（自然地理学专业论文）黄河源区水资源对气候变化的响应.pdf

中文攮耍 摘要 水资源的可持续发展是社会可持续发展的重要组成部分，而气候系统内部的任何变 化都将在水资源与水文循环的关键水文要素中得到反映。气候变化通过气温升高、降水 的年内与年际变化和海平面上升引起降水、土壤湿度、河川径流量及地下水资源量等一 系列变化，并导致径流情势、洪水强度、洪水频率、枯水强度及持续时间的变化，从而 影响整个水文循环系统，因此气候变化对水文循环影响的研究己成为目前人们关注的热 点问题。s e h w a r z ( 1 9 7 7 ) 、s t o c k t o n ( 1 9 7 9 ) 、n e m e e ( 1 9 8 2 ) 、n a s h ( 1 9 8 9 ) 等人采用不同的 方法研究美国不同流域或区域地表径流对气候变化的响应。k a l z m a r k ( 1 9 9 1 ) 运用g f d l 模型研究波兰最大河流之一的v a r t y 内流域( 5 4 5 3 0 k i n 2 ) 。以施雅风院士、刘昌明院士为 代表的我国水文气象学家从各种不同的侧面研究了气候变化对中国水文情势的影响( 文 献l 5 ) 。有的研究学者利用流域水文模型及4 组g c m s 气候变化情形，研究我国六大流 域天然径流量的变化，提出气候变化可能导致我国主要江河年径流量减少。 黄河是我国第二大河流，作为我国北方主要的的供水水源，以其占全国河川径流2 的水资源量，承担着流域内和下游引黄灌区占全国耕地面积1 3 5 的土地和占全国总人 口近9 的人口的供水任务，水资源供需矛盾十分尖锐。由于大部分地区属于干旱和半 干旱地区，黄河流域水资源相当匿乏，且水资源的时空分布很不均匀，降水与河川径流 主要集中于每年汛期6 一l o 月；近5 7 的水量来自于上游干流，所以兰州以上尤其是唐 乃亥以上流域作为上游的产流区，在黄河流域水资源的配置中占有举足轻重的地位。黄 河唐乃亥以上的上游流域位于青藏高原东北部，平均海拔高度在3 0 0 0 m 以上，冰川、积 雪与冻土的广泛分布，是气候变化最敏感的地带之一。全球气候的变暖会引起地表各圈 层发生不同程度改变，尤其是最为活跃的水圈。因此研究黄河源区气候变化与径流的关 系显得十分重要。 研究区大部分地区位于多年冻土带，这一冻土层是不透水层，能够成功地阻止地表 水下渗。而在气候变暖之后，冻土层急剧退化，隔离地表水的能力大幅度下降，使大量 的地表水下渗，影响地表径流的形成。2 0 0 3 a 时部分地区冻土层退化厚度已达l m ，融化 层厚度增加到2 8 m ，降水形成地表径流难度增加。 根据黄河上游近5 0 a 的资料分析，黄河源区的降水变化幅度并不太，年代间的距平 变化不超过5 ，对黄河水量影响不大。而从1 9 8 0 s 末，温度一直处于上升状态，资料 的归一化处理结果显示，温度的升高幅度远大于降水的减少幅度，温度放大了径流减少 中国科学院硕士论文：黄河源区水资源对气候变化的响应 的幅度，也使得地表径流量急剧减少，导致黄河上游水量亏损严重。 根据小波交换和差积曲线周期性变化分析，源区的温度在全球变暖的背景下，在年 代尺度上将继续上升，年际间的温度下降不会太明显。源区的降水在短期内会振荡减少， 而在较长时间范围，将不会有大幅度的下降。由于源区的径流主要来自于降水，就近期 而言，径流变化应与降水的交化方向一致，而变幅较之降水将更大一些。但随着温度的 不断上升，引起蒸发和下垫面入渗的增加，这种一致性的“平衡”有被打破的危险，即 使降水不会有大的减少，而径流也会大幅下降。通过建立径流与气候参数间的非线性模 型预测，未来数十年里最不利的情景是气温升幅与降水减幅同时出现最大值时的气候组 合，径流减幅将达到目前水平的3 0 左右。 虽然黄河源区的径流主要来自于降水，水资源变化由气候变化所决定，但不合理的 人类活动和气候变暖相叠加，使水资源变化幅度加剧。因此改变目前的情况只能从“人” 的因素入手，进一步减少人类的不合理活动，实行积极的生态保护措施，合理安排水电 资源的开发，加强水资源保护。 关键词：水资源，黄河源区，气候变化 i i a b s t r a c t t h e r e s p o n s eo fw a t e rr e s o u r c ei nu p p e rr e a c h e o fy e l l o wr i v e rt oc l i m a t ec h a n g e w e iz h i ( p h y s i c a lg e o g r a p h y ) d i r e c t e db yl a n y o n g c h a o a b s t r a c t n l es u s t a i n i n gp r o g r e s so fw a t e rr e s o u r c ei si m p o r t a n tp a r to fs o c i a ls u s t a i n i n ga d v a n c e a n y c l i m a t i cc h a n g ew i l lr e f l e c tf r o mk e yf a c t o ri nh y d r o l o 西c a lc i r c l e c l i m a t ec h a n g e 晒n g c h a n g e so fp r e c i p i t a t i o n ，s o l lh u m i d i t y , r i v e rr u n o f fa n du n d e r w a t e rr e s o u r c eb yt e m p e r a t u r e i n c r e a s e ，r a i n f a l li n n e r - y e