青藏高原东部地区水文气候变化趋势分析

李红霞, 覃光华, 张永强, 王欣, 姚瑞虎

(1.四川大学 水力学与山区河流开发保护国家重点实验室,四川 成都 610065;2.CSIRO Land and Water,GPO BOX 1666,Canberra,ACT 2601,Australia)



青藏高原东部地区水文气候变化趋势分析

李红霞1, 覃光华1, 张永强2, 王欣1, 姚瑞虎1

(1.四川大学 水力学与山区河流开发保护国家重点实验室,四川 成都 610065;2.CSIRO Land and Water,GPO BOX 1666,Canberra,ACT 2601,Australia)

青藏高原是众多河流的发源地,为了解该地区水文气候变化的情况，对其东部地区雅鲁藏布江(奴下站)、怒江(嘉玉桥站)、澜沧江(昌都站)、通天河(直门达站)、雅砻江(泸宁站)、黄河(唐乃亥站)共6个流域自20世纪80年代以来的年气温、年降雨和年径流的变化趋势进行研究,分析了年径流对气候变化的响应。结果表明：6个流域的年气温和年降雨基本呈较明显的上升趋势；年径流受气温和降雨的共同影响,奴下站、嘉玉桥站和泸宁站呈一定的上升趋势,昌都站、直门达站和唐乃亥站呈一定的下降趋势。区域内径流多年平均变化率与冰雪面积比例大致呈正相关关系：年径流呈现上升趋势的流域，冰雪面积比例较大,受降雨增加和融雪增加的影响偏大;年径流呈下降趋势的流域，冰雪面积比例较小,受气温上升导致蒸散发增大使径流减少的影响偏大。这些研究结果将对青藏高原地区防洪抗旱、水资源的合理配置和开发、区域水资源可持续利用等具有重要的作用和意义。

青藏高原;水文气候;径流;降雨;气温；变化趋势

青藏高原是众多大江大河的发源地,水资源非常丰富。因地处上游,青藏高原区域内的水文过程及变化对下游区域的灌溉和发电等具有重要作用。同时,青藏高原的特殊地理位置和地形,使得其成为气候变化的敏感区和脆弱带[1-2]。在全球气候变化的背景下,青藏高原的气象水文也发生了很大的变化,如气温升高[3-5]、降雨增加[6-7]、蒸发增加[8]等。

尽管目前已有不少关于青藏高原地区降雨、径流等水文要素变化的研究,但大多数研究集中在单一站点或流域,如雅鲁藏布江上游[9]、黄河上游[10]、长江上游[11]等,对青藏高原地区大范围的水文气候变化的研究还比较少。为了解青藏高原地区流域的水文变化情况,需要在大尺度上对青藏高原的水文变化进行深入分析，以便对青藏高原地区未来水文水资源的变化趋势作出预测,这对青藏高原地区水资源的可持续开发和利用具有参考价值。

文中从水文气象学的角度研究了青藏高原东部6个流域(雅鲁藏布江、怒江、澜沧江、通天河、雅砻江、黄河流域)自20世纪80年代以来的年气温、年降雨和年径流的变化趋势及相互关系,分析年径流对气候变化的响应关系。

1　研究区域和数据

研究区域为青藏高原东部6个流域:雅鲁藏布江、怒江、澜沧江、通天河、雅砻江、黄河流域。对应的水文站点分别为:奴下站、嘉玉桥站、昌都站、直门达站、泸宁站、唐乃亥站。研究流域和站点的水文特征见表1，6个流域分布如图1所示。

表1　研究流域水文特征值

图1　研究流域位置图

本文中所用的降雨数据(0.1°× 0.1°,1980—2007年)来源于寒区科学数据中心 (http://westdc.westgis.ac.cn/)；气温数据来源于日本气象厅高分辨率亚洲陆地气温数据(APHRO)(0.25°×0.25°)[12]；径流数据来源于水文局。气温、降雨和径流的时间尺度均为1980—2007年。

