叶尔羌河流域气温、降水及径流变化特征分析

应用叶尔羌河流域的9个水文、气象站的观测资料,分析了叶尔羌河流域的气温、降水、径流的变化特征.结果显示:年代际时间尺度上叶尔羌河全流域以及帕米尔高原区、低山丘陵区、平原区在20世纪90年代以来呈明显的增暖、变湿趋势;44 a来年平均气温均呈显著的线性增加趋势,帕米尔高原区秋季温度上升最显著,平原区冬季升温最显著;帕米尔高原区与平原地区均以夏季降水的线性增湿最为显著;近50 a来,叶尔羌河流域中,仅提兹那甫河年径流量呈显著线性增加趋势,叶尔羌河年径流量虽然也呈线性增加趋势,但不显著;叶尔羌河与提兹那甫河年径流量自70年代以来呈反位相变化.     

叶尔羌河流域气候变化特征及趋势分析

利用叶尔羌河流域五个气象台站长时序逐日气温和降水量数据,运用Mann-Kendall趋势检验和突变检验方法,分析近50多年来叶尔羌河流域气候要素变化特征,利用R/S分析法预测该区域未来气候变化趋势。结果表明:1)叶尔羌河流域属极端干旱区,近50年来降水量呈增加趋势,塔什库尔干、泽普和巴楚降水增加显著,有明显突变点;2)流域气温上升速率范围为0.239-0.375℃/10a,气温的上升均为突变升温,突变时间为20世纪90年代中期,塔什库尔干高海拔山区自2010年后气温增长较平原区迅速;3)通过R/S分析表明,叶尔羌河流域未来气候变化仍然与过去50年来的变化趋势一致,以暖湿趋势为主。     

开都河源区径流变化的气候响应

气候变化下的山区径流时空变异特征是干旱区水文水资源研究的热点之一。本研究选择天山南坡开都河流域源区为典型研究区,基于1958-2017年大山口水文站和巴音布鲁克水文站径流数据,及巴音布鲁克气象观测数据,采用TFPW-MK趋势检验、小波分析与小波相干等方法分析径流序列的趋势、突变和周期特征及其对气候变化的响应。结果表明:近60 a来,开都河源区径流、降水、气温呈显著增加趋势,并且径流量、降水量与最高气温的增率在加快,而平均气温与最低气温的增率减缓;径流量、降水与平均气温的突变年份集中在20世纪90年代,并且均存在28 a的周期;夏季径流量增加主要受夏季升温的影响,而早春径流量增加主要与冬季降水增加、早春升温有关;在年尺度上,降水是影响开都河径流变化的主要因素,气温主要以积温形式影响着径流的变化;在月尺度上,积温与降水均与径流呈显著正相关关系,且源区上游径流较下游径流对气温变化更为敏感。     

冬雨型河流河川径流量对气候变化的响应

为能够较好的认识气候变化对冬雨型河流河川径流量的影响,更好的指导冬雨型河流水资源的合理开发利用,基于收集的水文气象资料,在分析研究区水文特性及气候变化规律的基础上,通过构建的三水源新安江水文模型及设定的不同气候情景,探讨了冬雨型河流河川径流量对气候变化的响应。结果表明:瓦赫什河降水主要发生于冬春季,夏季降水量偏少,降水对径流影响不大,气温的高低直接决定着瓦赫什河的河川径流量;山区与平原区降水均呈弱的增加趋势,气温均呈升高趋势,相对而言,平原区气温升高趋势比山区更明显;通过所构建水文模型及设定不同的气候情景可以看出,对于冬雨型河流在区域研究区气温的变化比降水量变化对河川径流量影响更加敏感,气温升高河川径流量增多明显;逐月平均径流以4月、5月和10月对气候的变化最为明显,其中以4月和10月增多最显著,以5月径流减少最明显。     

