陳志軍

(新疆博州水文水資源勘測(cè)局，新疆 博樂(lè)833400)

艾比湖流域是干旱區(qū)西部的一個(gè)內(nèi)陸封閉小流域，半個(gè)世紀(jì)來(lái)，湖泊水資源退化嚴(yán)重，突出表現(xiàn)在湖水位下降、水域面積減小、水質(zhì)咸化、生態(tài)退化等。博爾塔拉河作為艾比湖的重要補(bǔ)給河流，研究其上游氣候與徑流量變化及其影響有著十分重要的意義。IPCC WG12007第四次評(píng)估報(bào)告結(jié)果:從1901－2000年全球地表平均氣溫上升0.60℃;從1906－2005年全球地表平均氣溫上升0.74℃[1];表明2001－2005年增溫幅度較大.20世紀(jì)80年代以來(lái)，對(duì)中國(guó)氣溫特征的研究結(jié)果表明:中國(guó)氣候變化趨勢(shì)與全球基本一致，氣溫呈上升趨勢(shì)，但上升幅度略低于全球平均值[2－8]，由于氣候變化的復(fù)雜性，區(qū)域氣候變化常表現(xiàn)出與全球變化的非同步性。對(duì)于中國(guó)西北干旱區(qū)以及新疆的氣候變化研究已經(jīng)有較多的成果。胡汝驥等分析了新疆由暖干向暖濕轉(zhuǎn)型的氣候變化特征[9－10]，施雅風(fēng)等提出我國(guó)西北氣候由暖干向暖濕轉(zhuǎn)型的觀點(diǎn)[11－12]，柳葳等分析了氣候變暖對(duì)新疆降水和徑流影響分析[13]，劉忠禮等[14]、陳濤等[15]、潘亞婷等[16]、喻樹(shù)龍等[17]、研究了博州地區(qū)氣候變化趨勢(shì)。本文結(jié)合博爾塔拉河上游氣象及水文資料，對(duì)博爾塔拉河上游徑流量變化及原因進(jìn)行了分析，為保護(hù)和改善艾比湖生態(tài)環(huán)境提供參考。

1 研究區(qū)概況

博爾塔拉河河源屬博爾塔拉河上游，地處博爾塔拉蒙古自治州的西部，位于東徑 79°53'－ 81°01'，北緯 44°02'－44°58'之間，發(fā)源于阿拉套山和別珍套山匯合處的洪別林達(dá)坂，屬溫帶大陸性氣候，主要?dú)夂蛱攸c(diǎn)冬冷夏熱、晝夜溫差大、日照時(shí)間長(zhǎng)、降雨量小、蒸發(fā)量大，平均氣溫3.9℃。歷年平均降水量228 mm。河源區(qū)全長(zhǎng)81 km，西、北、南三面環(huán)山，兩山系之間為博爾塔拉河谷地，西高東低，向東逐漸呈喇叭狀敞開(kāi)，與準(zhǔn)噶爾盆地相連，最后注入艾比湖。

2 資料和方法

2.1 資料

為了深入研究博爾塔拉河上游的氣候變化對(duì)徑流量的影響，以溫泉?dú)庀笳敬聿査拥脑戳鲄^(qū)，水文序列則以溫泉水文站為代表站，利用氣溫、降水的年及四季變化與徑流量建立線性關(guān)系，從而分析引起徑流量變化的主要原因。

2.2 方法

2.2.1 線性傾向估計(jì)法

根據(jù)降雨量和氣溫變化趨勢(shì)圖，用Y=a+bt進(jìn)行線性擬合。其中，b為變化趨勢(shì)，而b×10表示傾向率。然后，采用相關(guān)系數(shù)法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2.2.2 Mann－Kendall非參數(shù)秩次相關(guān)檢驗(yàn)法主要用于水文氣象資料趨勢(shì)檢驗(yàn)和檢驗(yàn)水文時(shí)間序列單調(diào)趨勢(shì)的有效工具。序列x=(x1，x2，…，xn)，n為序列長(zhǎng)度。所有對(duì)偶值(xi，xj，j＞i)中的出現(xiàn)的次數(shù)為 di。具體方法表示如下:

