青藏高原東部地區(qū)水文氣候變化趨勢分析

李紅霞, 覃光華, 張永強(qiáng), 王欣, 姚瑞虎

(1.四川大學(xué) 水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川 成都 610065;2.CSIRO Land and Water,GPO BOX 1666,Canberra,ACT 2601,Australia)

?

青藏高原東部地區(qū)水文氣候變化趨勢分析

李紅霞1, 覃光華1, 張永強(qiáng)2, 王欣1, 姚瑞虎1

(1.四川大學(xué) 水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川 成都 610065;2.CSIRO Land and Water,GPO BOX 1666,Canberra,ACT 2601,Australia)

青藏高原是眾多河流的發(fā)源地,為了解該地區(qū)水文氣候變化的情況，對其東部地區(qū)雅魯藏布江(奴下站)、怒江(嘉玉橋站)、瀾滄江(昌都站)、通天河(直門達(dá)站)、雅礱江(瀘寧站)、黃河(唐乃亥站)共6個(gè)流域自20世紀(jì)80年代以來的年氣溫、年降雨和年徑流的變化趨勢進(jìn)行研究,分析了年徑流對氣候變化的響應(yīng)。結(jié)果表明：6個(gè)流域的年氣溫和年降雨基本呈較明顯的上升趨勢；年徑流受氣溫和降雨的共同影響,奴下站、嘉玉橋站和瀘寧站呈一定的上升趨勢,昌都站、直門達(dá)站和唐乃亥站呈一定的下降趨勢。區(qū)域內(nèi)徑流多年平均變化率與冰雪面積比例大致呈正相關(guān)關(guān)系：年徑流呈現(xiàn)上升趨勢的流域，冰雪面積比例較大,受降雨增加和融雪增加的影響偏大;年徑流呈下降趨勢的流域，冰雪面積比例較小,受氣溫上升導(dǎo)致蒸散發(fā)增大使徑流減少的影響偏大。這些研究結(jié)果將對青藏高原地區(qū)防洪抗旱、水資源的合理配置和開發(fā)、區(qū)域水資源可持續(xù)利用等具有重要的作用和意義。

青藏高原;水文氣候;徑流;降雨;氣溫；變化趨勢

青藏高原是眾多大江大河的發(fā)源地,水資源非常豐富。因地處上游,青藏高原區(qū)域內(nèi)的水文過程及變化對下游區(qū)域的灌溉和發(fā)電等具有重要作用。同時(shí),青藏高原的特殊地理位置和地形,使得其成為氣候變化的敏感區(qū)和脆弱帶[1-2]。在全球氣候變化的背景下,青藏高原的氣象水文也發(fā)生了很大的變化,如氣溫升高[3-5]、降雨增加[6-7]、蒸發(fā)增加[8]等。

盡管目前已有不少關(guān)于青藏高原地區(qū)降雨、徑流等水文要素變化的研究,但大多數(shù)研究集中在單一站點(diǎn)或流域,如雅魯藏布江上游[9]、黃河上游[10]、長江上游[11]等,對青藏高原地區(qū)大范圍的水文氣候變化的研究還比較少。為了解青藏高原地區(qū)流域的水文變化情況,需要在大尺度上對青藏高原的水文變化進(jìn)行深入分析，以便對青藏高原地區(qū)未來水文水資源的變化趨勢作出預(yù)測,這對青藏高原地區(qū)水資源的可持續(xù)開發(fā)和利用具有參考價(jià)值。

文中從水文氣象學(xué)的角度研究了青藏高原東部6個(gè)流域(雅魯藏布江、怒江、瀾滄江、通天河、雅礱江、黃河流域)自20世紀(jì)80年代以來的年氣溫、年降雨和年徑流的變化趨勢及相互關(guān)系,分析年徑流對氣候變化的響應(yīng)關(guān)系。

1　研究區(qū)域和數(shù)據(jù)

研究區(qū)域?yàn)榍嗖馗咴瓥|部6個(gè)流域:雅魯藏布江、怒江、瀾滄江、通天河、雅礱江、黃河流域。對應(yīng)的水文站點(diǎn)分別為:奴下站、嘉玉橋站、昌都站、直門達(dá)站、瀘寧站、唐乃亥站。研究流域和站點(diǎn)的水文特征見表1，6個(gè)流域分布如圖1所示。

