气候变化对博尔塔拉河上游径流量的影响分析

2014-12-15陈志军

地下水 2014年6期

陈志军

(新疆博州水文水资源勘测局，新疆博乐833400)

艾比湖流域是干旱区西部的一个内陆封闭小流域，半个世纪来，湖泊水资源退化严重，突出表现在湖水位下降、水域面积减小、水质咸化、生态退化等。博尔塔拉河作为艾比湖的重要补给河流，研究其上游气候与径流量变化及其影响有着十分重要的意义。IPCC WG12007第四次评估报告结果:从1901－2000年全球地表平均气温上升0.60℃;从1906－2005年全球地表平均气温上升0.74℃[1];表明2001－2005年增温幅度较大.20世纪80年代以来，对中国气温特征的研究结果表明:中国气候变化趋势与全球基本一致，气温呈上升趋势，但上升幅度略低于全球平均值[2－8]，由于气候变化的复杂性，区域气候变化常表现出与全球变化的非同步性。对于中国西北干旱区以及新疆的气候变化研究已经有较多的成果。胡汝骥等分析了新疆由暖干向暖湿转型的气候变化特征[9－10]，施雅风等提出我国西北气候由暖干向暖湿转型的观点[11－12]，柳葳等分析了气候变暖对新疆降水和径流影响分析[13]，刘忠礼等[14]、陈涛等[15]、潘亚婷等[16]、喻树龙等[17]、研究了博州地区气候变化趋势。本文结合博尔塔拉河上游气象及水文资料，对博尔塔拉河上游径流量变化及原因进行了分析，为保护和改善艾比湖生态环境提供参考。

1 研究区概况

博尔塔拉河河源属博尔塔拉河上游，地处博尔塔拉蒙古自治州的西部，位于东径 79°53'－ 81°01'，北纬 44°02'－44°58'之间，发源于阿拉套山和别珍套山汇合处的洪别林达坂，属温带大陆性气候，主要气候特点冬冷夏热、昼夜温差大、日照时间长、降雨量小、蒸发量大，平均气温3.9℃。历年平均降水量228 mm。河源区全长81 km，西、北、南三面环山，两山系之间为博尔塔拉河谷地，西高东低，向东逐渐呈喇叭状敞开，与准噶尔盆地相连，最后注入艾比湖。

2 资料和方法

2.1 资料

为了深入研究博尔塔拉河上游的气候变化对径流量的影响，以温泉气象站代表博尔塔拉河的源流区，水文序列则以温泉水文站为代表站，利用气温、降水的年及四季变化与径流量建立线性关系，从而分析引起径流量变化的主要原因。

2.2 方法

2.2.1 线性倾向估计法

根据降雨量和气温变化趋势图，用Y=a+bt进行线性拟合。其中，b为变化趋势，而b×10表示倾向率。然后，采用相关系数法进行显著性检验。

2.2.2 Mann－Kendall非参数秩次相关检验法主要用于水文气象资料趋势检验和检验水文时间序列单调趋势的有效工具。序列x=(x1，x2，…，xn)，n为序列长度。所有对偶值(xi，xj，j＞i)中的出现的次数为 di。具体方法表示如下:

n为系列长度。当n增加时，U很快收敛于标准化正态分布，给定显著性水平α，在正态分布表中查出临界值U/2，当|U|＞Uα/2，则趋势显著;反之，不显著。如 U＞0，说明序列存在上升趋势;反之，为下降趋势。原假设该序列无趋势，采用双边趋势检验，给定显著性水平α，在正态分布表查临界值Uα/2，若 U ＜ Uα/2，接受原假设，即趋势不显著;若 U ＞ Uα/2，拒绝原假设，即趋势显著，且当U为正时表示上升或增加的趋势，反之表示下降或减少趋势。

3 博尔塔拉河上游气候及径流量变化特征

分析温泉气象站的气候资料发现，近50a来出现了气温升高、降水增加的气候变化特征。表1为温泉气象站年及四季平均气温、降水量及年径流量的变化趋势相关系数。图1、图2为温泉气象站年平均气温、年降水量的时间变化图。

从表1和图1中看出，温泉气象站年与四季平均气温呈现出明显的上升趋势，表明在近50a中温泉气象站增温明显，尤其是年、夏、秋、冬两季，通过了0.01的显著性水平检验。增温分别达 0.20℃ /10a 、0.33℃ /10a、0.30℃ /10a、0.58℃/10a，增温较为显著，说明年平均气温的升高主要是由于夏、秋、冬季平均气温的升高引起的。

