西北干旱區(qū)氣候變化對水資源影響關(guān)系探討

張清杉，　張寬地

(1.楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院 生態(tài)與環(huán)境保護(hù)分院，陜西 楊凌712100；2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水利與建筑工程學(xué)院，陜西 楊凌712100)

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西北干旱區(qū)氣候變化對水資源影響關(guān)系探討

張清杉1，張寬地2

(1.楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院 生態(tài)與環(huán)境保護(hù)分院，陜西 楊凌712100；2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水利與建筑工程學(xué)院，陜西 楊凌712100)

西北干旱區(qū)是對全球變化響應(yīng)最敏感地區(qū)之一，由于氣候變化問題導(dǎo)致的水文、水資源問題越來越突出.研究分析全球變暖背景下的西北干旱區(qū)水資源問題，對應(yīng)對和適應(yīng)未來氣候變化帶來的影響具有重要意義.通過對西北干旱地區(qū)氣候變化特征分析，探討氣候變化對水資源的影響，提出關(guān)于西北干旱區(qū)水文模型的建立與改進(jìn)的建議，以期為后期關(guān)于制定西北地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略提供地理方面參考.圖2,參13.

干旱區(qū)域；地理因素；氣候變化；水文資源

氣候變化是全球關(guān)注的焦點(diǎn)，也是也是人類賴以生存不需思考的話題.隨著這些年全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及工業(yè)化的進(jìn)步，各類廢氣的任意排放使得大氣中二氧化碳濃度逐漸升高，最終將導(dǎo)致氣溫逐步升高，對整個(gè)社會的生態(tài)環(huán)境及社會經(jīng)濟(jì)造成較為嚴(yán)重影響.如全球氣候的改變必然引起全球水資源循環(huán)發(fā)生變化，導(dǎo)致全球水資源在空間及時(shí)間上重新分布，必然會會對區(qū)域水環(huán)境產(chǎn)生較為嚴(yán)重影響.研究氣候變化對水資源影響關(guān)系的問題對更好實(shí)現(xiàn)對水資源合理開發(fā)利用具有重要意義.我國西北地域遼闊，地勢平擔(dān)，對于經(jīng)濟(jì)開發(fā)利用具有較好條件.西北干旱區(qū)地處中緯度地帶的歐亞大陸腹地，是對全球氣候變化響應(yīng)最敏感的地區(qū)之一[1-2]，由于缺水，干旱問題一直是人們關(guān)注焦點(diǎn).因此，研究全球氣候變暖對西北干旱區(qū)域水資源影響分析就目前形勢具有重要意義.

1　關(guān)于氣候變化對水資源影響的國內(nèi)外研究進(jìn)展分析

早在70年代，美國已經(jīng)開始研究氣候變化對水文水資源之間關(guān)系的影響，但直到80年代，關(guān)于氣候變化對水資源關(guān)系的影響才逐漸得到國際社會的關(guān)注與重視.如1985年國際氣象組織加大了在關(guān)于水文水資源影響的研究，并提出了一些具有實(shí)用性的檢修方法及措施，并出版了關(guān)于水文水資源變化對氣候影響的敏感性分析報(bào)告.次年，國際大地測量學(xué)會與地球物理聯(lián)合會舉辦了關(guān)于氣候變化對水文影響的專題會議，對其內(nèi)部聯(lián)系及變化情況進(jìn)行了較為全面的討論.同時(shí)為了推進(jìn)該方面研究進(jìn)展，深化研究力度，1988年，國際氣象組織及聯(lián)合國共同組建了政府氣象變化專門委員會，專門負(fù)責(zé)對全球氣候變化問題的調(diào)研及評估，以便于通過科學(xué)的手段研究氣候變化與水資源之間的影響關(guān)系及變化趨勢[3].之后幾年中，美國、維也納、里約熱內(nèi)盧、日本等地也相繼召開了關(guān)于氣候變化對水資源影響的會議，使得氣候變化對水資源影響的研究問題逐步引起了國際社會廣泛關(guān)注.在上述國外關(guān)于氣候變化對水文資源影響研究歷程中，由聯(lián)合國牽頭組建的政府間氣候變化聯(lián)合委員會(IPCC)相繼對其進(jìn)行了四次全面的評估報(bào)告，為各國認(rèn)識和了解氣候變化問題提出了較為提供科學(xué)的依據(jù)[4].而同時(shí)，由于全球氣候變暖問題已逐步成為各國研究的焦點(diǎn).