n為系列長(zhǎng)度。當(dāng)n增加時(shí)，U很快收斂于標(biāo)準(zhǔn)化正態(tài)分布，給定顯著性水平α，在正態(tài)分布表中查出臨界值U/2，當(dāng)|U|＞Uα/2，則趨勢(shì)顯著;反之，不顯著。如 U＞0，說(shuō)明序列存在上升趨勢(shì);反之，為下降趨勢(shì)。原假設(shè)該序列無(wú)趨勢(shì)，采用雙邊趨勢(shì)檢驗(yàn)，給定顯著性水平α，在正態(tài)分布表查臨界值Uα/2，若 U ＜ Uα/2，接受原假設(shè)，即趨勢(shì)不顯著;若 U ＞ Uα/2，拒絕原假設(shè)，即趨勢(shì)顯著，且當(dāng)U為正時(shí)表示上升或增加的趨勢(shì)，反之表示下降或減少趨勢(shì)。

3 博爾塔拉河上游氣候及徑流量變化特征

分析溫泉?dú)庀笳镜臍夂蛸Y料發(fā)現(xiàn)，近50a來(lái)出現(xiàn)了氣溫升高、降水增加的氣候變化特征。表1為溫泉?dú)庀笳灸昙八募酒骄鶜鉁?、降水量及年徑流量的變化趨?shì)相關(guān)系數(shù)。圖1、圖2為溫泉?dú)庀笳灸昶骄鶜鉁亍⒛杲邓康臅r(shí)間變化圖。

從表1和圖1中看出，溫泉?dú)庀笳灸昱c四季平均氣溫呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢(shì)，表明在近50a中溫泉?dú)庀笳驹鰷孛黠@，尤其是年、夏、秋、冬兩季，通過(guò)了0.01的顯著性水平檢驗(yàn)。增溫分別達(dá) 0.20℃ /10a 、0.33℃ /10a、0.30℃ /10a、0.58℃/10a，增溫較為顯著，說(shuō)明年平均氣溫的升高主要是由于夏、秋、冬季平均氣溫的升高引起的。

年和夏、冬季降水量呈現(xiàn)出增多的趨勢(shì)，在夏季尤為突出，降水量的線性變率達(dá) 15.8 mm/10a、13.6 mm/10a、3.89 mm/10a，通過(guò)了0.01的顯著性水平檢驗(yàn)，說(shuō)明年降水量的增加主要是由夏季降水量的增加引起的，秋季降水量呈現(xiàn)較弱的上升趨勢(shì)。

年和四季徑流量呈增加趨勢(shì)，在年、夏、秋季尤為突出，徑流量的線性變率達(dá) 0.069/10a、0.070 × 108m3/10a、0.015×108/10a，通過(guò)了0.01的顯著性水平檢驗(yàn)，說(shuō)明年徑流量的增加主要是由夏、秋季徑流量的增加引起的。

通過(guò)以上分析得出:博爾塔拉河上游區(qū)出現(xiàn)了氣溫逐步升高、降水量增加的暖濕化的氣候變化趨勢(shì)。其中，在夏、秋、冬季升溫明顯，夏、冬季增濕明顯。

表1 溫泉?dú)庀笳練鉁?、降水量和徑流量的相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)

圖1 溫泉?dú)庀笳灸昶骄鶜鉁刈兓瘓D

圖2 溫泉?dú)庀笳灸杲邓孔兓?/p>

4 氣溫、降水、徑流量時(shí)間序列變化趨勢(shì)檢驗(yàn)

對(duì)于氣候變化研究來(lái)說(shuō)，除了研究要素的年際、代際變化之外，檢驗(yàn)要素的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)，在探測(cè)氣候變化及其影響的研究中，占有重要的地位。

