拉薩河流域水循環(huán)要素演變趨勢分析

洛珠尼瑪，王建群，徐幸儀

(1.西藏自治區(qū)水文局，西藏 拉薩 850000； 2.河海大學水文水資源學院，江蘇 南京210098)

1 概 述

拉薩河流域位于北緯29°32′～31°28′和東經(jīng)90°06′～93°36′之間，流域面積32896km2，約占雅魯藏布江流域面積的13.6%，其中冰川面積702km2。拉薩河流域的北面和東面與怒江流域相鄰，東面為雅魯藏布江支流帕隆藏布和尼洋河流域，南面為雅魯藏布江干流流域，西面和西北面以念青唐古拉山脈為界，與藏北高原毗連。青藏高原因其高海拔、地表物理性質(zhì)復雜等特點，在全球氣候變化中具有其自身特殊的演變規(guī)律[1-2]，是全球變化研究的熱點區(qū)域。拉薩河流域地處青藏高原的腹地，研究拉薩河流域水循環(huán)要素演變趨勢規(guī)律，對全球變化研究有著重要的意義。

關(guān)于西藏高原地區(qū)氣候變化的趨勢，有著大量的研究，例如文獻[3-6]。文獻[3]利用西藏地區(qū)1961—2000年的月平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫資料， 分析了近40 年高原氣溫的變化趨勢，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，西藏大部分地區(qū)四季和年平均氣溫為升溫趨勢。文獻[4] 利用西藏地區(qū)1971—2000年月降水量資料分析了近30年高原降水的變化趨勢，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，西藏大部分地區(qū)年降水量變化為正趨勢，降水傾向率為1.4～66.6mm/10a，而阿里地區(qū)呈較為明顯的減少趨勢。文獻[5] 利用西藏高原近40 年來的逐月氣象數(shù)據(jù)， 通過時間序列分析和Mann-Kendall(以下簡稱M-K)秩次相關(guān)檢驗方法， 揭示了近40 年來西藏高原氣候變化的主要特征，認為降水趨勢變率空間分布上的基本規(guī)律是，其大小由東往西逐漸減小， 藏中和藏東為上升趨勢， 藏西為下降趨勢。文獻[6]選取藏北地區(qū)有長期、連續(xù)記錄的5 個氣象站點，分析了藏北地區(qū)近40 年來的氣候變化特征， 并對其可能影響進行分析，認為藏北地區(qū)近40 年來溫度上升趨勢明顯，尤其降水的年際波動大， 自20 世紀90 年代以后明顯增多。文獻[7] 從西藏地區(qū)27個氣象站點的年平均氣溫、降水量和蒸發(fā)量1957—2002年的長時間序列出發(fā)，研究了西藏高原氣象要素長期變化趨勢和持續(xù)性，認為西藏地區(qū)年平均氣溫將全面上升，年降水量在偏西部地區(qū)呈下降趨勢、在其他地區(qū)呈上升趨勢，年蒸發(fā)量除獅泉河附近的帶狀區(qū)域外，其余地區(qū)呈下降趨勢。

西藏高原地區(qū)氣候變化的趨勢盡管有著大量研究，但關(guān)于地處青藏高原腹地的拉薩河流域水循環(huán)要素演變趨勢還缺少研究。筆者將利用拉薩水文站長系列水文氣象觀測數(shù)據(jù)對拉薩河流域水循環(huán)要素演變趨勢進行分析研究。

2 資料與方法

研究選取拉薩水文站1956—2009年降水、氣溫、蒸發(fā)皿、徑流等水文氣象觀測數(shù)據(jù)。

采用M-K秩次相關(guān)檢驗法[8]、線性回歸分析法對拉薩水文站降水、氣溫、蒸發(fā)皿、徑流等水循環(huán)要素演變趨勢進行顯著性檢驗和分析，用年內(nèi)分配不均勻系數(shù)分析拉薩水文站徑流徑流年內(nèi)分配不均勻性的變化趨勢。

對時間序列x1，x2，…，xn(n為樣本長度)，定義M-K秩次相關(guān)檢驗統(tǒng)計量U如下：

(1)

(2)

(3)

式中：m為“結(jié)”的總數(shù)，tj為第j個“結(jié)”的寬度，j=1，2，…，m。當n增大時，U很快收斂于標準正態(tài)分布。給定顯著性水平α=0.05，其雙邊正態(tài)分位數(shù)值Uα/2=1.96，當U>Uα/2時，時間序列變化趨勢顯著。定義M-K秩次相關(guān)檢驗法中傾斜度β如下：

?j

(4)

其中10時，表示上升趨勢；當β<0時，表示下降趨勢。

3 降水、氣溫及蒸發(fā)量變化趨勢

采用M-K秩次相關(guān)檢驗法、線性回歸分析法對拉薩站1955—2009年年降水量、年平均氣溫、年蒸發(fā)皿觀測量系列進行統(tǒng)計分析。結(jié)果見表1、圖1～3。