a ra n da n n u a lc h a n g e ，s e as u r f a c ei n c r e a s e , m o r e o v e r , l e a das e r i e so f c h a n g ei nr a n o f fs i t u a t i o n ，f l o o di n t e n s i t y , f l o o d 自e q u e n c y ，l o ww a t e ri n t e n s i t ya n ds u s t a i n g t i m e ，t h e r e b yi n f l u e n c et h eh y d r o l o g i c a lc i r c l e s ot h es t u d ya b o u ti m p a c to fc l i m t ec h a n g eo n h y d m l o g i c a lc i r c l e t u r ni n t oh o t i s s u e s c h w a r z ( 1 9 7 7 ) ，s t o c k t o n ( 1 9 7 9 ) n e m e c ( 1 9 8 2 ) ，n a s h ( 1 9 8 9 ) a n do t h e r sa d o p td i f i e r e n tm e t h o dr e s e a r c ha m e r i c a nd i f f e r e n tb a s i no l r e g i o n a lr u n o f fr e s p o n s et oc l i m a t i cc h a n g e k a j z m a r kf 1 9 9 1 ) u s eg f d lm o d e ls t u d yo n eo f t h em o s tg r e a tr i v e ri np o l a n d ，t h ev ab a s i n ( 5 4 5 3 0 k i n 2 ) f o rt h el a s t1 0 a , i ti sv e r ye x t e n s i v et o s t u d yt ot h ei m p a c t0 1 3w a t e rr e s o u r c eo fc l i m a t i cc h a n g e t h eh y d r o l o g i c a lr e s e a r c hw o r k e r s ， w i t ha c a d e m i c i a ns h iy a f e n ga n dl i uc h a n g m i n g 躯r e p r e s e n t a t i v e h a v es t u d i e dt h ei m p a c to n c h i n n sh y d r o l o g ys i t u a t i o no f c l i m a t i cc h a n g ef r o ma l lk i a d so fs i d e s s o m er e s e a r c h e r su t i l i z e t h eb a s i nh y d r o l o g i c a lm o d e ia n d4g r o u p so fg c m sc l i m a t i cc h a n g es i t u a t i o nt os t u d yn a t u r a l 1 r l n o f rc h a n g eo fs i xm a j o rb a s i ni no u rc o u n t r y ，p r o p o s e dt h a tc l i m a t i cc h a n g em i g h tl e a dt o t h er e d u c t i o no f a n n u a lr u n o f f i nn a t i o n a lm a i nr i v e r s 1 1 1 ey e l l o wr i v e ri st h em o s ti m p o r t a n tw a t e rs o l l l x ：ei nn o r t hc h i n aa n dn o r t h w e s tc h i n a m o s ta r e a si nt h eb a s i nb e l o n gt oa d do rs e m i a d dr e g i o na n dt h ew a t e rr e s o u r c ei sp o o r b u ta s t h eg r e a t e s tr e s o u r c eo fw a t e rs u p t ，l yo ft h en o r t ho fo u rc o u n t r y , t h ey c l l o wr i v e r , w i t hi t s w a t e rr e s o u r c eo fa m o u n to fo n l y2p e r c e n tn a t i o n a ln a t u r a lr u n o f fo fr i v e r s u n d e r t a k ew a t e r s u p p l yt a s ko fb a s i na n dl o wr e a c h e si r r i g a t e da r e 如a c c o u n tf o r9p e r c e n to fn a t i o n a ls o l ia r e a l a n d1 2p