1957—2015年叶尔羌河流域气候变化特征及其径流响应

根据流域内气象、水文站点的长期观测数据,利用线性趋势、相关系数、累积距平、Mann-kendall(M-K)突变检验等方法分析不同区域的干、湿季气候变化特征,并假定不同的气候情景组合,分析径流对气候变化的响应程度。结果表明:(1)1957-2015年4个单元气温和降水量呈增加趋势;除上游外,相对湿度、平均风速和大风日数呈减小趋势,流域径流量呈增加趋势。(2)气温在1996年发生突变;降水量未出现明显突变点;相对湿度在2005年左右发生突变;除下游外,平均风速在1983年发生突变;径流量于1993年发生突变,突变后径流量增加了9.08×10^8m^3。(3)相关性分析显示,流域径流量与湿季平均气温、平均最低(最高)气温呈极显著正相关,与湿季平均风速、大风日数和相对湿度呈负相关,除上游径流与干季降水量呈正相关外,其他区域与降水量呈负相关。(4)敏感性分析表明,当降水量不变,气温升高1℃,径流量增加9.06%;当气温不变,降水量增加10%,径流量减小1.67%,这主要与径流组成有关。流域77.4%的径流量来自雪冰融水补给,当降水量增加时,气温降低,减少了冰川积雪的融化,因而流域径流与气温呈正相关,与降水量呈负相关,且对气温变化更敏感。     

黄河源区径流波动变化对气候要素的响应特征

黄河源区径流属典型的寒区径流,降水、冰雪冻土融水等共同成为径流量的补给来源,径流量的变化同时受到区域内降水量和气温变化的影响。采用互谱分析方法研究表明,黄河源区降水与径流周期波动间的关系明显好于气温与径流之间的关系,降水对径流量的主要周期波动变化有较明显的控制作用。气温虽然对径流量的部分周期波动变化有一定的影响,但明显不如降水的影响。黄河源区径流量的波动变化对区域内生态环境有显著的影响,1980年代后期以来径流大幅下降使与河流水体相连并进行水量交换的湖泊、沼泽湿地疏干退化,生态环境明显恶化。     

近50年来喀什噶尔河流域气温、降水及径流的变化趋势

应用喀什噶尔河流域内7个气象站、3个水文站的观测资料,分析了全流域、平原区和帕米尔高原的气温、降水以及出山口控制站年径流量的变化特征.结果显示:①从20世纪90年代开始,喀什噶尔河全流域以及平原区和帕米尔高原的年以及冬、秋季明显增暖,近5年春季迅速增温.从90年代起,全流域与高原区的年降水量明显增加,近5年平原区也明显增加;自90年代起全流域的春季、夏季降水明显增加,而近5年秋、冬季增湿迅速;近5年平原区的秋、春季以及冬季降水增加明显,高原区却以夏、秋季增湿最明显.②喀什噶尔河全流域以及平原区和帕米尔高原的年气温与降水量都呈显著的线性增加趋势.平原区的秋、冬季气温显著上升,冬季最明显,夏季呈不显著的下降趋势;平原区的四季降水呈不显著的上升趋势.帕米尔高原的夏、秋、冬季气温呈显著的上升趋势,秋季最明显;帕米尔高原的四季降水呈上升趋势,只有夏季的增湿趋势较显著.③喀什噶尔河年径流量(3站合计)近47年来呈显著的线性上升趋势,以3.0%·(10 a)-1的速率增加.流域内3条河流情况有所不同,克孜河径流量的线性增加趋势最明显,而盖孜河呈不显著的下降趋势.     

石羊河流域径流量分布特征及对气候变化的响应——以西营河为例

利用1961-2009年石羊河流域西营河径流量和气象资料,分析了近49年来径流量变化趋势、年内分配特征及与气象因素的内在关系.结果表明:近49年来西营河径流量总体呈减少趋势,冬、夏季减幅大于秋、春季;90年代四季径流量衰减明显,特别是年、春、夏季径流出现明显突变;年径流量补给主要以汛期雨水补给为主,雨水补给比例在逐渐增加,冬季积雪融水对径流量的补给比例在减少;流域内降水量呈较小的增加趋势,但是夏季降水增幅不明显.气温呈明显升高趋势,特别是冬季气温趋势系数最大,受其影响蒸发量均呈增大趋势;径流量与6-9月降水量呈显著正相关,但与7、8月气温、蒸发呈显著负相关.分析了未来气温、降水变化在不同情形下对径流量的可能影响,表明气温对径流量的负效应占据着主导作用,汛期气温的升高且伴随着蒸发的增大使年总径流量减少,气候变暖总体不利于流域径流量的增加.     