表1　研究流域水文特征值

圖1　研究流域位置圖

本文中所用的降雨數(shù)據(jù)(0.1°× 0.1°,1980—2007年)來源于寒區(qū)科學(xué)數(shù)據(jù)中心 (http://westdc.westgis.ac.cn/)；氣溫?cái)?shù)據(jù)來源于日本氣象廳高分辨率亞洲陸地氣溫?cái)?shù)據(jù)(APHRO)(0.25°×0.25°)[12]；徑流數(shù)據(jù)來源于水文局。氣溫、降雨和徑流的時(shí)間尺度均為1980—2007年。

2　結(jié)果和討論

2.1氣候變化趨勢分析

研究區(qū)域6個(gè)流域所對應(yīng)站點(diǎn)的年氣溫變化趨勢如圖2所示。由圖2可以看出,6個(gè)站點(diǎn)的年氣溫均呈現(xiàn)較明顯的上升趨勢。

圖2　研究區(qū)域6個(gè)流域年氣溫變化趨勢

圖3為研究區(qū)域6個(gè)流域所對應(yīng)站點(diǎn)的年降雨變化趨勢圖。由圖可知,6個(gè)站點(diǎn)的年降雨均呈上升趨勢。其中，奴下站、嘉玉橋站、昌都站、直門達(dá)站的年降雨增加趨勢明顯,瀘寧站和唐乃亥站的年降雨增加趨勢較弱。

圖3　研究區(qū)域6個(gè)流域年降雨變化趨勢

2.2年徑流變化趨勢分析

1980—2007年研究區(qū)域水文氣候變化趨勢見表2，表中歸納了6個(gè)站點(diǎn)的年氣溫、年降雨和年徑流的變化情況。由表2可知：6個(gè)站點(diǎn)的年氣溫變化較為明顯(置信度均在置信區(qū)間內(nèi))，多年平均變化率為0.034～0.051 ℃，強(qiáng)于全球氣溫的上升率(0.026 ℃)[13];年降雨變化除瀘寧站和唐乃亥站外也比較明顯，多年平均變化率為0.84～3.72 mm;年徑流變化只有唐乃亥站表現(xiàn)較為明顯，多年平均變化率為-3.01～2.53 mm。

表2　1980—2007年研究區(qū)域水文氣候變化趨勢

圖4為研究區(qū)域6個(gè)流域所對應(yīng)站點(diǎn)的年徑流變化趨勢圖。由圖4可以看出,年徑流呈現(xiàn)不同的變化趨勢。其中，奴下站、嘉玉橋站和瀘寧站的年徑流呈一定的上升趨勢,昌都站、直門達(dá)站和唐乃亥站的年徑流呈一定的下降趨勢。但是，除唐乃亥站有明顯的下降趨勢外,其他5個(gè)站點(diǎn)變化趨勢較弱。

圖4　研究區(qū)域6個(gè)流域年徑流變化趨勢

2.3年徑流變化與氣候變化的關(guān)系

為研究年徑流對氣候變化的響應(yīng)，進(jìn)一步分析了年徑流與年降雨、年氣溫的相關(guān)關(guān)系。圖5為研究區(qū)域6個(gè)流域所對應(yīng)站點(diǎn)的年徑流與年降雨相關(guān)關(guān)系散點(diǎn)圖。

圖5　研究區(qū)域6個(gè)流域年徑流與年降雨的相關(guān)關(guān)系

由圖5可知，6個(gè)站點(diǎn)的年徑流與年降雨均呈現(xiàn)明顯的線性正相關(guān),可見年徑流對年降雨變化的響應(yīng)明顯。

圖6為研究區(qū)域6個(gè)流域所對應(yīng)站點(diǎn)的年徑流與年氣溫相關(guān)關(guān)系散點(diǎn)圖。由圖可知：6個(gè)站點(diǎn)的年徑流與年氣溫的相關(guān)性不強(qiáng),可見徑流對氣溫的響應(yīng)不是很明顯；6個(gè)站點(diǎn)中有3個(gè)站點(diǎn)(奴下站、嘉玉橋站、瀘寧站)的年徑流與年氣溫呈正相關(guān),另外3個(gè)站點(diǎn)的年徑流與年氣溫呈負(fù)相關(guān)。