年和夏、冬季降水量呈现出增多的趋势，在夏季尤为突出，降水量的线性变率达 15.8 mm/10a、13.6 mm/10a、3.89 mm/10a，通过了0.01的显著性水平检验，说明年降水量的增加主要是由夏季降水量的增加引起的，秋季降水量呈现较弱的上升趋势。

年和四季径流量呈增加趋势，在年、夏、秋季尤为突出，径流量的线性变率达 0.069/10a、0.070 × 108m3/10a、0.015×108/10a，通过了0.01的显著性水平检验，说明年径流量的增加主要是由夏、秋季径流量的增加引起的。

通过以上分析得出:博尔塔拉河上游区出现了气温逐步升高、降水量增加的暖湿化的气候变化趋势。其中，在夏、秋、冬季升温明显，夏、冬季增湿明显。

表1 温泉气象站气温、降水量和径流量的相关系数检验

图1 温泉气象站年平均气温变化图

图2 温泉气象站年降水量变化

4 气温、降水、径流量时间序列变化趋势检验

对于气候变化研究来说，除了研究要素的年际、代际变化之外，检验要素的长期变化趋势，在探测气候变化及其影响的研究中，占有重要的地位。

按年统计温泉气象站降雨量和平均气温以Mann－Kendall法作趋势显著性检验。由表2中可见，博尔塔拉河上游的气温、降水序列，经统计检验得出的结果为正值，且气温和降水系列通过α=0.05水平的显著性检验，说明气温、降水都是呈增加的趋势，暖湿化较明显，但气温增加的趋势大于降水。计算结果见表2。

表2 温泉气象站气温、降水、径流量序列趋势检验结果

5 气候变化对径流量的影响

影响河流径流量的气象因子很多，气温和降水是影响径流和洪水的主要因素。为了反映博尔塔拉河上游年径流量与气候变化的关系，本文利用温泉水文站的径流量资料，代表博尔塔拉河上游径流量，对温泉水文站的各季节平均气温和降水量分别与温泉水文站的年径流量进行相关分析，结果(见表3)。

表3 温泉水文站年径流量与气候因素的相关系数

图3 温泉水文站实测与计算径流量变化趋势

从表3中可以看出，在年及各季节平均气温中，夏季平均气温的单相关系数最大，为0.71，其主要主要原因是:夏季气温升高，有利于高山冰川和积雪融化，使得径流量增加。这说明夏季平均气温是影响博尔塔拉河上游区的主要气象因子，年、春季、秋季、冬季的平均气温对年径流量的相关系数较小，说明对径流量有一定的影响。而各季节降水量中，夏季降水量与年径流量相关系数最大，为0.52。利用博尔塔拉河温泉水文站的年径流量与温泉气象站的夏季平均气温、夏季降水量建立多元线性回归模型，相关系数:R=0.78。

式中:Xt为夏季平均气温;Xp为夏季降水量;y为年径流量计算值;

对建立的多元线性回归方程进行F检验，结果表明，通过 α=0.01信度的显著性检验。从1961－2013年径流量模拟结果(图3)，可以看出，温泉水文站实测值与计算值拟合效果较好。

6 结语

(1)近50a来，博尔塔拉河上游区出现了气温升高、降水量增加的暖湿化的气候变化趋势。其中，在夏、秋、冬季升温明显，夏、冬季增湿明显。

(2)对气温与降水序列进行统计检验，得出该地区气温、降水增加的趋势显著，气温的增加趋势大于降水。

(3)通过研究发现，气温是影响博尔塔拉河出山径流量的主要因子，尤其是夏季平均气温与年径流量的相关系数最大，为0.71;夏季降水量与年径流量相关系数为0.52。利用夏季平均气温、夏季降水量建立多元线性回归模型，相关系数为R=0.78。说明温泉气象站的夏季温度上升、降水量增加，博尔塔拉河的径流量就会增加。

(4)由于气候暖湿变化效应，大气降水和来水量的增加，使这一地区的荒漠植被得到了一定的恢复，在一定程度上减少了风沙天气，如精河县沙尘暴从60年代3.5d·a－1减少到2001年以来的0.2d·a－1。湖区的生态环境已有明显改善。

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