近44年金沙江中下游徑流變化及其對氣候變化的響應探究論文
引言
社會經濟的飛速發展和人口的迅速增加，使得全球水資源日益短缺。尤其是最近50年，氣候變化和人類活動對水資源的影響已經逐漸成為國內外科學界所關注的研究熱點。氣候變化必然引起水分循環的變化，從而導致河川徑流在時空上的重新分布以及數量的改變，分析河川徑流的變化特征不僅有助于深入了解流域水資源特性，同時也有利于水資源的開發控制和調整。從公開的資料可以看到，氣候變化已經使得水資源緊缺、水土流失、冰川萎縮、河川斷流等一系列水資源環境問題，更易于向惡化方向演變。
云南西部屬橫斷山系縱谷區，自西向東由高黎貢山、怒江、怒山（碧羅雪山）、瀾滄江、云嶺、金沙江三大山系與三條大江相互挾持而成，呈現三江并流的現象是河流地貌系統中的一大奇觀。最近的研究分析表明，云南的降水特別是縱谷區的降水量具有最顯著的年際及年代際變化特征。金沙江是長江的上游河段，金沙江以石鼓和攀枝花為界，被分為上、中、下游。金沙江流域由于水能資源豐富，近年來開發了多個巨型水電站，是我國電力能源重要的輸出基地，因而對于金沙江徑流變化的研究因此顯得意義重大。
本文重點關注金沙江中下游流域，研究其徑流增量變化和與氣候要素的聯系，為區域視角下水資源的安全開發利用提供分析背景，為金沙江中下游四個梯級電站的安全生產和長期調度提供科學依據。
1資料和方法
1.1資料
本文選取金沙江上、中、下游石鼓、攀枝花和屏山三個出流水文站1966年至2009年的徑流資料，氣象資料為金沙江流域沿線寧蒗、永勝、鶴慶、賓川、華坪、永仁、元謀、會澤、巧家、永善、綏江等11個氣象站1966年-2009年的月降雨、蒸發量以及月氣溫資料。
1.2方法
本文利用Mann-Kendall(以下簡稱MK法)趨勢檢驗分析徑流序列的變化趨勢。MK檢驗作為一種提取序列變化趨勢的有效工具,被廣泛應用于氣候參數和水文序列的分析。MK法還能大體確定序列中突變發生的位置。徑流序列可以被看作是隨時間有周期性變化的信號，因此本文將使用小波轉換來分析其變化的周期性。本文選取morlet小波作為母小波函數，此函數均值為0,且在時頻空間上具有很好的對稱性。此外本文還主要使用相關分析，滑動平均和線性傾向分析等方法。
2金沙江中下游徑流變化特征
2.1金沙江中下游徑流增量年內分布特征
金沙江中游徑流增量年內變化很大，汛期、枯期流量差異大是最主要的特征。每年的7—10月為汛期，全年總量的`78%集中在這4個月內，其中主汛期為7—9月，與流域所在地區雨季一致；每年11月至來年1—6月為枯期，僅占全年徑流增加總量的22%。與云南縱向嶺谷區河流類似，金沙江中游徑流變化年內呈單峰型分布。但是峰谷值出現的月份要偏晚一個月，金沙江中游多年平均月徑流峰值出現在每年的8月份，谷值出現在每年的4月份。
金沙江下游徑流增量年內主要分布特征（圖2（b））與中游類似，汛期、枯期徑流量差異顯著。但較中游又有所不同：一個是下游徑流在6月份就進入了汛期，較中游提前一個月；二是下游入流增量分布呈現一個弱雙峰型特征，有7月和9月兩個峰值，在主汛期8月稍有回落；第三是下游月徑流量在3月份最少，較中游提前了一個月。
由以上分析可見，金沙江中、下游流域內徑流增量分布既有一定的共性，也具有流域的特殊性，因此對不同流域水資源的開發利用應根據其特點合理地差異對待。
2.2金沙江中下游徑流增量演變特征
根據金沙江中下游年總徑流增量距平序列（圖2（a））所示，金沙江中游徑流總體呈線性增加趨勢，氣候傾向率為310m3/10a。從10年滑動平均來看，在1990s末2000s初有一個較明顯的年代際轉變階段。1990s末期之前，金沙江中游徑流總體為正常到稍偏少，滑動平均為負值，年平均偏少500m3，尤其在1980s年代偏少較為明顯；1990s末期，中游徑流開始增加，距平值由負轉正，平均值躍升至1000m3左右。不過在2000s中后期中游徑流再次呈微幅回落趨勢。
2.3金沙江中下游徑流增量突變分析
氣候突變是普遍存在于氣候系統中的一個重要現象，常見的氣候突變是把它定義為氣候從一個平均值到另一個平均值的急劇變化，它表現為氣候變化的不連續性，也就是說，氣候突變就是指氣候從一種穩定態（或穩定持續的變化趨勢），跳躍式的轉變到另一種穩定態（或穩定持續的變化趨勢）的現象，它表現為氣候在時空上從一個統計特性到另一個統計特性的急劇變化。
2.4金沙江中下游徑流增量變化周期分析