e r c e n to ft o t a ln a t i o n a lp o p u l a t i o n b e c a l 1 s ew a t e rr e s o u r c ea c ao ft h ey c l l o wr i v e r b a s i nd i s t r i b u t ev e r ym u c hu n e v e n ，n e a r l y5 7p e r c e n to fw a t e ry i e l dc o m e sf r o mt h eu p p e r r e a c h eo ft h eb a s i n ，s ot h eb a s i na b o v el a n g h o u ，e s p e c i a l t ya b o v et a n g a g ，a sa m p l ep r o d u c i n g s h e do ft h eu p p e rr e a e h eo ft h eb a s i n , o c e u p yv e r yi m p o r t a n tp o s i t i o ni nt h ed i s p o s i t i o no ft h e w a t e rr e s o u r c eo ft h ey e l l o wr i v e t 1 1 1 cr e a c h ea b o v et h et a n g n gi o c a t ei nh i g h l a n d s i so n eo f t h em o s ts e n s i t i v ea r e at og l o b a le l i m a t i cc h a n g e c l i m a t i cc h a n g ew i l lc a u s ec h a n g e si nv a r i o u s d e g r e et oe v e r yc i r c l el a y e ra b o v et h ee a r t h ss u r f a c e e s p e c i a l l yt ot h em o s ta c t i v ew a t e rc i r c l e l a y e ns ot h es t u d y i n go nt h er e l a t i o nb e t w e e nc l i m a t i cc h a n g ea n ds u r f a c ef l o wo fu p p e rr e a c h o f t h ey e l l o wr i v e rs e e m sv e r yi m p o r t a n t m o s tp a r to ft h es t u d y i n ga r e al i ei np e r m a f r o s t ，t h i sf r o z e ns o l ll a y e ri si m p e r m e a b l es t r a t u m ， c a r ls u c c e e di np r e v e n t i n gt h ee a r t h ss u r f a c ew a t e rf r o mi n f i l t r a t i o n a f t e rc l i m a t ew a r m i n g t h e f r o z e ns o l l l a y e rd e g r a d es h a r p l y , t h ea b i l i t yt oi s o l a t es u r f a c ew a t e rd e c l i n e dl a r g e l y i tl e a dt oa l a r g ea m o u n to fs u r f a c ew a t e ri n f i l t r a t ea n di n f l u e n c et h ef o r m i n go ft h er u n o f f 2 0 0 3 a s o m e r e l e v a n td e p a r t m e n tw e n tt oi n v e s t i g a t ea n df o a n dt h a tt h i c k n e s so ff r o z e ns o l ll a y e ri ns o m e i i i 中国科学院硕士论文：黄河源区水资源对气候变化的响应 a r e ad e g r a d eu pt ol m a n dm e l td e p t hr o s et o2 8 m s om o s tm e l t e ds o i ll a y e ri st h i c ke n o u g h f o rg e n e r a lp r e c i p i t a t i o ni n t e n s i t yt of o r mr u n o f f d i f f i c u l t l y a c c o r d i n gt ot h ea n a l y s i so nn e a r l y5 0 ad a t ao ft h eu p p e rr e a c h eo ft h ey b l l o wr i v e r ，t h e p r e c i p i t a t i o nc h a n g e dr a n g ei ss m a l l ，w i t h i nd e p a r t u r eo fa ：5p e r c e n t ，a n dh a v el i t t l ee f f e c