2　结果和讨论

2.1气候变化趋势分析

研究区域6个流域所对应站点的年气温变化趋势如图2所示。由图2可以看出,6个站点的年气温均呈现较明显的上升趋势。

图2　研究区域6个流域年气温变化趋势

图3为研究区域6个流域所对应站点的年降雨变化趋势图。由图可知,6个站点的年降雨均呈上升趋势。其中，奴下站、嘉玉桥站、昌都站、直门达站的年降雨增加趋势明显,泸宁站和唐乃亥站的年降雨增加趋势较弱。

图3　研究区域6个流域年降雨变化趋势

2.2年径流变化趋势分析

1980—2007年研究区域水文气候变化趋势见表2，表中归纳了6个站点的年气温、年降雨和年径流的变化情况。由表2可知：6个站点的年气温变化较为明显(置信度均在置信区间内)，多年平均变化率为0.034～0.051 ℃，强于全球气温的上升率(0.026 ℃)[13];年降雨变化除泸宁站和唐乃亥站外也比较明显，多年平均变化率为0.84～3.72 mm;年径流变化只有唐乃亥站表现较为明显，多年平均变化率为-3.01～2.53 mm。

表2　1980—2007年研究区域水文气候变化趋势

图4为研究区域6个流域所对应站点的年径流变化趋势图。由图4可以看出,年径流呈现不同的变化趋势。其中，奴下站、嘉玉桥站和泸宁站的年径流呈一定的上升趋势,昌都站、直门达站和唐乃亥站的年径流呈一定的下降趋势。但是，除唐乃亥站有明显的下降趋势外,其他5个站点变化趋势较弱。

图4　研究区域6个流域年径流变化趋势

2.3年径流变化与气候变化的关系

为研究年径流对气候变化的响应，进一步分析了年径流与年降雨、年气温的相关关系。图5为研究区域6个流域所对应站点的年径流与年降雨相关关系散点图。

图5　研究区域6个流域年径流与年降雨的相关关系

由图5可知，6个站点的年径流与年降雨均呈现明显的线性正相关,可见年径流对年降雨变化的响应明显。

图6为研究区域6个流域所对应站点的年径流与年气温相关关系散点图。由图可知：6个站点的年径流与年气温的相关性不强,可见径流对气温的响应不是很明显；6个站点中有3个站点(奴下站、嘉玉桥站、泸宁站)的年径流与年气温呈正相关,另外3个站点的年径流与年气温呈负相关。

图6　研究区域6个流域年径流与年气温的相关关系

2.4年径流变化与冰雪面积比例的关系

由于研究区域6个流域内均有面积不同的冰雪区域,对径流有一定的影响。因此，针对研究区域内径流变化趋势的不同,进一步分析年径流变化与流域内冰雪面积比例的关系。图7为研究区域6个流域的径流多年平均变化率与流域冰雪面积的比例(序号1—6分别代表奴下站、嘉玉桥站、昌都站、直门达站、泸宁站和唐乃亥站)。由图7可以看出，区域内径流多年平均变化率与冰雪面积比例呈正相关关系,即冰雪面积比例越大,径流增加趋势越明显；反之,冰雪面积比例越小,径流下降趋势越明显。对照图4与图7可以发现,年径流呈下降趋势的3个流域(昌都站、直门达站、唐乃亥站)冰雪面积比例较小(<1%),而年径流呈上升趋势的3个流域(奴下站、嘉玉桥站、泸宁站)冰雪面积比例较大(>1%),说明年径流的变化与冰雪面积比例存在有一定的相关关系[14-18]。