在國內(nèi)，關(guān)于氣候變化對水文水資源影響的研究較晚，直到80年代末，國家相關(guān)部門才逐漸重視這一問題并開展了相應(yīng)的研究部署.如在1988年，國家自然科學(xué)委員會批準(zhǔn)“氣候變化對海面變化及其趨勢和影響研究”等項(xiàng)目標(biāo)志著我國已認(rèn)識到關(guān)注氣候變化對國家發(fā)展及生態(tài)保護(hù)的重要性[5].與此同時(shí)，我國科技委在國家重點(diǎn)項(xiàng)目規(guī)劃中將“氣候變化對我國水資源影響的評估模型”作為重點(diǎn)項(xiàng)目進(jìn)行了研究；而且還同時(shí)參加了亞洲季風(fēng)區(qū)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目.而在近幾年，隨著我國科學(xué)技術(shù)進(jìn)步及各類遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)施的完善，關(guān)于對氣候問題的研究已取得較大的突破，而針對我國特殊地理環(huán)境，氣候變暖對北方干旱地區(qū)水文水資源的影響已引起國家高度的重視，已被列入國家重點(diǎn)項(xiàng)目加以研究.

2　西北干旱區(qū)域氣候變化特征分析與討論

我國西北地區(qū)涉及新疆、甘肅、內(nèi)蒙古、陜西、青海等地，其地域面積約占我國總面積的25%，而人口及水資源含量僅占到全國的1.7%及3.2%，水資源量明顯偏少，已成為影響我國西北區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大問題[6].但結(jié)合我國西北地域特點(diǎn)分析，其六大山系如昆侖山、祁連山等山脈對空氣氣流進(jìn)行了有效攔截，使得降水量較為充足，孕育了較大的河流，同時(shí)由于西北高山的負(fù)溫條件使得高山常年結(jié)冰，儲存了大量水資源，為西北區(qū)域人類發(fā)展提供了可靠的水資源保障.而前面提到，全球氣候變化將對水資源造成較大影響.而基于西北特殊地理環(huán)境，由于其氣候變暖就會使山體冰川發(fā)生融化，必然導(dǎo)致區(qū)域水資源發(fā)生大的變化，甚至造成對全國的水土資源產(chǎn)生較為嚴(yán)重影響[7].結(jié)合分析，我國西北氣候具有以下特征.

2.1西北干旱區(qū)域氣候變化特征分析

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國西北干旱區(qū)在近50年的平均氣溫為8.0 ℃，其最低氣溫出現(xiàn)在1968年及1986年，年平均氣溫僅為6.5 ℃；而最高氣溫為出現(xiàn)在2007年，全年平均氣溫達(dá)到了9 ℃.上述統(tǒng)計(jì)結(jié)果說明，西北近50年的氣溫變化較大.出現(xiàn)這種情況，主要由于西北區(qū)域主要位于高緯度區(qū)域，而這幾年最新的科研成果說明緯度越高，其氣溫升高越快[8]；鑒于這種情況，更加說明了西北區(qū)域特殊的地理性.

通過近50年對西北干旱區(qū)域降水量統(tǒng)計(jì)，西北干旱區(qū)域年降水量僅有180 mm；但由于其地域的特殊性，年降水量差異較大，如1997～1998年的降水量要比1985～1986年的高出80 mm，如圖1所示.

圖1　我國西北干旱區(qū)近50年平均降水量變化Fig. 1　Changes of average precipitation in arid area of Northwest China in recent 50 years

同時(shí)結(jié)合近30年的氣溫及降水綜合分析可以得出一個(gè)結(jié)論，即氣溫升高一般會使得降水量增加；近50年我國西北干旱平均氣溫分布如圖2所示.

圖2　我國西北干旱區(qū)近50年平均氣溫變化Fig. 2　Changes of average temperature in arid area of Northwest China in recent 50 years

2.2西北地區(qū)冬季溫度升高問題較為嚴(yán)重

這些年，特別是西北地區(qū)，暖冬問題逐漸變得頻繁，冬季溫度升高問題已越來越頻繁.而前面提到，在全球變暖的大環(huán)境下，緯度越高，氣溫升高越快.同時(shí)經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得出，我國冬季氣溫升高要比其他季節(jié)相對較快.例如，我國西北干旱區(qū)在近50年來，其局部極端最低溫度升高了約4 ℃左右；由于極端溫度的升高帶動了冬季平均氣溫的升高.