to n w a t e ry i e l d ，a n df r o mt h ee n do fl9 9 0 s ，t e m p e r a t u r ei si nt h er i s i n gs t a t e t h er e s u l to fd a t a u n i t a r yp r o c e s sr e v e a l st h a tt h er i s i n gr a n g eo ft e m p e r a t u r ei sf a rg r e a t e rt h a nt h er e d u c t i o n r a n g eo fp r e e i p i t a t i o n ，t e m p e r a t u r eh a se n l a r g e dt h er u n o f fc h a n g er a n g e ，m a k et h er u n o f f r e d u c es h a r p l yt o o i nt h ee n d , l c a dt ot h ef a c to fw a t e ry i e l di nt h eu p p e rr e a c h eo f t h ey e l l o w r i v e ra g r e a tl o s s p e r i o d i cc h a n g ea n a l y s i sb a s e do nw a v e l e ta n dm i n u sa c c u m u l a t i o nc u l w e ，t h et e m p e r a t u r eo f u p p e rr e a c h ew o u l dc o n t i n u er i s i n ga td e c a d a ls c a l eu n d e rb a c k g r o u n do fg l o b a lw a r m i n g ，n o t b et o oo b v i o u sa n n u a ld r o p s n l ep r e c i p i t a t i o no f t h eu p p e rr e a c h ew o u l ds h a k ea n dr e d u c ei na s h o r tt i m e ，b u ti nt h el o n gt i m e ，t h e r ei su n l i k e l yd e c l i n el a r g e l y b e c a u s et h es u r f a c er u l n o f fi n t h eu p p e rr e a c h em a i n l yc o m e sf r o mp r e c i p i t a t i o n , i nt h en e a rf u t u r e ，t h es u r f a c er u n o f fs h o u l d k e e pt h es a m ec h a n g ed i r e c t i o nw i mp r e c i l ；i t a t i o nc h a n g i n g w i t l lal i t t l eg r e a t e re x t e n t c o m p a r e dw i t hp r e c i p i t a t i o n b mb e c a u s et h et e m p e r a t u r ec o n s t a n tr i s i n g c a u s et h ei n e r e a s eo f e v a p o r a t i o na n di n t i l 仃a t i o n ，t h i sk i n do f b a l a n c e dc o n s i s t e n c yh a sd a n g e ro f b e i n gb r o k e n ，e v e n i ft h e r ei sn og r e a tr e d u c t i o ni np r e c i p i m f i o n ，a n dt h es u r f a c er u n e f fw o u l dd r o pi nt h el a r g e p r e d i e tt h r o u g h 也en o n - l i n e a rm o d e ls e tu pa m o n gs u r f a c en m o f fa n dc l i m a t i cp a r a m e t e r , t h e u n f a v o r a b l es i t u a t i o ni nf o l l o w i n gs e v e r a ld o z e ny e a r s ，i sa p p e a r e n c eo ft e m p e r a t u r eu l t i m a t e i n c r e a s i n gm e e t sp r e c i p i t a t i o nr e d u c t i o nm a x i m u m ，a n dt h es u r f a c er u n o f fw i l lr e a c ha b o u t4 0 o f t h el e v e l sa tp r e s e n ti f t h es u r f a c ef l o wr e d u c e so n e a l t h o u g ht h es u r f a c er u n o f fo