由氣候變化看天山西部流域水文特性的改變及水文趨勢預測

趙澤珍，馬慧明，王振英

(新疆伊犁水文勘測局，新疆伊寧835000)

0 引言

20世紀，在北緯廣大地區(qū)的觀測資料顯示氣候總的變化趨勢為:氣溫升高，降水增多，極端天氣情況頻繁發(fā)生;但地區(qū)上的差異很大，氣候變化的強烈程度以北緯最甚[1]。1987年開始，我國西北地區(qū)西部、中部氣候出現(xiàn)向暖濕變化的突變。此前基本處于持續(xù)暖干化:氣溫上升、降水偏少、河川徑流減少、湖泊萎縮。從1987—2000年西北地區(qū)氣溫較1961—1986年平均升高了0.7℃，90年代是近100 a最暖的時期，與60、70和80年代相比，分別偏高0.8℃、0.7℃和0.5℃。同時，山區(qū)降水量和冰川融水量增加、內(nèi)陸湖泊水位上升，同期新疆北部年降水增加22%，南部增加33%;博斯騰湖水位上升4.5 m，超過50 年代最高水位[2]。

可見，在我國西北地區(qū)無論是氣溫、降水還是蒸發(fā)都有較大的敏感度，那么，天山西部的伊犁河流域，氣溫、降水和徑流的變化是怎樣的呢?

1 流域氣候及水文變化趨勢

伊犁河屬中亞內(nèi)陸河，流域面積58 177 km2，流域東、南、北三面被天山主支脈環(huán)抱，兩支天山支脈東西橫貫流域中部，形成了由東北向西南依次排列的喀什河、鞏乃斯河和特克斯河三大支流;地勢東高西低，并由東向西傾斜敞開，有利于接納西風帶大西洋等暖濕氣流，多年平均氣溫在2.9～9.2℃之間，多年平均降水量為203～826 mm。流域內(nèi)降水量較豐沛，氣候溫和，水資源相對豐富。

1.1 氣溫變化趨勢

本文選用了天山西部流域觀測時間長、資料齊全的5個代表站1957—2003年共47 a的地面氣溫資料，對年平均氣溫進行算術(shù)平均，分析其變化情況。

如圖1，1957—1976年平均氣溫普遍較低，只有1962、1963和1965這3 a的距平為正值，1968和1973年與歷年均值持平;而1977—2003年的平均氣溫持續(xù)增高，只有1984、1985、1993、1994和1996這5 a的距平為負值。20世紀70年代中后期是氣溫明顯由冷向暖變化的分界點。

圖1 天山西部5站年平均氣溫模比系數(shù)差積曲線圖

如表1，從20世紀70年代中后期開始氣溫逐漸升高，尤其從80年代起距平均為正，47 a中，5個最暖年均出現(xiàn)在80年代以后。5站年平均氣溫由50年代的7.5℃達到21世紀初的9.0℃，升高了1.5℃;1987—2003年的年平均氣溫比1957—1986年前30 a的平均氣溫升高0.6℃，1997—2003年的年平均氣溫升高近1℃。

表1 天山西部代表站不同時期年平均氣溫變化統(tǒng)計對照 ℃

1.2 降水量變化趨勢

選用實測資料系列較長、具一定代表性的6個站的年降水量，以其算術(shù)平均值近似代表流域降水的變化情況。

如圖2，1957—1960年降水量較多，而1961—1986年降水量較少，1987—1997年則交替出現(xiàn)1～2 a降水量偏豐或偏少的年份，自1998年開始降水量連續(xù)偏多?？梢哉f80年代中后期是降水量明顯由干枯向濕潤變化的分界點。

圖2 天山西部6站平均年降水量模比系數(shù)差積曲線

如表2，從60到80年代降水量基本處于偏少階段;自90年代，尤其是1998年開始降水量明顯增加，47 a中，2個最多雨年均出現(xiàn)在1997年后。與1957—2003年相比，21世紀初的平均年降水量增加約19%;1987—2003年的平均年降水量比1957—1986年前30 a增加11%，1998—2003年增加27%。

表2 天山西部代表站不同時期平均降水量變化統(tǒng)計對照

綜上分析，自80年代末期，天山西部地區(qū)的氣候由暖干向暖濕變化，而這種變化從90年代中后期起更加明顯。

1.3 河流水量的變化趨勢

對天山西部水文站1957—2003年徑流量進行分析，見圖3，年徑流量的變化明顯受流域氣溫、降水等因素影響。

圖3 年徑流量模比系數(shù)差積曲線圖

再以流域三大支流為代表，對其同期的年徑流進行分析，如表3，在50年代水量偏豐;60—80年代偏枯，至80年代后期水量減少的趨勢減弱，并有增長的趨勢;90年代起偏豐，尤其是從90年代后期開始水量增加的幅度十分明顯，其中1998—2003年與1957—2003年相比增加26%，1987—2003年比1957—1986年增加14%，其中1998—2003年增加32%。1987年起年徑流量增加的幅度比降水量大5%左右。這一部分增加的量可說是當前氣候變暖等因素引起的。

