阿克蘇河流域近50年水文氣象特性分析

艾爾肯·吐拉克

（新疆阿克蘇水文勘測局,新疆 阿克蘇 843000）

大陸性典型氣候為阿克蘇河流域的氣候特征,降水量稀少且氣候較為干燥,流域地勢從東南向西北逐步降低[1]。大西洋氣流由西風環流所產生的是阿克蘇河流域主要水汽來源,流域降水量隨著海拔高度的增加而增加,降雨存在明顯的垂向地帶分布,流域內降水量高于900 mm的區域主要分布在海拔高度為7000 m左右的區域,而降水量在50 mm左右的區域海拔高度1000 m左右[2]。山地降水和冰雪融水補給是阿克蘇河徑流主要補給來源,具有非常豐富水量,隨著高程和自然條件的變化其徑流補給方式有所差異,冰雪融雪補給是高山地帶徑流補給主要來源,高山冰雪和雨水為中山地帶河流徑流主要補給來源[3]。阿克蘇河流域高山冰川融雪補給占河流總徑流的比重為70%,降水徑流補給占30%[4]。阿克蘇河流域產流區位于山區,山區年徑流深多年均值在350 mm左右,下游出山口為沖積平原區[5]。近些年來,受氣溫升高影響,阿克蘇河流域高山冰川融雪量增加較大,尤其是夏季融雪量有所增加[6]。冬季阿克蘇河流域由于低溫而降低其冰雪消融量,使得阿克蘇河流域河川徑流量年內變化相對較為穩定,徑流年際變差系數相對較小[7]。當前,國內對于阿克蘇河流域氣象水文變化取得一定研究成果[8-9],但長系列分析研究還較少,為對阿克蘇河流域氣象水文特性進行系統分析,本文結合阿克蘇氣象站阿拉爾水文站1970年～2020年氣溫、降雨、徑流觀測數據,對阿克蘇河流域近50年的水文氣象特性進行分析。

1 資料和方法

本文選用的氣象資料來源于阿克蘇氣象站,徑流資料分別來源阿拉爾水文站,資料系列年份從1970年～2020年設定的不同季節尺度的劃定時期分別為3月～5月為春季,6月～8月為夏季,9月～11月為秋季,次年2月～12月為冬季。采用M-K非線性趨勢顯著性檢驗方法[10]對阿克蘇河流域不同時間尺度氣溫、徑流變化趨勢進行研究。

2 氣溫變化特征分析

2.1 年氣溫變化特征分析

結合阿克蘇河流域內氣象站點1970年～2020年日觀測氣溫資料,對阿克蘇河流域年代際氣溫變化特征進行統計分析,結果見表1。

表1 阿克蘇河流域1970年～2020年年代際氣溫變化特征

阿克蘇河流域氣溫總體呈現遞增變化,最高氣溫線性回歸方程為y=0.0257x-26.935,年氣溫遞增率為0.451℃/10 a。近50年來阿克蘇河流域年平均氣溫變化趨勢統計U值為0.121,未達到90%的變化顯著性水平。此外從表1中還可看出,從20世紀90年代開始,阿克蘇河流域年平均氣溫從遞減變化趨勢逐步轉變為遞增變化,20世紀90年代為阿克蘇河流域氣溫變化的轉折年代。

2.2 季節氣溫變化特征分析

考慮到阿克蘇河流域徑流形成原因受季節氣溫變化影響較大,對阿克蘇河流域季氣溫變化特征進行分析,分析結果見表2～表5。

表2 阿克蘇河流域1970年～2020年春季氣溫變化特征

表3 阿克蘇河流域1970年～2020年夏季氣溫變化特征

表4 阿克蘇河流域1970年～2020年秋季氣溫變化特征

表5 阿克蘇河流域1970年～2020年冬季氣溫變化特征

近50年來阿克蘇河流域春季氣溫呈現遞增變化,但遞增趨勢總體相對較弱,溫度距平變化幅度在0.35%～2.6%之間,夏季和秋季氣溫變化和春季變化趨勢具有一致性,但夏季氣溫遞增較為明顯,夏季溫度距平變化幅度在0.43%～3.5%之間,氣溫距平變化率變幅范圍最大。秋季氣溫距平變化幅度總體要小于春季和夏季,氣溫距平變化幅度在0.21%～1.9%之間。冬季氣溫總體呈現遞減變化,且各年代際在冬季氣溫都呈現遞減變化趨勢。20世紀90年代以后阿克蘇河流域氣溫在不同季節變化趨勢相比于20世紀70年代和20世紀80年代有所增強。

