氣候變化對博爾塔拉河上游徑流量的影響分析

陳志軍

(新疆博州水文水資源勘測局，新疆 博樂833400)

艾比湖流域是干旱區(qū)西部的一個內陸封閉小流域，半個世紀來，湖泊水資源退化嚴重，突出表現在湖水位下降、水域面積減小、水質咸化、生態(tài)退化等。博爾塔拉河作為艾比湖的重要補給河流，研究其上游氣候與徑流量變化及其影響有著十分重要的意義。IPCC WG12007第四次評估報告結果:從1901－2000年全球地表平均氣溫上升0.60℃;從1906－2005年全球地表平均氣溫上升0.74℃[1];表明2001－2005年增溫幅度較大.20世紀80年代以來，對中國氣溫特征的研究結果表明:中國氣候變化趨勢與全球基本一致，氣溫呈上升趨勢，但上升幅度略低于全球平均值[2－8]，由于氣候變化的復雜性，區(qū)域氣候變化常表現出與全球變化的非同步性。對于中國西北干旱區(qū)以及新疆的氣候變化研究已經有較多的成果。胡汝驥等分析了新疆由暖干向暖濕轉型的氣候變化特征[9－10]，施雅風等提出我國西北氣候由暖干向暖濕轉型的觀點[11－12]，柳葳等分析了氣候變暖對新疆降水和徑流影響分析[13]，劉忠禮等[14]、陳濤等[15]、潘亞婷等[16]、喻樹龍等[17]、研究了博州地區(qū)氣候變化趨勢。本文結合博爾塔拉河上游氣象及水文資料，對博爾塔拉河上游徑流量變化及原因進行了分析，為保護和改善艾比湖生態(tài)環(huán)境提供參考。

1 研究區(qū)概況

博爾塔拉河河源屬博爾塔拉河上游，地處博爾塔拉蒙古自治州的西部，位于東徑 79°53'－ 81°01'，北緯 44°02'－44°58'之間，發(fā)源于阿拉套山和別珍套山匯合處的洪別林達坂，屬溫帶大陸性氣候，主要氣候特點冬冷夏熱、晝夜溫差大、日照時間長、降雨量小、蒸發(fā)量大，平均氣溫3.9℃。歷年平均降水量228 mm。河源區(qū)全長81 km，西、北、南三面環(huán)山，兩山系之間為博爾塔拉河谷地，西高東低，向東逐漸呈喇叭狀敞開，與準噶爾盆地相連，最后注入艾比湖。

2 資料和方法

2.1 資料

為了深入研究博爾塔拉河上游的氣候變化對徑流量的影響，以溫泉氣象站代表博爾塔拉河的源流區(qū)，水文序列則以溫泉水文站為代表站，利用氣溫、降水的年及四季變化與徑流量建立線性關系，從而分析引起徑流量變化的主要原因。

2.2 方法

2.2.1 線性傾向估計法

根據降雨量和氣溫變化趨勢圖，用Y=a+bt進行線性擬合。其中，b為變化趨勢，而b×10表示傾向率。然后，采用相關系數法進行顯著性檢驗。

2.2.2 Mann－Kendall非參數秩次相關檢驗法主要用于水文氣象資料趨勢檢驗和檢驗水文時間序列單調趨勢的有效工具。序列x=(x1，x2，…，xn)，n為序列長度。所有對偶值(xi，xj，j＞i)中的出現的次數為 di。具體方法表示如下:

n為系列長度。當n增加時，U很快收斂于標準化正態(tài)分布，給定顯著性水平α，在正態(tài)分布表中查出臨界值U/2，當|U|＞Uα/2，則趨勢顯著;反之，不顯著。如 U＞0，說明序列存在上升趨勢;反之，為下降趨勢。原假設該序列無趨勢，采用雙邊趨勢檢驗，給定顯著性水平α，在正態(tài)分布表查臨界值Uα/2，若 U ＜ Uα/2，接受原假設，即趨勢不顯著;若 U ＞ Uα/2，拒絕原假設，即趨勢顯著，且當U為正時表示上升或增加的趨勢，反之表示下降或減少趨勢。

3 博爾塔拉河上游氣候及徑流量變化特征

分析溫泉氣象站的氣候資料發(fā)現，近50a來出現了氣溫升高、降水增加的氣候變化特征。表1為溫泉氣象站年及四季平均氣溫、降水量及年徑流量的變化趨勢相關系數。圖1、圖2為溫泉氣象站年平均氣溫、年降水量的時間變化圖。

從表1和圖1中看出，溫泉氣象站年與四季平均氣溫呈現出明顯的上升趨勢，表明在近50a中溫泉氣象站增溫明顯，尤其是年、夏、秋、冬兩季，通過了0.01的顯著性水平檢驗。增溫分別達 0.20℃ /10a 、0.33℃ /10a、0.30℃ /10a、0.58℃/10a，增溫較為顯著，說明年平均氣溫的升高主要是由于夏、秋、冬季平均氣溫的升高引起的。

