岷江流域径流演变及其对气候变化的响应

杜华明

（宜宾学院化学与化工学院，四川宜宾644007）

岷江流域径流演变及其对气候变化的响应

杜华明

（宜宾学院化学与化工学院，四川宜宾644007）

基于岷江流域近52年（1961-2012）的径流与气象数据，采用线性回归、非参数检验(Mann-Kendall法)、Morlet小波变换、Pearson相关分析等方法，对岷江流域径流、气温、降水等主要水文气象要素进行分析.结果显示：（1）近52年来岷江流域年平均气温总体呈明显增长趋势，年均降水量呈显著下降趋势，年均气温以0.15℃/10 a的速率增加，年均降水量以20.18mm/10 a的速率减少，区域气候的暖干化趋势明显.（2）岷江流域多年径流量呈显著减少趋势，减少速率为20.38×108m3/10 a，流域径流量在1968年左右出现减少突变，20世纪70年代早期开始径流量增加，1993年左右又发生一次减少突变，径流显著减少.（3）通过对年径流量序列进行Morlet小波转换分析发现，岷江流域径流量主要存在6～9 a的年际周期、17 a和28 a的年代际周期，径流量总体特征是向干枯化趋势发展.（4）通过年径流量与气象因素的相关分析发现，区域降水量是影响岷江流域径流减少的主导因子，在该流域降水量减小的背景下，气温升高进一步加剧了流域径流量的减小；流域径流对暖干气候的响应表现为径流量减少.

岷江流域；径流；气候变化；Mann-Kendall法；Morlet小波；Pearson相关系数

气候变化可改变区域乃至全球的水文循环[1]，对地表径流产生影响[2]，已有不少学者对气候变化下的河川径流响应做了大量研究.Chen等[3]分析了气候变化及其对塔里木河径流变化的影响；许炯心等[4]探讨了嘉陵江流域年径流量的变化及其原因；顾润源等[5]通过对呼伦湖流域气候变化特征及其对流域径流量的影响进行研究，发现夏、秋季气温、降水量和蒸发量的变化是引起呼伦湖流域径流量变化的根本原因；郭清等[6]利用区域气候模型PRECISRCM分析未来气候变化对大凌河流域径流的影响表明，未来气候变化条件下，受降水、蒸发变化影响，大凌河流域径流量会显著增加；张一驰等[7]就开都河径流变化对气候的响应进行研究发现，夏季年际降雨与气温变化是引起夏、秋、冬季径流变化的根本原因；唐丽霞等[8]以黄河流域中游山西省吉县境内的清水河流域为研究对象，分析了土地利用变化和气候变化对流域径流变化的影响，指出潜在蒸发散增加和乔木林地面积增加是导致该流域径流减少的重要原因.

岷江发源于岷山南麓，流经阿坝、成都、眉山、乐山，到宜宾汇入长江.岷江流域地势由西部高中山区逐级降低至东部平原丘陵区，海拔高差大.岷江流域是长江流域重要的一级支流，流域径流主要由降水形成，少部分来自高原融雪.岷江流域水量丰富，年均径流量900多亿立方米，水力资源蕴藏量占长江水系的1/5，是长江流域的水源生命线，是“天府之国”的摇篮和生命的源泉[9]，是成都平原重要的生态屏障.岷江流域是四川省农业开发最为集中的地区，其农业在四川省的国民经济中占有极为重要的战略地位[10]，已有学者对岷江流域水沙变化特征[11]、地表水水质[12]、水资源安全[13]、降雨侵蚀[14]等作了深入探讨.在全球气候变化背景下开展岷江流域地表径流对气候变化的响应研究，对确保岷江流域的水资源安全，促进区域社会经济的可持续发展具有重要意义.

1 数据来源和研究方法

气候分析所采用的气象数据资料来源于中国气象科学数据服务共享网，由于各站点的观测时间不一致，资料的连续性也存在差异，通过对岷江流域各气象站点的资料进行严格的筛选，选取记录年限长，资料完整的14个气象站点（即色达、班玛、松潘、马尔康、小金、都江堰、成都、康定、雅安、峨眉山、乐山、越西、宜宾和内江）；对1961-2012年的逐年、逐月平均气温、降水量资料进行气候分析（图1）；在径流资料的选取上，考虑到水文站的地理位置与资料的连续性，选用处于岷江出口处的高场水文站1961-2012年的逐年地表径流量资料，分析岷江流域径流的时间变化特征，水文资料由长江水利委员会提供.采用线性回归对岷江流域气候、径流的时间演变特征进行分析，运用M-K突变检验对径流突变年份进行检测，采用Morlet小波分析径流周期变化特征，运用Pearson相关性分析对流域径流变化与区域气候变化的关系进行分析.