图7　　　　研究区域6个流域径流多年平均变化率与冰雪面积比例的关系

3　结语

从1980—2007年研究区域6个流域的年降雨、年气温和年径流的变化趋势分析可知,研究区域年降雨和年气温呈现较为明显的增加趋势,而年径流呈现较为复杂的变化趋势,其中奴下站、嘉玉桥站和泸宁站的年径流呈一定的上升趋势,昌都站、直门达站和唐乃亥站的年径流呈一定的下降趋势。

通过分析年径流对气候变化的响应以及年径流与冰雪面积比例的相关关系可知:一方面, 年降雨的增加使得年径流增加;另一方面,气温上升导致蒸散发增加使年径流减少,同时气温的上升又导致冰雪融化量增加从而使年径流增加。因此,年径流呈现上升趋势的流域(奴下站、嘉玉桥站、泸宁站)主要受降雨增加和融雪增加的影响;而年径流呈下降趋势的流域(昌都站、直门达站、唐乃亥站)由于冰雪面积较小,受融雪的影响较小,受气温上升导致的蒸散发增大的影响较大。此外, 年径流变化除了与冰雪面积比例有关,还可能与冰雪的厚度、密度等有一定的关系。

下一步，笔者将进一步分析冰雪厚度、密度等对径流变化的影响,以及利用流域水文模型对青藏高原径流进行模拟和预测,从而更好地了解青藏高原未来水文水资源的形势。

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Analysis on the Trends of Hydroclimatic Variation in Eastern Tibetan Plateau

LI Hongxia1, QIN Guanghua1, ZHANG Yongqiang2, WANG Xin1, YAO Ruihu1

(1.State Key Laboratory of Hydraulics and Mountain River Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, China;2.CSIRO Land and Water, GPO BOX 1666, Canberra, ACT 2601, Australia)

The Tibetan Plateau is the source area of many major rivers in Asia. In order to realize the variation of hydrology and climate in the Tibetan Plateau, this paper investigated variation trends of annual temperature, annual precipitation and annual runoff since 1980s in six large river basins including the Yalung Zangbo River (Nuxia station), the Salween River (Jiayuqiao station), the Mekong River (Changdu station),the Tongtianhe River (Zhimenda station), the Yalongjiang River (Luning station) and the Yellow River (Tangnaihai station) in Eastern Tibetan Plateau, and analyzed the response of runoff to the variation of climatic elements (precipitation and temperature). The results show that annual mean temperature and precipitation at all stations show obviously increasing trends, but the annual runoff affected by temperature and precipitation exhibits different trends: at Nuxia station, Jiayuqiao station and Luning station, the runoff shows slightly increasing trend, while shows decreasing trend at the other three stations. By analyzing the relationship between the trend of annual runoff and the area ratio of snow and ice, the change trend of annual runoff has a positive correlation with the area ratio of snow and ice:the area ratio of snow and ice is larger in the basins where the annual runoff has an upward trend, the change trend of runoff is greatly affected by the increase of precipitation and snowmelt, while the area ratio of snow and ice is smaller in the basins where the annual runoff has a downward trend, the impact of the runoff decreasing caused by the increase of evapotranspiration due to rising temperatures is large. These results will play an important role in flood control and drought relief, rational allocation of water resources and the sustainable utilization of regional water resources in the Tibetan Plateau.

Tibetan Plateau; hydrology and climate; runoff; precipitation; temperature; variation trend

2016-05-20

国家自然科学基金青年基金项目(51209152);国家重点基础研究发展计划(“973”计划)资助项目(2013CB036401);四川大学水力学与山区河流开发保护重点实验室开放基金项目(SKHL1406)。

李红霞(1981—),女,山东烟台人,讲师,博士,主要从事水文模拟及水文预报方面的研究。E-mail:hx_li406@126.com。

覃光华(1975—),女,重庆人,副教授,博士,主要从事水文预报、水资源规划与利用方面的研究。E-mail:ghqin2000@163.com。

TV123

A

1002-5634(2016)04-0071-07

(责任编辑：张陵)

DOI:10.3969/j.issn.1002-5634.2016.04.012