年平均實(shí)際來(lái)水量92.84億m3，20世紀(jì)初期最豐，20世紀(jì)80年代最枯。拉薩站的年平均流量過(guò)程總體上呈上升趨勢(shì)，但上升趨勢(shì)并不顯著。近年來(lái)，拉薩河流域降水量變化趨勢(shì)不明顯，年徑流量過(guò)程的上升趨勢(shì)與氣溫升高和流域內(nèi)冰川退縮有關(guān)。

c. 自2000年以來(lái)，拉薩站出現(xiàn)中水年的機(jī)會(huì)較少，出現(xiàn)豐水年的機(jī)會(huì)較多且豐枯變化劇烈。

d. 拉薩站徑流年內(nèi)分配不均勻系數(shù)和7—9月占全年比例年際間較穩(wěn)定。

e. 近年來(lái)，拉薩河流域的氣候有暖濕化趨勢(shì)，這將有利于流域內(nèi)的植物生長(zhǎng)，但是拉薩河流域冰川凍土面積大，氣溫升高會(huì)引起冰川退縮和凍土層融化，又將給該地區(qū)脆弱的生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)不利影響。

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