黃河源頭降水特征分析

張瑩 劉金青

摘要 ? ?為了研究黃河源頭降水的特點及其規(guī)律，利用黃河源頭瑪多站1970—2019年的逐日降水資料，采用線性傾向估計法、Marm-Kendall（M-K）法、Hurst指數(shù)，根據(jù)世界氣候組織對氣候異常的判別標準等方法，分析了該地區(qū)降水的變化特征。結(jié)果表明，近50年間，黃河源頭年降水量總體呈顯著增加趨勢，增加速度為16.2 mm/10 a;四季降水量也呈逐年增加趨勢，其中春季降水量的增加趨勢最為顯著，夏季降水對年總降水量的貢獻最大，為59.8%;冬季最小，為3.1%;源區(qū)降水量的月變化呈明顯的單峰型，降水量年內(nèi)分配不均，降水主要集中在5—9月，7月降水量最大，12月降水量最小;黃河源頭近50年降水量變化從2003—2004年開始發(fā)生突變。根據(jù)世界氣候組織對氣候異常的判別標準判別，黃河源頭出現(xiàn)4次正異常年份降水;春季出現(xiàn)1次正異常;夏季出現(xiàn)3次正異常，秋季分別出現(xiàn)1次正異常和1次負異常;冬季出現(xiàn)3次正異常。用Hurst指數(shù)分析黃河源頭未來的降水變化趨勢，未來該地區(qū)降水量變化趨勢將與過去的變化趨勢一致，呈“較強”的增加趨勢。四季中，春季持續(xù)性強度較弱，夏季持續(xù)性強度為“強”，秋季持續(xù)性強度為“較強”，冬季持續(xù)性強度為“很強”。

關(guān)鍵詞 ? ?降水;變化趨勢;Marm-Kendall法;Hurst指數(shù);異常年份;黃河源頭

中圖分類號 ? ?P426 ? ? ? ?文獻標識碼 ? ?A

文章編號 ? 1007-5739（2020）17-0181-03 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

大自然降水是水資源的主要來源，降水量是衡量一個地區(qū)降水多少的依據(jù)，自然降水的豐歉在很大程度上影響著當?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)濟建設(shè)和人民生活水平的提高，同時也是描述一個地區(qū)氣候變化的重要指標。在大氣溫室效應加劇、氣候變暖趨勢明顯的大背景下，自然降水變化的趨勢和特點，是人們普遍關(guān)心的話題[1-6]。

黃河源頭位于青海省果洛州瑪多縣境內(nèi)，是三江源生態(tài)保護區(qū)的重要核心區(qū)，地處青藏高原腹地，平均海拔4 200 m，該地河流密集、湖泊眾多，全縣共有大小湖泊4 077個，被譽為“中華水塔”，是重要的水源涵養(yǎng)地，也是我國最主要的水源地和全國生態(tài)安全的重要屏障之一。對黃河源頭降水量的變化趨勢的研究，可以為評估未來降水變化的影響提供基礎(chǔ)資料，為該地區(qū)今后更好地趨利避害、合理利用降水資源、保護和恢復生態(tài)環(huán)境提供科學依據(jù)，同時對防災減災有著預警作用，對減少人民群眾的經(jīng)濟損失有著重要的現(xiàn)實意義。

1 ? ?資料與方法

氣象資料來自青海省氣象信息中心。選用瑪多縣氣象站1970—2019年的降水量日數(shù)據(jù)資料，季節(jié)劃分按12月至次年2月為冬季，3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季，建立降水序列資料并進行處理分析。

采用線性傾向估計法[7]模擬降水變化趨勢;Marm-Kendall（M-K）法[7]檢驗降水的突變特征;利用Hurst指數(shù)[8]分析黃河源頭未來的降水趨勢變化;根據(jù)世界氣候組織對氣候異常的判別標準分析異常降水的年份。

2 ? ?結(jié)果與分析

2.1 ? ?年際變化特征

由圖1可知，近50年中，黃河源頭地區(qū)年平均降水量為334.7 mm，降水量變化呈增加趨勢，增加速度為16.2 mm/10 a，通過了0.01信度的顯著性檢驗。20世紀90年代以前，該地區(qū)的年降水變化不大，總體降水量低于平均值;20世紀90年代以后，降水量明顯趨多，高于平均水平。50年中最大降水出現(xiàn)在1989年，降水量為485.6 mm，最小降水出現(xiàn)在1988年，降水量為204.9 mm。

2.2 ? ?季節(jié)變化特征

由圖2可知，近50年間，四季平均降水量呈逐年增加趨勢，速率分別是4.17、7.83、4.31、0.40 mm/10 a，其中春季降水量的增長趨勢通過了0.05信度的顯著性檢驗，增加趨勢明顯。該地區(qū)春、夏、秋、冬的平均降水量分別為52.7、200.0、71.7、10.3 mm，約占年平均總降水量的15.7%、59.8%、21.4%、3.1%，其中，夏季降水對年總降水量的貢獻最大，即年降水量的大小取決于夏季降水量的影響，秋季次之，冬季最小。