黄河源区水文水资源对气候变化的响应

气候变化是目前世界各国科学工作者关注的重要问题之一。以黄河源区为研究区,采用Mann-Kendall非参数检验和Spearman秩次检验相关法分析了过去60年降水、气温及径流的变化趋势;利用十套情景数据驱动大尺度分布式VIC模型,分析了黄河源区未来径流和土壤含水量的可能变化。结果表明:黄河源区年平均气温呈显著上升的趋势,高于全球地表平均升温速率;日最低气温比日平均气温和日最高气温增加显著;年降水量呈微弱增加趋势,年径流量呈微弱减少趋势,两者变化趋势都不显著;未来全球变化条件下黄河源区径流和土壤含水量将有可能呈减少态势,发生干旱的可能性进一步加大,将会对工农牧业生产构成威胁。     

气候变化对黄河河源区水资源系统的影响

利用水文、气象台站观测资料,分析了黄河河源区近几十年来温度、降水的变化。结果显示,该区域的温度对全球变暖有着明显的对应关系,近几十年来流域各个地方的温度有着不同程度的上升。降水量总体上呈减少态势,但因地理位置的不同而差异较大。其中,位于流域产流高值区的东南部近10余年降水大幅减少,受其影响,黄河源区产水量呈持续递减的态势。基于上述分析,利用大气环流模型(GCMS)与统计模式对未来流域气温、降水和径流的可能变化进行了预测,计算结果均表明,未来30年里黄河河源区的温度将进一步上升,并且降水量也有显著增加。受其影响,黄河河源区径流量将比1990S有显著增加。     

祁连山区气候变化与流域径流特征研究

用气候学、水文学及统计学方法,分析了国家级祁连山森林生态站长期定位监测数据,气温、降水对流域径流的影响关系,据此研究了该流域水热条件下流域径流,分析得出试验流域多年平均降水量为354.3mm,年平均气温为1.6℃,年平均出山径流为118.2mm,径流系数为0.33;随着季节温度的升高,径流量呈增加之势,反之亦然;随季节降水量的增加,径流量同时也呈增加的趋势。研究表明了温度、降水与流域出山径流量密切相关,为不同季节气候变化对流域径流的影响提供科学依据。     

近30 a来开都河上游径流量变化的气候响应

利用巴音布鲁克水文站1980-2010年逐日径流量观测资料,采用线性趋势分析、多元回归分析等方法,研究了近30 a来开都河上游4-9月径流量的变化特征。同时,基于同期巴音布鲁克气象站气温、降水资料,探讨开都河上游气温与降水变化对春季径流量的影响。结果显示：开都河上游年径流量在过去30 a呈明显增加趋势。其中4-6月月平均径流量没有明显变化趋势,7-9月径流量增加明显。虽然年径流量主要分布在夏季,但年最大日径流量大多发生在春季4、5月份。进一步分析表明,前期冬季降水量与当年春季增温均对春季径流量有极显著的影响。     

气候变化对黄河源区水资源的影响及未来趋势预估

利用黄河源区有关水文、气象台站观测资料,分析了黄河源区年平均流量变化与气候条件的响应关系,发现气温、降水及蒸发的波动变化对流量有很大影响,依此关系建立了流量预估模型;并根据气候模式输出数据经降尺度处理生成的未来气候情景,对未来源区流量进行了预估。结果表明:近49a间,源区气温呈波动上升态势;蒸发量显著增大,年均降水量没有出现明显的趋势性变化,但具有明显的年际和年代际振荡。源区流量的变化与降水量、气温及蒸发的变化之间存在显著的线性关系,近49a年来,由于气温的持续上升导致径流蒸散发损耗超过降水量的补给作用,源区流量总体呈减少趋势,但近几年随着降水量的增加而有所回升。未来两个时期(2020s、2050s)源区年平均流量为593.61m3/s和525.11m3/s,较气候标准期(1961年-1990年)分别减少14.9%和24.7%,据此,未来气候变化对黄河源区水资源的影响可能弊大于利,但仍具有较大不确定性。     