图1 岷江流域水文及气象站点分布图Fig.1 Distribution ofmeteorologicaland hydrology stations in Minjiang riverbasin

2 岷江流域气候变化背景

2.1 岷江流域气温变化特征

岷江流域多年平均气温为11.03℃，年平均最高气温出现在2006年，为11.98℃，年平均最低气温出现在1976年，为10.31℃，相差1.67℃.图2为岷江流域1961-2012年年均气温变化曲线.

图2 岷江流域年平均气温变化趋势图Fig.2 The trend figure ofannualaverage temperature variation in Minjiang riverbasin

从图2可知，岷江流域近52年来年均气温呈显著上升趋势，增长率为0.15℃/10a（p＜0.01），升温速率明显低于全国增温水平（0.25℃/10a）[15].从岷江流域年代平均气温可看出，20世纪60-80年代平均气温均低于多年平均值，20世纪60年代和70年代气温小幅波动，80年代气温下降幅度大，年代气温最低，这与陈隆勋提出的20世纪以来存在一个以四川盆地为中心的变冷带一致[16]；90年代中期开始气温上升趋势十分显著，1990年以来的气温增温幅度是近52年均值的1.76倍，90年代气温略高于多年平均值，2001-2010年年代气温最高，比60年代高0.73℃,比80年代高0.75℃，是近52年来最温暖的时期.

近52年来，岷江流域四季平均气温均呈上升趋势，但增温幅度有所不同.秋季和冬季气温增温非常显著，气温变化倾向率分别为0.19℃/10a和0.21℃/10a；其次为夏季，气温变化倾向率为0.12℃/ 10a，升温较显著；春季气温变化倾向率为0.09℃/ 10a，呈弱增温趋势.通过对四季平均气温的趋势系数进行检验发现，夏、秋、冬季气候趋势系数均通过a=0.01的显著性水平检验，表明夏、秋、冬季岷江流域气候的增温趋势显著，而春季气温趋势系数未通过显著性检验，说明春季气温变化不明显，由此可知，岷江流域近52年的增温主要是以夏、秋、冬季的显著增温为特点，春季增温相对比较缓慢.

2.2 岷江流域降水量变化特征

岷江流域近52年来的年均降水量为1 012.25 mm，从降水量的年际变化看，降水量最多的年份是1961年（1 198.94mm），降水量最少的年份是2006年（853.72mm），两者相差345.22mm，降水量年际变化较大.在季节分配上，夏半年（5-10月）多年平均降水量达862.54mm，占全年降水量的85.21%，盛夏(7-8月)降水量高达402.15 mm，占全年降水量的39.73%，而12月、1月两个月降水量只有19.11mm，占全年降水量的1.89%，年内降水量分布极不均匀.从图3可以看出，岷江流域年降水量以20.18mm/ 10a(p＜0.01)的速率减少，减少速率稍低于四川盆地降水量减少速率（31.6mm/10a）[17].从年代降水量分析可以看出，20世纪60年代至80年代降水量高于多年平均值，尤其是60年代和80年代降水量丰沛，为明显的多雨期；从90年代开始降水量持续减少，2000年以来为近52年降水量最少的时段.

图3 岷江流域年均降水量变化趋势图Fig.3 The trend figure ofannualaverage precipitation variation in Minjiang riverbasin

岷江流域夏季降水量占全年降水量的54.8%，其次是秋季，降水量占全年降水量的22.45%，春季降水量占全年降水量的19.4%，冬季降水量最少，仅占全年降水量的3.35%，由此可见，岷江流域四季降水量分配严重不均.从岷江流域四季降水量变化倾向率分析得出，岷江流域夏、秋季降水量的减少对岷江流域年降水量的减少影响最大，减少倾向率分别为13.3 mm/10a(r=-0.28,p＜0.05)和10.19 mm/10a (r=-0.37，p＜0.01)，降水量呈显著减少趋势；春、冬季节的降水量变化不显著，降水量增加或减少的显著性水平均未通过a=0.05的显著性检验，降水量变化较小，春季降水量呈弱增加趋势，增加倾向率为3.25mm/10a，冬季降水量呈微弱减少趋势，减少倾向率为0.3mm/10a.