圖6　研究區(qū)域6個(gè)流域年徑流與年氣溫的相關(guān)關(guān)系

2.4年徑流變化與冰雪面積比例的關(guān)系

由于研究區(qū)域6個(gè)流域內(nèi)均有面積不同的冰雪區(qū)域,對徑流有一定的影響。因此，針對研究區(qū)域內(nèi)徑流變化趨勢的不同,進(jìn)一步分析年徑流變化與流域內(nèi)冰雪面積比例的關(guān)系。圖7為研究區(qū)域6個(gè)流域的徑流多年平均變化率與流域冰雪面積的比例(序號1—6分別代表奴下站、嘉玉橋站、昌都站、直門達(dá)站、瀘寧站和唐乃亥站)。由圖7可以看出，區(qū)域內(nèi)徑流多年平均變化率與冰雪面積比例呈正相關(guān)關(guān)系,即冰雪面積比例越大,徑流增加趨勢越明顯；反之,冰雪面積比例越小,徑流下降趨勢越明顯。對照圖4與圖7可以發(fā)現(xiàn),年徑流呈下降趨勢的3個(gè)流域(昌都站、直門達(dá)站、唐乃亥站)冰雪面積比例較小(<1%),而年徑流呈上升趨勢的3個(gè)流域(奴下站、嘉玉橋站、瀘寧站)冰雪面積比例較大(>1%),說明年徑流的變化與冰雪面積比例存在有一定的相關(guān)關(guān)系[14-18]。

圖7　　　　研究區(qū)域6個(gè)流域徑流多年平均變化率與冰雪面積比例的關(guān)系

3　結(jié)語

從1980—2007年研究區(qū)域6個(gè)流域的年降雨、年氣溫和年徑流的變化趨勢分析可知,研究區(qū)域年降雨和年氣溫呈現(xiàn)較為明顯的增加趨勢,而年徑流呈現(xiàn)較為復(fù)雜的變化趨勢,其中奴下站、嘉玉橋站和瀘寧站的年徑流呈一定的上升趨勢,昌都站、直門達(dá)站和唐乃亥站的年徑流呈一定的下降趨勢。

通過分析年徑流對氣候變化的響應(yīng)以及年徑流與冰雪面積比例的相關(guān)關(guān)系可知:一方面, 年降雨的增加使得年徑流增加;另一方面,氣溫上升導(dǎo)致蒸散發(fā)增加使年徑流減少,同時(shí)氣溫的上升又導(dǎo)致冰雪融化量增加從而使年徑流增加。因此,年徑流呈現(xiàn)上升趨勢的流域(奴下站、嘉玉橋站、瀘寧站)主要受降雨增加和融雪增加的影響;而年徑流呈下降趨勢的流域(昌都站、直門達(dá)站、唐乃亥站)由于冰雪面積較小,受融雪的影響較小,受氣溫上升導(dǎo)致的蒸散發(fā)增大的影響較大。此外, 年徑流變化除了與冰雪面積比例有關(guān),還可能與冰雪的厚度、密度等有一定的關(guān)系。

下一步，筆者將進(jìn)一步分析冰雪厚度、密度等對徑流變化的影響,以及利用流域水文模型對青藏高原徑流進(jìn)行模擬和預(yù)測,從而更好地了解青藏高原未來水文水資源的形勢。

[1]KRAUSE P,BISKOP S,HELMSHROT J,et al.Hydrological system analysis and modelling of the Nam Co basin in Tibet[J].Advances in Geosciences,2010，27：29-36.

[2]IMMERZEEL W W,BEEK L P H,BIERKENS M F P.Climate change will affect the Asian water towers[J].Science,2010,328(5984):1382-1385.

[3]YOU Q,KANG S,WU Y,et al.Climate change over the Yarlung Zangbo River Basin during 1961—2005[J].Journal of Geographical Sciences,2007,17(4)：409-420.

[4]YANG K,YE B S,ZHOU D G,et al.Response of hydrological cycle to recent climate changes in the Tibetan Plateau[J].Climatic Change,2011,109(3):517-534.

[5]LI F,ZHANG Y Q,XU Z X,et al.The impact of climate change on runoff in the southeastern Tibetan Plateau[J].Journal of Hydrology,2013,505(21):188-201.

[6]WANG B,BAO Q,HOSKINGS B,et al.Tibetan Plateau warming and precipitation change in East Asia[J].Geophysical Research Letters,2008,35(14):63-72.

[7]XU Z,GONG T,LI J.Decadal trend of climate in the Tibetan Plateau—regional temperature and precipitation[J].Hydrological Processes,2008,22(16):3056-3065.

[8]ZHANG Y,LIU C,TANG Y,et al.Trends in pan evaporation and reference and actual evapotranspiration across the Tibetan Plateau[J].Journal of Geophysical Research Atmospheres,2007,50(D12):1103-1118.