3 降水量時間變化特征分析

3.1 年尺度變化分析

結合阿克蘇河流域內5個氣象站點和1個水文站點1970年～2020年降水量觀測數據,對其不同年代際降水量變化特征進行分析,見表6。

表6 阿克蘇河流域不同年代際降水量變化特征

各年代際降水量總體呈現遞減變化,1970年～2020年降水量變化趨勢M-K檢驗值為-0.225,低于1.96,阿克蘇河流域年降水量遞減趨勢較為不明顯,對各年代降水量進行統計,其年代降水量遞減率為為-14.5 mm/10 a,2010年后降水量遞減趨勢有所增強。從不同年代降水量CV值變化結果可看出,其各年代際CV值總體在0.32～0.37之間,變幅相對較小,阿克蘇河流域降水量變化總體較為穩定。

3.2 季節尺度變化分析

對阿克蘇河流域不同年代際春季、夏季、秋季、冬季降水量進行統計分析,見表7～表10。

表7 阿克蘇河流域不同年代際春季降水量變化特征

表8 阿克蘇河流域不同年代際夏季降水量變化特征

表9 阿克蘇河流域不同年代際秋季降水量變化特征

表10 阿克蘇河流域不同年代際冬季降水量變化特征

不同年代際阿克蘇河流域春季降水量遞減率為-3.63 mm/10 a,夏季為阿克蘇河流域降水量較為集中的季節,其占全年降水量的比重可達到45%,夏季降水量各年代際遞減率為-6.53 mm/10 a。秋季阿克蘇河流域降水量也總體呈現遞減變化,不同年代際秋季降水量遞減率為-2.9 mm/10 a,秋季降水量遞減趨勢顯著性統計值最低。相比于其他季節,冬季阿克蘇河流域降水量總體呈現遞增變化,冬季降水量占全年降水量的比重為10%,但冬季各年代際遞增趨勢較弱,年遞增率為1.35 mm/10 a。各年代際不同季節阿克蘇河流域降水量總體變化較為穩定,CV值總體在0.29～0.36之間。

4 徑流變化特征分析

4.1 年徑流變化特征分析

結合阿克蘇河流域阿拉爾水文站1970年～2020年徑流觀測數據,對其不同年代際徑流變化特征進行統計分析,見表11。

表11 阿克蘇河流域1970年～2020年年代際徑流變化特征

從阿克蘇河流域1970年～2020年年代際徑流變化特征可看出,20世紀70年代和20世紀80年代阿克蘇河流域徑流量具有一定波動性,20世紀90年代～21世紀00年代,徑流變化總體較為穩定,20世紀90年代是阿克蘇河流域徑流變化的轉折點,20世紀70年代屬于阿克蘇河流域河流徑流量較為充沛的時期,是多年平均徑流量均值的1.52倍。阿克蘇流域近50年以來徑流量總體呈現遞增變化,流域年徑流量遞增率為0.85×108m3/10 a,徑流年內變化差異較小,總體較為穩定。

4.2 季節徑流變化特征分析

在阿克蘇河年徑流分析的基礎上,對其不同季節徑流變化特征進行統計分析,見表12～表15。

表12 阿克蘇河流域1970年～2020年年代際春季徑流變化特征

表13 阿克蘇河流域1970年～2020年年代際夏季徑流變化特征

表14 阿克蘇河流域1970年～2020年年代際秋季徑流變化特征

表15 阿克蘇河流域1970年～2020年年代際冬季徑流變化特征

阿克蘇河流域徑流主要集中在夏季和春季,夏季徑流占全年徑流量的比重為45.2%,春季徑流占全年徑流量的比重為30.5%。秋季和冬季徑流占全年徑流的比重分別為20.0%和4.3%。阿克蘇河流域徑流存在較為明顯的年內分配特征,汛期和非汛期徑流占全年徑流量的比重分別為79.8%和20.2%。除冬季外,其他季節徑流量總體均呈現遞減變化,夏季徑流量遞減趨勢最為明顯,主要受降水變化影響所致,20世紀90年代以后各季節降水量遞減趨勢逐步明顯,是阿克蘇河流域徑流變化的轉折期。

5 結論

（1）近50年來阿克蘇河流域春季氣溫呈現遞增變化,但遞增趨勢總體相對較弱,溫度距平變化幅度在0.35%～2.6%之間,夏季和秋季氣溫變化和春季變化趨勢具有一致性。

（2）20世紀70年代和20世紀80年代阿克蘇河流域徑流量具有一定波動性,20世紀90年代～21世紀00年代,徑流變化總體較為穩定,20世紀90年代是阿克蘇河流域徑流變化的轉折點,20世紀70年代屬于阿克蘇河流域河流徑流量較為充沛的時期,是多年平均徑流量均值的1.52倍。

（3）阿克蘇河流域徑流存在明顯的季節變化特征,夏季徑流量最高,占全年徑流量的比重可達到45.2%,冬季徑流量最低,占全年徑流比例為4.3%,除冬季外,20世紀90年代以后阿克蘇河流域各季節徑流遞減趨勢有所增強。