表3 天山西部流域三大支流不同時期平均年徑流量距平統(tǒng)計

續(xù)表3

2 氣候變化條件下的水文異?，F(xiàn)象

以上分析表明，天山西部流域的氣候從20世紀80年代末期開始向暖濕變化，流域水量變化緊隨其后，且自1998年起更加明顯:降水和水量增加、光熱條件和植被覆蓋率好轉(zhuǎn)，從而使生態(tài)環(huán)境有所改善的同時也帶來了嚴重的洪水、泥石流及山體滑坡等自然災害。也正因氣候的變化:①在一定程度上造成河川徑流補給量增加，以及災害性洪水等異?；驑O端水文現(xiàn)象的頻繁發(fā)生;②降水量的增加又影響著自60年代初開始到80年代中期的干冷和干暖氣候條件下，河流水量主要以冰川積雪融水為補給來源的主導地位。這也正是近幾年來天山西部流域徑流、洪水等水文特性及其規(guī)律性發(fā)生異常改變的原因所在。主要表現(xiàn)在:

1)河流年徑流量連續(xù)性異常偏豐。1998年以來連續(xù)6 a為豐水或特豐水年份，1998—2003年的平均水量異常偏多30%，并有5 a突破50年代以來的歷史記錄。且這種趨勢仍在繼續(xù)。這在以往40多年的水文記載和變化過程中是沒有發(fā)生過的;

2)災害性洪水等異?；驑O端水文現(xiàn)象頻繁，損失嚴重。90年代以來，天山西部流域已多次發(fā)生特大或次大洪水，如在1998、1999和2002年接連突破50年代以來的最大洪水記錄。與此同時，局部暴雨洪水、泥石流及山體滑坡等自然災害十分頻繁。據(jù)統(tǒng)計山洪災害造成損失的比例從50年代的44.4%上升到了90年代的63.1%，增加19%;

3)洪水來臨時間提前，汛期明顯延長。80年代末尤其是90年代中期以來，由于受冬季積雪豐厚、河流基流增大以及氣溫升高、暴雨強度增大等異常水文、氣候因素影響，低高程區(qū)春洪出現(xiàn)的時間明顯提早近30 d。與此同時，汛期或水量較大時期持續(xù)時間也相應延長近30 d;

4)水土流失嚴重，河流總體水質(zhì)下降。

3 對未來水文趨勢的預測分析

據(jù)專家預測，今后100 a全球平均氣溫將升高1.5～6.0℃。未來幾十年全球氣候暖化的同時，中高緯度地區(qū)降水強度和頻率增加。

以1957—1986年的氣溫、降水量和徑流量正常系列為基礎(chǔ)，按1957—1992年和1993—2003年兩個時期，由5 a滑動平均年徑流量與降水量和氣溫建立關(guān)系:

1993年以前或當氣溫正?！鱐≤0時

(相關(guān)系數(shù) R=0.766)

(R=0.057)

1993年以后或當氣溫、降水異常時

(R=0.923)

(R=0.95)

式中:W1(%)、W2(%)為年徑流量距平，%;P(%)為年降水量距平，%;△W1(%)、△W2(%)為年徑流量距平與年降水量距平差值，%;△T為年平均氣溫距平，℃。

以式(3)、式(4)作為趨勢預報模型，假定今后氣溫和降水條件可能發(fā)生的變化，預測未來年徑流量的趨勢。

表4 天山西部流域三大支流在不同氣溫和降水條件下的年水量趨勢預測

在以1957—1986年氣溫、降水和徑流量作為正常的情況下，當未來的年平均氣溫升高1～2.5℃，年降水量增多10%～30%時，預測天山西部流域三大支流年水量可能的增幅為23%～69%。

4 結(jié)語

對天山西部流域47 a來的氣溫、降水和河流徑流的分析結(jié)果顯示:從氣候變化的角度認識河流水文特性的改變，并以此為基礎(chǔ)來分析水文趨勢可能發(fā)生的變化，是很有必要的。這一嘗試仍有待于今后進一步的分析和論證。

[1]雷Wen，查爾斯 A.Lin.全球氣候變化及其影響[J].水利學進展，2003，14(05):667 －674.

[2]施雅風.中國西北氣候由暖干向暖濕轉(zhuǎn)型問題評估[M].北京:氣象出版社，2003.

[3]新疆水文水資源局.伊犁河流域規(guī)劃簡要報告[R].烏魯木齊:新疆水文水資源局，1998.