由于溫度的升高，特別是冬季將會使得山體冰川融化速度加快及退縮，在一定程度上對西北地區(qū)的水資源構(gòu)成造成較大的影響[9].而從長遠(yuǎn)來講，隨著氣溫的升高，這些融化的冰川雪水匯入主河流，會使局部時(shí)間內(nèi)河流水位發(fā)生變化；但同時(shí)，由于冰川的融化而使得儲水量減少，容易造成冰川消融拐點(diǎn)，其最終結(jié)果將會使得夏季水量發(fā)生變化，地表水資源含量降低，造成夏季降水量減少，導(dǎo)致干旱災(zāi)害發(fā)生，給人們造成較大損失.

2.3西北干旱區(qū)蒸發(fā)情況發(fā)生變化

蒸發(fā)量是衡量大氣蒸發(fā)潛力的重要指標(biāo)，對于檢測氣候及水循環(huán)具有重要意義.西北干旱地區(qū)的蒸發(fā)潛力較高[1]，而在對近50年的蒸發(fā)潛力觀測中可以發(fā)現(xiàn)，我國西北部干旱區(qū)域在1993年逐漸由下降趨勢變?yōu)樯仙厔輀10].對于這種情況，由于溫度變化致使蒸發(fā)潛力的上升將會使干旱區(qū)的生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響，使得土壤水分喪失過快，會導(dǎo)致一些依靠地下水生存的植物由于缺水而死亡，同時(shí)也會使得物種由于缺水而滅絕，植被覆蓋率很大程度降低等.

而對于在西北干旱地區(qū)進(jìn)行土壤蒸發(fā)量測定較為困難，加之目前缺乏對其長期的觀測，因此，通過確定蒸發(fā)量來評定西北干旱地區(qū)氣候問題還存在不足之處.但氣候變暖問題對西北干旱地區(qū)生態(tài)影響的副作用已經(jīng)越來越明顯，但對于如何影響，其影響程度如何仍是目前急需研究和解決的主要問題.

3　西北干旱區(qū)關(guān)于氣候變化對水文水資源的影響及模型改進(jìn)

我國西北干旱區(qū)域水資源形成、分布及水源補(bǔ)給等具有較為明顯的區(qū)域特點(diǎn)，在全球領(lǐng)域內(nèi)均具有一定的代表性.如我國西北地區(qū)的河流基本發(fā)源于山區(qū)，如瑪納斯河流域、塔里木河流域等，水源的主要來源于高山冰雪融化及森林降水及基巖裂隙水等，如祁連山脈、天山等.在這種形式下，西北干旱區(qū)域在多年的生態(tài)發(fā)展中已經(jīng)基本達(dá)到平衡.但這些年由于全球氣候變暖，使得山體冰川融化加快，增加了很多不確定性因素使得水資源不確定性也明顯加大.

3.1水汽弱匯作用下的水資源變化分析

西北干旱區(qū)域在水汽弱匯作用下將會對流域水資源形成及變化發(fā)生較大變化.通常，西北干旱區(qū)域水系統(tǒng)薄弱，氣候變暖會加大極端氣候水文發(fā)生變化的強(qiáng)度及規(guī)律，加大了內(nèi)陸河流域水文環(huán)境的波動.據(jù)目前最新研究發(fā)現(xiàn)，我國西北區(qū)域水資源主要存在以下三個(gè)變化：其一為徑流出現(xiàn)突變型增加；其二為徑流量在汛期增加，如由于冰川的融化使得對一些河流進(jìn)行補(bǔ)給，使得汛期流量增加.其三為徑流豐水期及枯水期變化明顯加劇.

綜合分析上述變化可知，西北干旱區(qū)水資源循環(huán)控制受到氣候變化影響顯著.如水資源構(gòu)成復(fù)雜、徑流等彈性大[1]；如氣候變化導(dǎo)致降水及溫度發(fā)生變化會引起地表徑流較大程度發(fā)生變化，即會對干旱區(qū)域生態(tài)水文發(fā)生較大影響[11].同時(shí)，由于氣候變化也加大了水系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，使得水資源系統(tǒng)變得較為脆弱，對區(qū)域自然水循環(huán)系統(tǒng)造成較大影響.