3 岷江流域年径流对气候变化的响应

3.1 岷江流域径流年际、年代际变化特征

近52年来，岷江流域径流量总体呈显著下降趋势，减幅达20.38×108m3/10 a(r=-0.32，p＜0.05).图4是岷江流域高场站径流年际、年代际变化趋势图.从图中可以看出，岷江流域年径流量变化范围大，年最高径流量出现在1990年（1 005×108m3），年最低径流量出现在2006年（635.2×108m3），最高年径流量是最低年径流量的1.58倍，径流量年际变化很大，年相对变率高达19.58%.1961-1968年径流量较高，1969-1973年径流量急剧减少，1974-2001年径流量处于波动下降阶段，2002年开始径流量呈明显的下降趋势.从径流量的年代际变化看，20世纪60年代和80年代的年代平均径流量明显高于多年平均值，为丰水期，径流量丰富，60年代和80年代径流量分别偏多5.72%和5.21%；70年代和90年代径流量稍低于多年平均值，径流量偏少，70年代和90年代径流量分别偏少1.19%和1.93%；2000年以来径流量显著低于多年平均值，2001-2010年和2011-2012年两个时段减幅分别为-7.12%和-3.48%，为近52年来径流量最低的阶段，是近52年最枯水的12年，且年径流量存在显著的持续下降趋势.

图4 岷江流域高场站径流年际变化趋势图Fig.4 Annualsurface runoffofGaochang station in Minjiang riverbasin

3.2 岷江流域年径流变化M-K突变检验

为了进一步分析岷江流域径流量变化趋势，对近52年来岷江流域高场站年径流量进行Mann-Kendall非参数统计检验分析，结果如图5所示.在显著性水平0.01的临界线之间，UF和UB两条曲线相交于1968年、1973年和1993年，说明岷江流域在1968年、1973年和1993年附近年径流量可能发生突变.1968年和1993年是径流量由多向少的转变，1973年是径流量由少向多的转变，其中变化最明显的是1993年前后发生的年径流量由多向少的转变，该转变通过了0.01的置信度检验，1997年左右UF曲线超过显著性水平0.01临界线，说明岷江流域径流量变化趋势显著，年径流量总体呈减少趋势，这与前面年径流量线性趋势分析结果一致.

图5 岷江流域高场站年径流量的M-K突变检验Fig.5 Mann-Kendall testcurveof theannualsurface runoff in Gaochang station

3.3 岷江流域年径流变化的时间尺度特征

图6为岷江流域年径流量的Morlet复小波变换系数的实部图.从图中可以看出，岷江流域年径流量的年代际周期变化十分明显.岷江流域年径流量主要存在6～9 a的年际周期、17 a和28 a的年代际周期.在短时间尺度上，年径流量振荡周期不明显，20世纪60年代至70年代中期主要存在6年左右的变化周期，径流量丰枯程度明显，60年代早中期径流量偏丰，60年代晚期到70年代早期径流量偏枯；20世纪70年代后期至90年代末期主要存在9 a左右的变化周期，径流量丰枯变化的周期延长，80年代径流偏丰，90年代径流偏枯；2000年以来周期变化规律差，径流量向偏枯趋势发展.在中时间尺度上，年径流量主要存在17年的变化周期，20世纪80年代至90年代17年的周期振荡信号明显，2000年以来振荡信号呈显著减弱趋势，径流量出现明显的枯水现象.在长时间尺度上，年径流量存在准28年的年代际变化振荡周期，周期性规律强，存在枯—丰—枯三个完整的循环交替，年径流量总的趋势是向干枯化趋势发展.

图6 岷江流域高场站径流量小波分析图Fig.6 Wavelet transformation ofannualsurface runoff in Gaochang station ofMinjiang riverbasin

图7 岷江流域年径流量与年均气温的相关拟合Fig.7 The linear regression ofannualsurface runoffand annual average temperature in Minjiang riverbasin

3.4 岷江流域径流与区域气候的相关分析

为了更好地比较流域年径流量与气候变化的关系，探讨径流对气候变化的响应程度，用年径流量与年均气温、降水量要素进行Pearson相关分析.

由图7可知，该区域年径流量与年均气温存在显著的反相位相关关系，相关系数为-0.42(p＜0.01)，气温升高，径流量减少；气温变化对地表径流量减少具有一定影响.

从图8可以看出，年径流量与年均降水量存在高度正相关关系，相关系数为0.83(p＜0.01)，降水量减少，径流量亦减少，这与流域年均降水量与年径流量的分析结果一致，两者总体都呈减少趋势，降水量减少是岷江流域径流减少的主要影响因素.

通过上述分析可知，岷江流域年径流量与年均气温、年均降水量的相关系数分别为-0.42和0.83，且均通过了0.01的显著性检验，流域年径流量与年均气温、年均降水量存在显著相关关系，与陈玲飞等对其他小流域径流对气候变化的响应分析一致，径流与降水变化趋势一致，与气温变化趋势相反[18].由此表明，20世纪90年代以来岷江流域气候变化是该流域径流显著减少的一个非常重要的因素；气温变化对地表径流量减少具有一定影响，但降水量的减少是径流量减少的主导因素；流域气候暖干化导致了径流量的显著减少.