表1 1955—2009年拉薩站降水、氣溫和蒸發(fā)皿觀測量變化趨勢

圖1 拉薩站年降水量變化趨勢

圖2 拉薩站年平均氣溫變化趨勢

圖3 拉薩站年蒸發(fā)皿觀測量變化趨勢

由表1和圖1～3可知，1955—2009年間拉薩站的年平均氣溫總體上呈上升趨勢，每10年增加0.33℃，氣溫上升趨勢顯著；年蒸發(fā)能力總體上呈上升趨勢，M-K秩次相關(guān)系數(shù)U=1.76，其絕對值沒有超過顯著性水平為α=0.05的雙邊正態(tài)分位數(shù)值1.96，上升趨勢并不顯著；年降水量長期變化趨勢不明顯。

4 徑流年際變化

拉薩河拉薩水文站控制流域面積26235km2。

根據(jù)拉薩站1956—2009年日平均流量觀測資料統(tǒng)計分析，其拉薩河流域年徑流量年際變化見表2。

表2 拉薩河流域年徑流量年際變化 億m3

由表2可以看出，拉薩河流域多年平均實際來水量92.84億m3，21世紀初期最豐，20世紀80年代最枯。

采用M-K秩次相關(guān)檢驗法、線性回歸分析法對拉薩站1956—2009的年平均流量系列進行統(tǒng)計分析檢驗，結(jié)果見表3和圖4。

圖4 拉薩站年平均流量系列變化趨勢

由表3和圖4可知，拉薩站的年平均流量總體上呈上升趨勢，每10年增加9.8m3/s。M-K秩次相關(guān)系數(shù)U=1.45，其絕對值沒有超過顯著性水平為α=0.05的雙邊正態(tài)分位數(shù)值1.96，因此拉薩站的年平均流量過程上升趨勢并不顯著。

根據(jù)文獻[9]的對念青唐古拉山拉弄冰川的考察研究，1970—1999年拉弄冰川末端退縮了285m，平均年退縮量9.8m，1999—2003年拉弄冰川退縮13m，平均年退縮量3.25m，由于冰川對氣候的響應(yīng)有一定滯后性，近年來氣候持續(xù)變暖將使拉弄冰川繼續(xù)保持退縮狀態(tài)。筆者認為，近年來拉薩河流域降水量變化趨勢不明顯，年徑流量過程的上升趨勢與氣溫升高和流域內(nèi)冰川退縮有關(guān)。

為進一步探討拉薩河流域年徑流豐枯變化的規(guī)律，首先作出拉薩站年徑流量P-Ⅲ型理論頻率曲線，設(shè)P<25%為豐水年，P>75%為少水年，P=25～75%為中水年，計算得出豐水年與中水年的分界年徑流量為108.48億m3、中水年和枯水年的分界年徑流量為75.05億m3；然后再將各站年徑流系列進行豐、中、枯分類，并繪圖。圖5是拉薩站年徑流豐、中、枯出現(xiàn)過程。由圖5看出，自2000年以來，拉薩站出現(xiàn)中水年的機會較少，出現(xiàn)豐水年的機會較多且豐枯變化劇烈。

圖5 拉薩站豐、中、枯水年過程

5 徑流年內(nèi)變化

拉薩河流域1956—2009年多年月平均徑流量統(tǒng)計見表4。

表4 拉薩河流域多年月平均徑流量 億m3

由表4可以看出，拉薩河流域徑流量主要集中在汛期(7—9月)，占年總量的65%，8月徑流量最大，2月徑流量最小，徑流量月最大值是月最小值的18.74倍。

為了進一步分析徑流年內(nèi)分配特征變化規(guī)律，采用年徑流年內(nèi)分配不均勻系數(shù)Cu和7～9月占全年比例Cx來刻畫徑流年內(nèi)分配特征，采用M-K秩次相關(guān)檢驗法、線性回歸分析方法分析Cu和Cx的變化趨勢。其中Cu定義如下：

式中：Wi為各月徑流量；E為樣本均值；σ為均方差。

對拉薩河流域徑流年內(nèi)分配不均勻系數(shù)系列和徑流7—9月占全年比例系列進行統(tǒng)計分析，結(jié)果見表5。

表5 1956—2009年拉薩河流域徑流年內(nèi)分配特征變化

由表5可以看出，徑流年內(nèi)分配不均勻系數(shù)Cu和7—9月占全年比例Cx年際間較穩(wěn)定。

6 結(jié) 語

a. 拉薩站的年平均氣溫總體上呈上升趨勢，每10年增加0.33℃，氣溫上升趨勢顯著；年蒸發(fā)能力總體上呈上升趨勢，但上升趨勢并不顯著；年降水量長期變化趨勢不明顯。

b. 拉薩河流域多年平均實際來水量92.84億m3，20世紀初期最豐，20世紀80年代最枯。拉薩站的年平均流量過程總體上呈上升趨勢，但上升趨勢并不顯著。近年來，拉薩河流域降水量變化趨勢不明顯，年徑流量過程的上升趨勢與氣溫升高和流域內(nèi)冰川退縮有關(guān)。

c. 自2000年以來，拉薩站出現(xiàn)中水年的機會較少，出現(xiàn)豐水年的機會較多且豐枯變化劇烈。

d. 拉薩站徑流年內(nèi)分配不均勻系數(shù)和7—9月占全年比例年際間較穩(wěn)定。

e. 近年來，拉薩河流域的氣候有暖濕化趨勢，這將有利于流域內(nèi)的植物生長，但是拉薩河流域冰川凍土面積大，氣溫升高會引起冰川退縮和凍土層融化，又將給該地區(qū)脆弱的生態(tài)系統(tǒng)帶來不利影響。

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