近44年金沙江中下游径流变化及其对气候变化的响应探究论文

时间：2021-02-17 15:14:43 毕业论文范文我要投稿

　　引言

近44年金沙江中下游径流变化及其对气候变化的响应探究论文

　　社会经济的飞速发展和人口的迅速增加，使得全球水资源日益短缺。尤其是最近50年，气候变化和人类活动对水资源的影响已经逐渐成为国内外科学界所关注的研究热点。气候变化必然引起水分循环的变化，从而导致河川径流在时空上的重新分布以及数量的改变，分析河川径流的变化特征不仅有助于深入了解流域水资源特性，同时也有利于水资源的开发控制和调整。从公开的资料可以看到，气候变化已经使得水资源紧缺、水土流失、冰川萎缩、河川断流等一系列水资源环境问题，更易于向恶化方向演变。

　　云南西部属横断山系纵谷区，自西向东由高黎贡山、怒江、怒山（碧罗雪山）、澜沧江、云岭、金沙江三大山系与三条大江相互挟持而成，呈现三江并流的现象是河流地貌系统中的一大奇观。最近的研究分析表明，云南的降水特别是纵谷区的降水量具有最显著的年际及年代际变化特征。金沙江是长江的上游河段，金沙江以石鼓和攀枝花为界，被分为上、中、下游。金沙江流域由于水能资源丰富，近年来开发了多个巨型水电站，是我国电力能源重要的输出基地，因而对于金沙江径流变化的研究因此显得意义重大。

　　本文重点关注金沙江中下游流域，研究其径流增量变化和与气候要素的联系，为区域视角下水资源的安全开发利用提供分析背景，为金沙江中下游四个梯级电站的安全生产和长期调度提供科学依据。

　　1资料和方法

　　1.1资料

　　本文选取金沙江上、中、下游石鼓、攀枝花和屏山三个出流水文站1966年至2009年的径流资料，气象资料为金沙江流域沿线宁蒗、永胜、鹤庆、宾川、华坪、永仁、元谋、会泽、巧家、永善、绥江等11个气象站1966年-2009年的月降雨、蒸发量以及月气温资料。

　　1.2方法

　　本文利用Mann-Kendall(以下简称MK法)趋势检验分析径流序列的变化趋势。MK检验作为一种提取序列变化趋势的有效工具,被广泛应用于气候参数和水文序列的分析。MK法还能大体确定序列中突变发生的位置。径流序列可以被看作是随时间有周期性变化的信号，因此本文将使用小波转换来分析其变化的周期性。本文选取morlet小波作为母小波函数，此函数均值为0,且在时频空间上具有很好的对称性。此外本文还主要使用相关分析，滑动平均和线性倾向分析等方法。

　　2金沙江中下游径流变化特征

　　2.1金沙江中下游径流增量年内分布特征

　　金沙江中游径流增量年内变化很大，汛期、枯期流量差异大是最主要的特征。每年的7—10月为汛期，全年总量的`78%集中在这4个月内，其中主汛期为7—9月，与流域所在地区雨季一致；每年11月至来年1—6月为枯期，仅占全年径流增加总量的22%。与云南纵向岭谷区河流类似，金沙江中游径流变化年内呈单峰型分布。但是峰谷值出现的月份要偏晚一个月，金沙江中游多年平均月径流峰值出现在每年的8月份，谷值出现在每年的4月份。

　　金沙江下游径流增量年内主要分布特征（图2（b））与中游类似，汛期、枯期径流量差异显著。但较中游又有所不同：一个是下游径流在6月份就进入了汛期，较中游提前一个月；二是下游入流增量分布呈现一个弱双峰型特征，有7月和9月两个峰值，在主汛期8月稍有回落；第三是下游月径流量在3月份最少，较中游提前了一个月。

　　由以上分析可见，金沙江中、下游流域内径流增量分布既有一定的共性，也具有流域的特殊性，因此对不同流域水资源的开发利用应根据其特点合理地差异对待。

　　2.2金沙江中下游径流增量演变特征

　　根据金沙江中下游年总径流增量距平序列（图2（a））所示，金沙江中游径流总体呈线性增加趋势，气候倾向率为310m3/10a。从10年滑动平均来看，在1990s末2000s初有一个较明显的年代际转变阶段。1990s末期之前，金沙江中游径流总体为正常到稍偏少，滑动平均为负值，年平均偏少500m3，尤其在1980s年代偏少较为明显；1990s末期，中游径流开始增加，距平值由负转正，平均值跃升至1000m3左右。不过在2000s中后期中游径流再次呈微幅回落趋势。

　　2.3金沙江中下游径流增量突变分析

　　气候突变是普遍存在于气候系统中的一个重要现象，常见的气候突变是把它定义为气候从一个平均值到另一个平均值的急剧变化，它表现为气候变化的不连续性，也就是说，气候突变就是指气候从一种稳定态（或稳定持续的变化趋势），跳跃式的转变到另一种稳定态（或稳定持续的变化趋势）的现象，它表现为气候在时空上从一个统计特性到另一个统计特性的急剧变化。