按年統(tǒng)計(jì)溫泉?dú)庀笳窘涤炅亢推骄鶜鉁匾訫ann－Kendall法作趨勢(shì)顯著性檢驗(yàn)。由表2中可見(jiàn)，博爾塔拉河上游的氣溫、降水序列，經(jīng)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)得出的結(jié)果為正值，且氣溫和降水系列通過(guò)α=0.05水平的顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明氣溫、降水都是呈增加的趨勢(shì)，暖濕化較明顯，但氣溫增加的趨勢(shì)大于降水。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 溫泉?dú)庀笳練鉁?、降水、徑流量序列趨?shì)檢驗(yàn)結(jié)果

5 氣候變化對(duì)徑流量的影響

影響河流徑流量的氣象因子很多，氣溫和降水是影響徑流和洪水的主要因素。為了反映博爾塔拉河上游年徑流量與氣候變化的關(guān)系，本文利用溫泉水文站的徑流量資料，代表博爾塔拉河上游徑流量，對(duì)溫泉水文站的各季節(jié)平均氣溫和降水量分別與溫泉水文站的年徑流量進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果(見(jiàn)表3)。

表3 溫泉水文站年徑流量與氣候因素的相關(guān)系數(shù)

圖3 溫泉水文站實(shí)測(cè)與計(jì)算徑流量變化趨勢(shì)

從表3中可以看出，在年及各季節(jié)平均氣溫中，夏季平均氣溫的單相關(guān)系數(shù)最大，為0.71，其主要主要原因是:夏季氣溫升高，有利于高山冰川和積雪融化，使得徑流量增加。這說(shuō)明夏季平均氣溫是影響博爾塔拉河上游區(qū)的主要?dú)庀笠蜃樱?、春季、秋季、冬季的平均氣溫?duì)年徑流量的相關(guān)系數(shù)較小，說(shuō)明對(duì)徑流量有一定的影響。而各季節(jié)降水量中，夏季降水量與年徑流量相關(guān)系數(shù)最大，為0.52。利用博爾塔拉河溫泉水文站的年徑流量與溫泉?dú)庀笳镜南募酒骄鶜鉁?、夏季降水量建立多元線性回歸模型，相關(guān)系數(shù):R=0.78。

式中:Xt為夏季平均氣溫;Xp為夏季降水量;y為年徑流量計(jì)算值;

對(duì)建立的多元線性回歸方程進(jìn)行F檢驗(yàn)，結(jié)果表明，通過(guò) α=0.01信度的顯著性檢驗(yàn)。從1961－2013年徑流量模擬結(jié)果(圖3)，可以看出，溫泉水文站實(shí)測(cè)值與計(jì)算值擬合效果較好。

6 結(jié)語(yǔ)

(1)近50a來(lái)，博爾塔拉河上游區(qū)出現(xiàn)了氣溫升高、降水量增加的暖濕化的氣候變化趨勢(shì)。其中，在夏、秋、冬季升溫明顯，夏、冬季增濕明顯。

(2)對(duì)氣溫與降水序列進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，得出該地區(qū)氣溫、降水增加的趨勢(shì)顯著，氣溫的增加趨勢(shì)大于降水。

(3)通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，氣溫是影響博爾塔拉河出山徑流量的主要因子，尤其是夏季平均氣溫與年徑流量的相關(guān)系數(shù)最大，為0.71;夏季降水量與年徑流量相關(guān)系數(shù)為0.52。利用夏季平均氣溫、夏季降水量建立多元線性回歸模型，相關(guān)系數(shù)為R=0.78。說(shuō)明溫泉?dú)庀笳镜南募緶囟壬仙?、降水量增加，博爾塔拉河的徑流量就?huì)增加。

(4)由于氣候暖濕變化效應(yīng)，大氣降水和來(lái)水量的增加，使這一地區(qū)的荒漠植被得到了一定的恢復(fù)，在一定程度上減少了風(fēng)沙天氣，如精河縣沙塵暴從60年代3.5d·a－1減少到2001年以來(lái)的0.2d·a－1。湖區(qū)的生態(tài)環(huán)境已有明顯改善。

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