年和夏、冬季降水量呈現出增多的趨勢，在夏季尤為突出，降水量的線性變率達 15.8 mm/10a、13.6 mm/10a、3.89 mm/10a，通過了0.01的顯著性水平檢驗，說明年降水量的增加主要是由夏季降水量的增加引起的，秋季降水量呈現較弱的上升趨勢。

年和四季徑流量呈增加趨勢，在年、夏、秋季尤為突出，徑流量的線性變率達 0.069/10a、0.070 × 108m3/10a、0.015×108/10a，通過了0.01的顯著性水平檢驗，說明年徑流量的增加主要是由夏、秋季徑流量的增加引起的。

通過以上分析得出:博爾塔拉河上游區(qū)出現了氣溫逐步升高、降水量增加的暖濕化的氣候變化趨勢。其中，在夏、秋、冬季升溫明顯，夏、冬季增濕明顯。

表1 溫泉氣象站氣溫、降水量和徑流量的相關系數檢驗

圖1 溫泉氣象站年平均氣溫變化圖

圖2 溫泉氣象站年降水量變化

4 氣溫、降水、徑流量時間序列變化趨勢檢驗

對于氣候變化研究來說，除了研究要素的年際、代際變化之外，檢驗要素的長期變化趨勢，在探測氣候變化及其影響的研究中，占有重要的地位。

按年統(tǒng)計溫泉氣象站降雨量和平均氣溫以Mann－Kendall法作趨勢顯著性檢驗。由表2中可見，博爾塔拉河上游的氣溫、降水序列，經統(tǒng)計檢驗得出的結果為正值，且氣溫和降水系列通過α=0.05水平的顯著性檢驗，說明氣溫、降水都是呈增加的趨勢，暖濕化較明顯，但氣溫增加的趨勢大于降水。計算結果見表2。

表2 溫泉氣象站氣溫、降水、徑流量序列趨勢檢驗結果

5 氣候變化對徑流量的影響

影響河流徑流量的氣象因子很多，氣溫和降水是影響徑流和洪水的主要因素。為了反映博爾塔拉河上游年徑流量與氣候變化的關系，本文利用溫泉水文站的徑流量資料，代表博爾塔拉河上游徑流量，對溫泉水文站的各季節(jié)平均氣溫和降水量分別與溫泉水文站的年徑流量進行相關分析，結果(見表3)。

表3 溫泉水文站年徑流量與氣候因素的相關系數

圖3 溫泉水文站實測與計算徑流量變化趨勢

從表3中可以看出，在年及各季節(jié)平均氣溫中，夏季平均氣溫的單相關系數最大，為0.71，其主要主要原因是:夏季氣溫升高，有利于高山冰川和積雪融化，使得徑流量增加。這說明夏季平均氣溫是影響博爾塔拉河上游區(qū)的主要氣象因子，年、春季、秋季、冬季的平均氣溫對年徑流量的相關系數較小，說明對徑流量有一定的影響。而各季節(jié)降水量中，夏季降水量與年徑流量相關系數最大，為0.52。利用博爾塔拉河溫泉水文站的年徑流量與溫泉氣象站的夏季平均氣溫、夏季降水量建立多元線性回歸模型，相關系數:R=0.78。

式中:Xt為夏季平均氣溫;Xp為夏季降水量;y為年徑流量計算值;

對建立的多元線性回歸方程進行F檢驗，結果表明，通過 α=0.01信度的顯著性檢驗。從1961－2013年徑流量模擬結果(圖3)，可以看出，溫泉水文站實測值與計算值擬合效果較好。

6 結語

(1)近50a來，博爾塔拉河上游區(qū)出現了氣溫升高、降水量增加的暖濕化的氣候變化趨勢。其中，在夏、秋、冬季升溫明顯，夏、冬季增濕明顯。

(2)對氣溫與降水序列進行統(tǒng)計檢驗，得出該地區(qū)氣溫、降水增加的趨勢顯著，氣溫的增加趨勢大于降水。

(3)通過研究發(fā)現，氣溫是影響博爾塔拉河出山徑流量的主要因子，尤其是夏季平均氣溫與年徑流量的相關系數最大，為0.71;夏季降水量與年徑流量相關系數為0.52。利用夏季平均氣溫、夏季降水量建立多元線性回歸模型，相關系數為R=0.78。說明溫泉氣象站的夏季溫度上升、降水量增加，博爾塔拉河的徑流量就會增加。

(4)由于氣候暖濕變化效應，大氣降水和來水量的增加，使這一地區(qū)的荒漠植被得到了一定的恢復，在一定程度上減少了風沙天氣，如精河縣沙塵暴從60年代3.5d·a－1減少到2001年以來的0.2d·a－1。湖區(qū)的生態(tài)環(huán)境已有明顯改善。

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