图8 岷江流域年径流量与年均降水量的相关拟合Fig.8 The linear regression ofannualsurface runoffand annual average precipitation in Minjiang riverbasin

4 结论与讨论

通过对岷江流域近52年流域径流对气候变化的响应分析，主要得到以下结论：

（1）近52年来，岷江流域年平均气温总体呈显著增长趋势，年均温以0.15℃/10a的速率增加，主要是以夏、秋、冬季的显著增温为特点，春季增温相对比较缓慢；该流域降水量呈显著减少趋势，减少速率为20.18mm/10a，夏、秋季降水量减少对岷江流域年降水量的减少影响最大，冬季降水量呈微弱减少趋势，春季降水量呈弱增加趋势；流域气候暖干化趋势明显.

（2）近52年来，岷江流域年径流量呈显著下降趋势，径流量减少速率为20.38×108m3/10a.通过对流域年径流量的突变分析发现，20世纪60年代晚期发生了一次径流量减少的突变；70年代早期发生径流量增加的突变；90年代早期出现径流量显著减少的突变，径流量减少现象明显.年径流量线性趋势和Mann-Kendall突变检验同时证明了该流域年径流量呈显著减少趋势；岷江流域年径流对区域暖干气候的响应表现为径流量减少.

（3）通过对岷江流域地表径流量的周期分析发现，径流量具有6～9 a、17 a和28 a的周期变化规律.在短时间尺度上，存在6～9 a的振荡周期，周期变化规律不强；在中时间尺度上主要存在17年的变化周期；在长时间尺度上，年径流量存在规律性很强的准28年的振荡周期，存在枯—丰—枯三个完整的循环交替；年径流量总的趋势是向干枯化趋势发展.

（4）岷江流域年径流量与气温、降水因素的相关性显著，但关联程度不同.年径流量与年均降水量呈高度正相关关系，相关系数高达0.832；年径流量与年均气温呈负相关关系，相关系数为-0.42；岷江流域径流对降水变化的响应较对气温变化的响应显著，区域气候暖干化导致了径流量显著减少.

（5）本文采用数理统计方法分析了岷江流域径流对气候变化的响应，发现该区域气温升高，降水量减少，气候暖干化趋势明显，气候暖干化直接导致区域径流量减少.岷江流域作为长江的重要支流，又是四川省重要的粮食产地，人口分布集中，该区域气候与径流量变化对区域资源-环境-社会的可持续发展作用显著.在此情况下，认识区域气候变化特征与径流响应，对促进该区域农业发展、经济增长、人与社会的和谐相处具有一定的参考作用.此文分析过程中，仅考虑了气温与降水要素对该区域径流变化的影响，除此之外，区域地理环境特征、大气环流、人口分布、人类社会经济活动等对区域径流变化也具有一定影响，有待进一步探讨.

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【编校：李青】

Runoff Variation in M injiang River Basin and its Response to Climate Change

DUHuaming
(CollegeofChemistry and Chemical Engineering，Yibin University，Yibin,Sichuan 644007,China)

Based on the runoff andmeteorological data ofMinjiang River Basin in recent 52 years(1961-2012),the runoff,temperature and precipitation statuswere analyzed by usingmethods of linear regression,Mann-Kendall non-parametric statistical tests,Morletwavelet and Pearson Correlation Coefficient.Results showed as follows:(1)Temperature presented an increasing trend over the last52 years in Minjiang River Basin,the temperature increase rate being 0.15°C/ 10a,precipitation presented a decreasing trend,the precipitation decrease rate being 20.18mm/10a,and climatic warmdrying trend wasapparent.(2)Runoff presented a significantdecreasing trend in recent52 years in Minjiang River basin, the runoffdecrease ratewas 20.38×108m3/10a,the runoffwitnessed reducemutation around 1968,and increased in early 70's,while around 1993 the runoff reducemutation occurred again,with the runoff decreasing significantly since 1990's. (3)The annual runoffwasanalyzed by Morletwavelet transform method and found that the runoffhasa 6～9 years periodic oscillation,a 17 yearsand 28 decadalperiodic oscillations,with an obvious drying trend in Minjiang River Basin.(4)The correlation between annual runoff andmeteorological factorswas analyzed by usingmethod of Pearson correlation coefficient,finding that precipitation was themain factorwhich led to the runoff reduction in Minjiang River basin,the rising temperatures aggravated the reduction of runoff,and the response of the runoff to warm-drying climate was the performanceof runoff reduction.

The Minjiang river basin;runoff;climatic change;Mann-Kendallmethod;Morletwavelet;Pearson correlation coefficient

P461+.5

A

1671-5365(2014)12-0036-05

2014-04-23修回：2014-04-26

宜宾学院青年基金项目(2008QJ34)

杜华明（1977-），女，讲师，博士研究生，研究方向为区域环境与灾害

时间：2014-05-16 11:05

http://www.cnki.net/kcms/detail/51.1630.Z.20140524.2112.002.htm l