[9]邵駿,袁鵬,顏志衡,等.基于HHT的雅魯藏布江徑流變化周期及趨勢分析[J].中山大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010,49(1):125-130.

[10]LI B,YU Z,SONG K,et al.Effects of climate variations and human activities on runoff in the Zoige Alpine wetland in the eastern edge of the Tibetan Plateau[J].Journal of Hydrologic Engineering,2014,19(5)：1026-1035.

[11]CAO L,ZHANG Y,SHI Y.Climate change effect on hydrological processes over the Yangtze River basin [J].Quaternary International,2011,244(2):202-210.

[12]XIE P,YATAGAI A,CHEN M,et al.A gauge-based analysis of daily precipitation over East Asia[J].Journal of Hydrometeorology,2007,8(3):607-626.

[13]GRAY V.Climate change 2013:the physical science basis[J].South African Geographical Journal Being a Record of the Proceedings of the South African Geographical Society,2010,92(1):86-87.

[14]YAO T,LI Z,YANG W,et al.Glacial distribution and mass balance in the Yarlung Zangbo River and its influence on lakes[J].Chinese Science Bulletin,2010,55(20):2072-2078.

[15]ZHANG L L,SU F G,YANG D Q,et al.Discharge regime and simulation for the upstream of major rivers over Tibetan Plateau[J].Journal of Geophysical Research Atmospheres,2013,118(15):8500-8518.

[16]楊針娘.中國冰川水資源[M].蘭州:甘肅人民出版社,1991.

[17]楊針娘，胡鳴高.青藏高原東部河川徑流特征[J].冰川凍土，1990，12(3)：219-226.

[18]陳飛，蔡強(qiáng)國，孫莉英.青藏高原納木錯(cuò)流域冰雪融水徑流量估算[J].中國水土保持科學(xué)，2016，14(2)：127-136.

Analysis on the Trends of Hydroclimatic Variation in Eastern Tibetan Plateau

LI Hongxia1, QIN Guanghua1, ZHANG Yongqiang2, WANG Xin1, YAO Ruihu1

(1.State Key Laboratory of Hydraulics and Mountain River Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, China;2.CSIRO Land and Water, GPO BOX 1666, Canberra, ACT 2601, Australia)

The Tibetan Plateau is the source area of many major rivers in Asia. In order to realize the variation of hydrology and climate in the Tibetan Plateau, this paper investigated variation trends of annual temperature, annual precipitation and annual runoff since 1980s in six large river basins including the Yalung Zangbo River (Nuxia station), the Salween River (Jiayuqiao station), the Mekong River (Changdu station),the Tongtianhe River (Zhimenda station), the Yalongjiang River (Luning station) and the Yellow River (Tangnaihai station) in Eastern Tibetan Plateau, and analyzed the response of runoff to the variation of climatic elements (precipitation and temperature). The results show that annual mean temperature and precipitation at all stations show obviously increasing trends, but the annual runoff affected by temperature and precipitation exhibits different trends: at Nuxia station, Jiayuqiao station and Luning station, the runoff shows slightly increasing trend, while shows decreasing trend at the other three stations. By analyzing the relationship between the trend of annual runoff and the area ratio of snow and ice, the change trend of annual runoff has a positive correlation with the area ratio of snow and ice:the area ratio of snow and ice is larger in the basins where the annual runoff has an upward trend, the change trend of runoff is greatly affected by the increase of precipitation and snowmelt, while the area ratio of snow and ice is smaller in the basins where the annual runoff has a downward trend, the impact of the runoff decreasing caused by the increase of evapotranspiration due to rising temperatures is large. These results will play an important role in flood control and drought relief, rational allocation of water resources and the sustainable utilization of regional water resources in the Tibetan Plateau.

Tibetan Plateau; hydrology and climate; runoff; precipitation; temperature; variation trend

2016-05-20

國家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目(51209152);國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(“973”計(jì)劃)資助項(xiàng)目(2013CB036401);四川大學(xué)水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目(SKHL1406)。

李紅霞(1981—),女,山東煙臺(tái)人,講師,博士,主要從事水文模擬及水文預(yù)報(bào)方面的研究。E-mail:hx_li406@126.com。

覃光華(1975—),女,重慶人,副教授,博士,主要從事水文預(yù)報(bào)、水資源規(guī)劃與利用方面的研究。E-mail:ghqin2000@163.com。

TV123

A

1002-5634(2016)04-0071-07

(責(zé)任編輯：張陵)

DOI:10.3969/j.issn.1002-5634.2016.04.012