3.2冰川消融拐點(diǎn)出現(xiàn)會使河流水文過程越加復(fù)雜

我國西北地區(qū)具有干旱少雨的氣候特點(diǎn)，因此，河流對冰川積雪的依賴性較強(qiáng).前面提到，隨著氣候變暖，冰川水資源的變化將越來越復(fù)雜.如受到冰川雪水補(bǔ)給的河流會在較長的時(shí)間內(nèi)保持較大的流量，而對于冰川區(qū)域較少的流域，由于溫度上升而出現(xiàn)，會使冰川水資源量減少而出現(xiàn)拐點(diǎn)，導(dǎo)致冰川調(diào)劑工程下降，氣候出現(xiàn)降水異常.如祁連山脈中斷的黑河流域，冰川消融面積縮小比例占到了30%，而近50年，該流域分支徑流減少了100多條.而石羊河流域，其河流水文變化過程將更加復(fù)雜.再如新疆塔里木河、疏勒河等，由于這些年的氣溫變化使得山區(qū)冰川融化，這幾年，該流域來自山區(qū)的水量增加的近30%.

3.3氣候變化會使干旱區(qū)水資源安全受到影響

氣候變化在未來會帶來一系列如河流來水問題、供水問題等發(fā)生變化.因此，相關(guān)人員應(yīng)結(jié)合氣候變暖情況，加大對西北干旱地區(qū)來水、供水及需水等方面的研究，并實(shí)施有效手段辨別關(guān)鍵工程及中間環(huán)節(jié)，對干旱區(qū)水資源水系統(tǒng)進(jìn)行評估，從機(jī)理上認(rèn)識氣候變化對水資源影響的關(guān)系，研制適合于西北區(qū)域使用的反應(yīng)模型[12]；“來水—供水—需水”的動力學(xué)模型，提出生態(tài)與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的綜合策略，預(yù)測氣候變化對未來社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系，從而提出可保障水資源安全實(shí)施調(diào)控的措施.

3.4關(guān)于西北干旱區(qū)水文模型的建立與改進(jìn)

基于我國西北區(qū)域?qū)夂蜃兣绊懙拿舾行?，?gòu)建合適于該區(qū)域的水文地理模型用于實(shí)現(xiàn)對水資源分布、及生態(tài)變化具有重要的作用.關(guān)于模型的建立，LUO等提出了模擬冰川面積變化的動態(tài)概念，實(shí)現(xiàn)對冰川漸變、融化等過程的模擬；其結(jié)果證明可實(shí)現(xiàn)較好的效果[13].但在對西北干旱區(qū)流域水文模擬中還存在一個(gè)難點(diǎn)就是如何實(shí)現(xiàn)對水文氣象資料稀缺地區(qū)的徑流模擬[1].隨著SWAT水文模型的建立，目前已基本實(shí)現(xiàn)了上述難題，使其總體的偏差可以控制在5%以內(nèi).

4　結(jié)　論

水資源是制約我國西北干旱地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素，而氣候問題是對西北干旱地區(qū)水資源分布及調(diào)配將產(chǎn)生較大影響.基于我國基本國情及水資源分布情況，如何節(jié)約水資源及提高水資源利用率是我國實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的根本.通過對近50年我國西北干旱區(qū)域氣候及降水因素的調(diào)查與分析得出，由于氣候變暖使得我國水資源變化較大，使得生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的問題越來越突出.而由于冰川消融速度的加快在增加水流量的同時(shí)也為局部區(qū)域帶來了干旱的災(zāi)難.因此，采用合適手段實(shí)施對水資源的合理管理，積極應(yīng)對由于氣候變化對對其帶來的影響是保持西北地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的基本策略.

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Biography：ZHANG Qing-shan,male,born in 1966,assistant professor,medium and long term forestry meteorological forecast and forest climate.

Influence of Climate Change on Water Resources in Arid Area of Northwest China

ZHANG Qing-shan1,ZHANG Kuan-di2

(1.Branch of ecological and environmental protection of Yangling Vocational and Technical College,Yangling 712100,China;2.College of water conservancy and architectural engineering,Northwest Agriculture and Forestry University,Yangling 712100,China)

The northwest arid region is one of the most sensitive areas to the global change response,and the problems of hydrology and water resources caused by climate change are becoming more and more serious.The research and analysis of water resources in the northwest arid area under the background of global warming is of great significance to the future climate change.Through the analysis of the characteristics of climate change in the region of drought in Northwest China,the impact of climate change on water resources was explored and the advice was proposed to establish and improve the hydrological model in arid area of Northwest China,in order to provide further geographic reference for making a strategy of economic development in Northwest China.2figs.,13refs.

arid area; geographical factors; climate change; hydrological resources

2016-09-08

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助(編號：51579214)；楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院基金資助(編號：GJ1414)

張清杉 (1966-)，男，陜西靖邊人，副教授，研究方向：中長期林業(yè)氣象預(yù)報(bào)及林業(yè)氣候.

2095-7300(2016)03-035-05

P467

A