　　2.4金沙江中下游径流增量变化周期分析

　　从金沙江中游径流增量的小波实部图（图4（a））中可见，在置信区间内，中游径流增量有稳定而明显的准6a变化周期，大致在70s中后期、80s中后期和2000s初期径流增量偏多，在80s前期和90s径流增量偏少。同时，在1990s年代前准3a的振荡周期也较明显，不过此后有向更高频波段转变的趋势。在年代际上，10a周期上在1980s—1990s期间较明显。此外还可以看出，在90s年代中期中游径流增量有转折，由偏少转为偏多。

　　3金沙江中下游径流变化对气候变化的响应

　　为了考察金沙江中下游径流增量变化对气候变化的响应及其程度，我们需要分析金沙江中下游流域的降水、蒸发量、气温等气象要素的变化，并考察气象要素与径流变化间的关系。

　　3.1金沙江中、下游气候变化特征

　　首先分析金沙江中、下游气象要素的气候变化特征。中游气象要素使用的是金沙江中游宁蒗、永胜、鹤庆、宾川和华坪5个气象站的观测资料，取其平均值代表整个金沙江中游流域的气候特征；下游气象要素用的是金沙江下游永仁、元谋、会泽、巧家、永善、绥江6个气象站的观测资料，同样取平均值代表整个下游流域的气候特征。

　　3.1.1金沙江中下游年雨量演变特征

　　从10年滑动平均的曲线来看，金沙江下游流域年蒸发量没有明显的年代际变化特征，始终维持一致减少的趋势。而金沙江中游流域的年蒸发量在1990s年代初有一个较为明显的年代际转变，之前以稳定少变为主，之后转为快速减少趋势。到了2000s中期，金沙江中游流域的年蒸发量又转为稳定少变的趋势。

　　3.1.3中下游年平均气温演变特征

　　与全球变暖的气候大趋势一致，金沙江中下游年平均气温总体呈现较为稳定的增加趋势，其中金沙江中游流域的升温要比下游流域明显。从气候倾向率来看，与文献[12]中结论基本一致，金沙江中游平均气温增温速率约为0.04℃/10a，金沙江下游流域气温增加速率约为0.02℃/10a，均远低于近50年云南的增温速率0.24℃/10a和全国的增温速率0.22℃/10a。从图中10年滑动平均曲线可以看出，金沙江中下游年平均气温具有较明显的年代际变化特征，在1990s初期至2000s初期，流域年平均气温阶段性降低，尤其在下游地区更明显。

　　综上所述，金沙江中下游局地气候要素在近44年中有着较明显的变化。其中，金沙江中下游年蒸发量与云南区域的减少趋势一致，且变化幅度属于中等偏强。这可能与当地日照时数减少和风速减小有关。此外，金沙江中下游流域降雨总体呈增加趋势，与中下游径流变化一致，说明相关流域降雨产流变化与径流变化是同步的。另外，在全球变暖背景下，金沙江中下游的气温也在缓慢增加中，但对比近50年来云南地区和全国范围的增温幅度而言，该流域的气温增暖显得较为温和。

　　3.2流域气候要素与径流增量变化的关系

　　金沙江中、下游的径流增量与流域的年总雨量和年总蒸发量都高度相关，其中径流与年总雨量成正相关，与年总蒸发量成反相关。可以说，影响金沙江中下游流域径流变化的主要气候要素是降水，降水越多，径流越大；其次是蒸发，流域蒸发越弱，径流越大，这与国内部分流域的研究结论基本一致。此外在气温方面，金沙江中下游气温与径流呈负相关，说明流域气温与径流之间存在一种反向变化的关系，但是这种关系并不显著。

　　4结论与讨论

　　1.金沙江中、下游的径流增量年内变化大，汛期径流量约占全年径流总量的8成；而枯期径流量仅占全年总量的2成左右，这与云南降水量的分布基本一致。金沙江中游径流年内分布呈单峰型，峰值出现在每年的8月份，谷值出现在每年的4月份；下游径流年内分布呈双峰型，有7月和9月两个峰值，谷值在3月份，较中游提前了一个月。这说明对金沙江不同流域水资源的利用必须有所差异。

　　2.金沙江中下游的径流变化总体均呈线性增加趋势，下游变化幅度明显大于中游，可能与中下游不同的汇流特性有关。分析周期发现，金沙江中下游径流增量均有明显的准6a变化周期，在1980s—1990s期间有较明显的准10a周期。

　　3.全球气候都在发生变化，近44年金沙江中下游的区域气候也发生了明显变化。金沙江中下游流域的年雨量分别以2.4%/10a和1.6%/10a的趋势增加；年蒸发量分别以-80mm/10a和-130mm/10a的趋势在减少；在全球变暖的背景下，金沙江中下游年平均气温增温速率分别为0.04℃/10a和0.02℃/10a，远低于近50年云南的增温速率0.24℃/10a和全国的增温速率0.22℃/10a。

　　4.引起径流变化的原因复杂多样，气候变化是其中最重要的因子之一。金沙江中下游的径流变化与流域的年雨量和年蒸发量有显著的相关关系，其中与年雨量成正相关，与年蒸发量成反相关。相关性分析表明金沙江下游径流变化对气候的响应程度要小于中游，这可能与该区域的人类活动有关。当然，金沙江流域的气候比较复杂，造成影响流域水文变化的原因更复杂，本文的工作只是初步的。

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