從金沙江中游徑流增量的小波實部圖（圖4（a））中可見，在置信區間內，中游徑流增量有穩定而明顯的準6a變化周期，大致在70s中后期、80s中后期和2000s初期徑流增量偏多，在80s前期和90s徑流增量偏少。同時，在1990s年代前準3a的振蕩周期也較明顯，不過此后有向更高頻波段轉變的趨勢。在年代際上，10a周期上在1980s—1990s期間較明顯。此外還可以看出，在90s年代中期中游徑流增量有轉折，由偏少轉為偏多。
3金沙江中下游徑流變化對氣候變化的響應
為了考察金沙江中下游徑流增量變化對氣候變化的響應及其程度，我們需要分析金沙江中下游流域的降水、蒸發量、氣溫等氣象要素的變化，并考察氣象要素與徑流變化間的關系。
3.1金沙江中、下游氣候變化特征
首先分析金沙江中、下游氣象要素的氣候變化特征。中游氣象要素使用的是金沙江中游寧蒗、永勝、鶴慶、賓川和華坪5個氣象站的觀測資料，取其平均值代表整個金沙江中游流域的氣候特征；下游氣象要素用的是金沙江下游永仁、元謀、會澤、巧家、永善、綏江6個氣象站的觀測資料，同樣取平均值代表整個下游流域的氣候特征。
3.1.1金沙江中下游年雨量演變特征
從10年滑動平均的曲線來看，金沙江下游流域年蒸發量沒有明顯的年代際變化特征，始終維持一致減少的趨勢。而金沙江中游流域的年蒸發量在1990s年代初有一個較為明顯的年代際轉變，之前以穩定少變為主，之后轉為快速減少趨勢。到了2000s中期，金沙江中游流域的年蒸發量又轉為穩定少變的趨勢。
3.1.3中下游年平均氣溫演變特征
與全球變暖的氣候大趨勢一致，金沙江中下游年平均氣溫總體呈現較為穩定的增加趨勢，其中金沙江中游流域的升溫要比下游流域明顯。從氣候傾向率來看，與文獻[12]中結論基本一致，金沙江中游平均氣溫增溫速率約為0.04℃/10a，金沙江下游流域氣溫增加速率約為0.02℃/10a，均遠低于近50年云南的增溫速率0.24℃/10a和全國的增溫速率0.22℃/10a。從圖中10年滑動平均曲線可以看出，金沙江中下游年平均氣溫具有較明顯的年代際變化特征，在1990s初期至2000s初期，流域年平均氣溫階段性降低，尤其在下游地區更明顯。
綜上所述，金沙江中下游局地氣候要素在近44年中有著較明顯的變化。其中，金沙江中下游年蒸發量與云南區域的減少趨勢一致，且變化幅度屬于中等偏強。這可能與當地日照時數減少和風速減小有關。此外，金沙江中下游流域降雨總體呈增加趨勢，與中下游徑流變化一致，說明相關流域降雨產流變化與徑流變化是同步的。另外，在全球變暖背景下，金沙江中下游的氣溫也在緩慢增加中，但對比近50年來云南地區和全國范圍的增溫幅度而言，該流域的氣溫增暖顯得較為溫和。
3.2流域氣候要素與徑流增量變化的關系
金沙江中、下游的徑流增量與流域的年總雨量和年總蒸發量都高度相關，其中徑流與年總雨量成正相關，與年總蒸發量成反相關。可以說，影響金沙江中下游流域徑流變化的主要氣候要素是降水，降水越多，徑流越大；其次是蒸發，流域蒸發越弱，徑流越大，這與國內部分流域的研究結論基本一致。此外在氣溫方面，金沙江中下游氣溫與徑流呈負相關，說明流域氣溫與徑流之間存在一種反向變化的關系，但是這種關系并不顯著。
4結論與討論
1.金沙江中、下游的徑流增量年內變化大，汛期徑流量約占全年徑流總量的8成；而枯期徑流量僅占全年總量的2成左右，這與云南降水量的分布基本一致。金沙江中游徑流年內分布呈單峰型，峰值出現在每年的8月份，谷值出現在每年的4月份；下游徑流年內分布呈雙峰型，有7月和9月兩個峰值，谷值在3月份，較中游提前了一個月。這說明對金沙江不同流域水資源的利用必須有所差異。
2.金沙江中下游的徑流變化總體均呈線性增加趨勢，下游變化幅度明顯大于中游，可能與中下游不同的匯流特性有關。分析周期發現，金沙江中下游徑流增量均有明顯的準6a變化周期，在1980s—1990s期間有較明顯的準10a周期。
3.全球氣候都在發生變化，近44年金沙江中下游的區域氣候也發生了明顯變化。金沙江中下游流域的年雨量分別以2.4%/10a和1.6%/10a的趨勢增加；年蒸發量分別以-80mm/10a和-130mm/10a的趨勢在減少；在全球變暖的背景下，金沙江中下游年平均氣溫增溫速率分別為0.04℃/10a和0.02℃/10a，遠低于近50年云南的增溫速率0.24℃/10a和全國的增溫速率0.22℃/10a。
4.引起徑流變化的原因復雜多樣，氣候變化是其中最重要的因子之一。金沙江中下游的徑流變化與流域的年雨量和年蒸發量有顯著的相關關系，其中與年雨量成正相關，與年蒸發量成反相關。相關性分析表明金沙江下游徑流變化對氣候的響應程度要小于中游，這可能與該區域的人類活動有關。當然，金沙江流域的氣候比較復雜，造成影響流域水文變化的原因更復雜，本文的工作只是初步的。
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