胶东半岛大沽河流域径流变化特征

大沽河是胶东半岛最大的河流,被称为青岛市的“母亲河”,近年来受气候变化与人类活动的共同影响,河川径流量急剧减少,河道断流形势严峻。基于1964-2008年大沽河3个水文站点（南村、产芝水库和尹府水库）的径流资料以及青岛气象站点的气象资料,初步探讨了大沽河流域径流的年际年内特征、变化趋势及其原因。结果表明：大沽河年径流存在明显的年代际特征,45 a间有一定下降趋势,特别是20世纪80年代以来,南村站河道常出现全年断流现象;3个水文站均于60年代初发生了突变,而且尹府水库站的年径流还存在显著的准4 a的变化周期;南村站径流的季节特征及变化趋势均比较显著,年径流量的89.8%集中在汛期,汛期径流量及各月径流（除8-9月）在45 a间均呈显著下降趋势,非汛期径流变化趋势虽不明显,但其径流量自80年代以来大多年份为0;相对而言,产芝水库和尹府水库站径流的季节差异及趋势相对较小;由基准期（1964-1980年）到变化期（1981-2008年）,降水变化与人类活动分别导致年径流量减少的比例为52.38%和47.62%,说明两者对径流的减少作用均比较显著,而且在全球气候变化的背景下,人类活动进一步加剧了径流的减少,并促使大沽河演变为季节性河流。     

气候变化对台兰河年平均径流量的影响

以台兰河为研究对象,选用台兰水文站1957-2011年平均流量序列,采用SPSS统计软件对其55 a序列进行趋势分析。结果显示：台兰河径流与降水量的年内分配极不均匀,径流主要集中在夏秋两季,降水量集中在春夏两季,径流与降水量集中期主要分布在7月。识别和提取台兰河年平均流量时间序列的趋势函数QS(t),获得了相应的趋势回归模型;台兰河年平均流量序列存在1957-1981年、1981-1999年、1999-2011年3个时段呈递减→递增→递减变化态势;降水、气温变化是影响台兰河不同时段年平均流量变化的主要因素,年平均径流量变化趋势与气温、降水变化趋势一致。     

Periodical characteristics of baseflow in the source region of the Yangtze River

Baseflow,which represents the drainage of groundwater aquifers,is an essential component of runoff in hydrological basins.In the source region of the Yangtze River,the change of baseflow typically reflects the interactions between groundwater system and climatic factors in cold and arid areas.With modified Kalinen separation method,annual baseflow between 1957 and 2009 in this region was estimated and calculated.In comparison with the inner-annual variations of total streamflow,baseflow showed a weaker fluctuation.Before the 1980s,it was in a steady state;and after then,it demonstrated dramatic variations and large amplitudes.Based on the calculation results of baseflow,the real Morlet wavelet method was applied to reveal the periodical characteristics of baseflow as well as the precipitation and air temperature in the study area.It was found that annual baseflow has a 43-year trend as well as a 21-year period and a 7-year period.The 21-year period is most significant,with its wavelet coefficient having the largest fluctuation and amplitude.Summation of wavelet coefficients on these periods exhibits a similar change pattern with respect to that of annual baseflow.The summation curve takes a"W"shape,which means that the baseflow follows a four-stage sequence of descending–ascending–descending–ascending.As analyzed,the relationship among baseflow,precipitation and temperature is implied in the correlation between their normalized wavelet coefficients at different temporal scales.By the significant positive linear correlations both between precipitation and baseflow(correlation coefficient is 0.98)and between temperature and baseflow(correlation coefficient is 0.90)for the 43-year wavelet coefficients,it is suggested that the long-term increasing trends of precipitation and air temperature will lead to an increasing trend of baseflow.For wavelet coefficients of 21-year and 7-year periods,the positive linear correlation between precipitation and baseflow is significant.However,the correlation between air temperature and baseflow is not so evident,especially for the 21-year period.As a conclusion, correlation analysis with normalized wavelet coefficients showed that the change of annual baseflow was contributed mostly by the change of precipitation and secondly by the change of temperature.     