2.3 ? ?月變化特征

由圖3可知，降水量的月變化呈明顯的單峰型，7月降水量最大，其次是8月、6月，12月降水量則最小。降水量年內(nèi)分配不均，主要集中在5—9月，此季節(jié)亦是黃河源的雨季（夏季），這期間是年內(nèi)氣溫較高時期，也是雨水相對豐沛時期[9]。11月至翌年3月是黃河源區(qū)的冬季，受行星西風帶過高原引起的擾動以及高原本身的熱力環(huán)流系統(tǒng)的共同作用[9]，本地區(qū)降水量相對最少。

2.4 ? ?突變特征

由圖4可知，20世紀70年代降水量變化幅度較大;20世紀80年代降水量變化幅度不大，趨勢變緩;20世紀90年代的降水量較20世紀80年代有所增加，但增加趨勢不明顯;進入21世紀后，00年代初期，降水量有所下降，但下降趨勢較小，00年代2004—2019年，黃河源頭的降水增多明顯，在10年代這種增加趨勢大大超過顯著性水平0.05臨界線，表明黃河源頭年降水量的增加趨勢是十分明顯的。根據(jù)UF和UB曲線的交點的位置，確定黃河源區(qū)年平均降水量21世紀00年代初的增加是一種突變現(xiàn)象，具體時間是從2003—2004年開始的。

2.5 ? ?異常年份分析

世界氣候組織對氣候異常提出2種判別標準：一是距平超過標準差的2 倍 以上，二是其出現(xiàn)的概率為25年以上一遇。本文采用距平大于標準差的2倍作為異常來分析黃河源頭降水量的異常特征。

由表1可知，1970—2019年黃河源頭降水量的異常年份出現(xiàn)4次，分別為1975年、1989年、2009年、2018年，均為正異常，即降水量偏多。在春季，黃河源頭的降水在1989年出現(xiàn)了1次正異常;夏季出現(xiàn)3次異常，分別為1975年、2009年、2018年，均為正異常;秋季分別在1981年出現(xiàn)1次正異常和1970年1次負異常;冬季則在1993年、1994年、2018年出現(xiàn)3次正異常。

2.6 ? ?降水量變化趨勢持續(xù)性分析

Hurst指數(shù)（R/S法）能很好地揭示時間序列中趨勢性成分的持續(xù)性（反持續(xù)性）強度的大小[10-13]。對于不同的Hurst指數(shù)H（0

運用R/S法對黃河源頭降水序列的變化趨勢進行持續(xù)性分析，結(jié)果如表3所示。可以看出，黃河源頭降水量的H值為0.70，持續(xù)性強度為“較強”，從該地區(qū)降水量的年際變化分析知，近50年來降水量以16.2 mm/10 a的速率增加，根據(jù)R/S法計算的H值，可以判斷未來該地區(qū)降水量變化趨勢將與過去的變化趨勢一致，呈較強的增加趨勢。從四季Hurst指數(shù)H值看，冬季H值最大，為0.84，持續(xù)性強度為“很強”;其次是夏季，H值為0.76，持續(xù)性強度為“強”;再次是秋季，H值為0.74，持續(xù)性強度為“較強”;春季H值最小，為0.65，持續(xù)性強度“較弱”。綜合來看，四季降水量的變化趨勢將與過去的變化趨勢一致，其中冬季降水量的變化趨勢在未來會呈現(xiàn)很強的增加趨勢。

3 ? ?結(jié)論

（1）黃河源頭地區(qū)年降水量變化趨勢呈顯著增加趨勢，增加速度為16.2 mm/10 a;四季降水量也呈逐年增加趨勢，其中春季降水量的增加趨勢最為顯著明顯，夏季降水對年總降水量的貢獻最大，為59.8%，冬季最小，為3.1%;黃河源頭降水量的月變化呈明顯的單峰型，并且降水量年內(nèi)分配不均，降水主要集中在5—9月，其中7月降水量最大，12月降水量最小。

（2）黃河源頭近50年降水量變化從2003—2004年開始發(fā)生突變。

（3）根據(jù)世界氣候組織對氣候異常的判別標準判別，黃河源頭出現(xiàn)4次正異常年份降水;春季出現(xiàn)1次正異常;夏季出現(xiàn)3次正異常，秋季分別出現(xiàn)1次正異常和1次負異常;冬季出現(xiàn)3次正異常。

（4）用Hurst指數(shù)分析黃河源頭未來的降水變化趨勢，未來該地區(qū)降水量變化趨勢將與過去的變化趨勢一致，呈“較強”的增加趨勢。四季中，春季持續(xù)性強度“較弱”，夏季持續(xù)性強度為“強”，秋季持續(xù)性強度為“較強”，冬季持續(xù)性強度為“很強”。

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