西北干旱区近50年气候变化对出山径流的影响分析——以黑河流域为例

对黑河上游山区1956—2004a祁连站气温与降水数据、莺落峡水文站出山径流进行各季年均值变化分析、基于MathCAD对气温和降水分别与出山径流的关系进行相关分析,发现近50a黑河流域气温与降水的变化没有显著的相关性,降水变化与径流的变化表现出正相关,而气温与径流则没有相关性。近50a降水各季变化没有一致性,却出现一定的规律,即春季持平,夏秋下降,而冬季增加。相对于降水而言,气温变化则表现出各季之间的一致性趋势,即近10a表现出明显的增温趋势,而且增温幅度相似,都在2℃左右。另外对气温与降水对出山径流的影响做了量化,降水与径流的相关系数为0.557,而气温与径流的相关系数只有0.045左右;根据影响径流的气候因子所占权重,集成气候(无量纲)变化曲线,显示出与径流变化的一致性,即气候变化对径流变化有明显的影响;依据本文分析和总结,预计今后10—20a气温、降水都将有升高或增加趋势,届时出山径流将相应增加。     

Impacts of temperature and precipitation on runoff in the Tarim River during the past 50 years

The relationship between climate change and water resources in the Tarim River was analyzed by combining the temperature,precipitation and streamflow data from 1957 to 2007 from the four headstreams of the Tarim River (Aksu,Hotan,Yarkant and Kaidu rivers) in the study area.The long-term trend of the hydrological time series including temperature,precipitation and streamflow were studied using correlation analysis and partial correlations analysis.Holt double exponential smoothing was used to fit the trends between streamflow and the two climatic factors of Aksu River,Hotan River and Yarkant River.The streamflow of the main stream was forecasted by Autoregressive Integrated Moving Average Model (ARIMA) modeling by the method of time series analysis.The results show that the temperature experienced a trend of monotonic rising.The precipitation and runoff of the four headstreams of the Tarim River increased,while the inflow to the headstreams increased and the inflow into the Tarim River decreased.Changes of temperature and precipitation had a significant impact on runoff into the four headstreams of the Tarim River: the precipitation had a positive impact on water flow in the Aksu River,Hotan River and Kaidu River,while the temperature had a positive impact on water flow in the Yarkant River.The results of Holt double exponential smoothing showed that the correlation between the independent variable and dependent variable was relatively close after the model was fitted to the headstreams,of which only the runoff and temperature values of Hotan River showed a significant negative correlation.The forecasts by the ARIMA model for 50 years of annual runoff at the Allar station followed the pattern of the measured data for the same years.The short-term forecasts beyond the observed series adequately captured the pattern in the data and showed a decreasing tendency in the Tarim River flow of 3.07% every ten years.The results showed that global warming accelerated the water recharge process of the headstreams.The special hydrological characteristics of the arid area determined the significant association between streamflow and the two climatic factors studied.Strong glacier retreat is likely to bring a series of flood disasters within the study area.     

Sensitivity of runoff to climatic variability in the northern and southern slopes of the Middle Tianshan Mountains,China

Temperature and precipitation play an important role in the distribution of intra-annual runoff by influencing the timing and contribution of different water sources.In the northern and southern slopes of the Middle Tianshan Mountains in China,the water sources of rivers are similar;however,the proportion and dominance of water sources contributing to runoff are different.Using the Manas River watershed in the northern slope and the Kaidu River watershed in the southern slope of the Middle Tianshan Mountains as case studies,we investigated the changes in annual runoff under climate change.A modified hydrological model was used to simulate runoff in the Kaidu River and Manas River watersheds.The results indicated that runoff was sensitive to precipitation variation in the southern slope and to temperature variation in the northern slope of the Middle Tianshan Mountains.Variations in temperature and precipitation substantially influence annual and seasonal runoff.An increase in temperature did not influence the volume of spring runoff;but it resulted in earlier spring peaks with higher levels of peak flow.Damages caused by spring peak flow from both slopes of the Middle Tianshan Mountains should be given more attention in future studies.