ft h eu p p e rr e a c h eo ft h ey e l l o wr i v e rm a i n l yc o m e sf r o m p r e c i p i t a t i o na n d t h ew a t e rr e s o u r c ec h a n g ei sd e t e r m i n e db yc l i m a t i cc h a n g e ，b u tu n r e a s o n a b l e h u m a na c t i v i t ya d d e df u e lt ot h ef i r e ，m a k ew a t e rr e s o r r c ec h a n g i n gr a n g ea g g r a v a t e d s o c h a n g i n gt h ep r e s e n ts i t u a t i o nc a no n l yp r o c e e dw i t h ”p e o p l e ”sf a c t o br e d u c et h eh u m a n u n r e a s o n a b l ea c t i v i t y , i m p l e m e n tt h ep o s i t i v ee c o l o g i c a lp r o t e c t i v em e a s u r e ，r e d u c et h e d e v e l o p m e n to f t h eh y d r o e l e c t r i cr e s o u r c e s ，s t r e n g t h e nw a t e rr e s o a r c e sp r o t e c t i o n k e y w o r d s ：w a t e rr e s o l l r c e ，u p p e r r e a c h o f y e l l o w r i v e r , c l i m a t i cc h a n g e i v 第章：绪言 1 绪言 1 1 论文的研究意义 1 1 1 黄河流域水资源现状 黄河流域位于干旱、半干旱和半湿润地区，多年平均径流总量为5 8 0 x1 0 8 1 - 1 1 3 ，相 当于长江的1 1 7 ，珠江的1 6 ，比闽江还少，只和钱塘江差不多，在中国河流中居第8 位。 与世晃上其它大河相比，河长居第5 ，流域面积屠2 7 ，而径流量只排在第3 5 位。全流域 年平均降水4 0 0 m m 左右，就这样以占全国2 的水资源量，负担着流域内，连同下游豫、 鲁沿河地区共有约2 1 0 8 亩耕地，1 0 7 1 0 8 左右人口和大小3 0 0 多座城市的供水任务。 近3 0 a 来黄河水量的减少和大量的中途截留利用，使得黄河水经常不能“东流到海”。 1 9 7 2 a 下游河道第一次发生明显断流，到2 0 也末有2 2 a 黄河下游出现断流，累计断流8 6 次，共1 0 8 4 d ，其中1 9 9 1 1 9 9 9 a 连年断流。1 9 5 0 s ，全流域年均耗水1 2 2 x1 0 8 m 3 ，到1 9 9 0 s 年均耗水量为3 0 7 x1 0 8 m 3 ，比1 9 5 0 s 年均增加1 8 5x1 0 8 m 3 。入海水量1 9 5 0 s 年均4 8 0 1 0 8 m 3 ，1 9 9 0 s 年均1 2 0 1 0 8 m 3 ，比1 9 5 0 s 减少了3 6 0 1 0 8 m 3 ，进入2 1 m ，年均入海水量 不足5 0 1 0 8 m 3 ，据预测，未来3 0 a 黄河入海缺水形势更趋严重。 接国际通行标准，河流的开发利用率不应超过4 0 ，但黄河水利用率远远高于这个 警戒线。1 9 9 0 s ，黄河年均来水量4 2 3 1 0 8 m 3 ，而河川径流耗用量则高达3 0 7 1 0 8 m 3 ，水 资源利用率接近7 0 。据黄河水利委员会测算，到2 0 1 0 a ，遇到正常来水年份，黄河用水 缺口达4 0 1 0 8 m 3 ，若遇干旱年份，全河上下的用水缺口将更大。黄河支持流域社会经济 发展的功能已到极限。 黄河缺水已给沿河地区社会经济的正常运转带来巨大压力。2 0 0 3 a ，黄河流域用水告 急，以发电、蓄水、泄洪为主的黄河上游第大水电站龙羊峡电站库容逼近死水位( 距 离死水位不到4 m ) ，青海、甘肃两省是“富电省”，在黄河干流上，有7 座梯级电站由于 黄河水少，水电站发电量锐减，两个省出现“电荒”。青海已由鼓励用电变为拉闸限电。 农业是黄河上的用水大户，建国初期，黄河流域引黄灌区只有8 0 1 0 4 h a ，可目前， 灌区面积己达7 2 0 x1 0 4 h a 。仅宁蒙灌区灌溉面积就有1 1 9 1 0 4 h a ，农业用水占总用水量 的9 0 ，预计到2 0 1 0 a 全流域的灌溉面积将增加到7 7 3 5 x 1 0 4 h a ，农业用水达4 8 4 x 1 0 s m 3 。 黄河缺水将给农业生产带来巨大影响，在干旱的2 0 0 3 a ，黄河上游河套地区农业用水缺口 中国科学院硕士论文：黄河源区求资源对气候变化的响应 高达4 0 x1 0 8 m 3 ，仅宁夏就有2 0 1 0 4 h a 得不到灌溉。 黄河流域的城市与工矿企业供水范围涉及所经省( 区) 的8 个省会城市、1 7 个地( 市) 及3 3 7 个县( 旗、市) ，1 9 8 0 s 初年耗水量3 3 9 3 1 0 8 翔3 ，到1 9 9 5 a 增至7 6 x1 0 3 ( 席家治 等，1 9 9 6 ) ，随着流域内经济后发的崛起，未来一个时期，城镇和工矿企业用水还会增加， 有预测至2 0 1 0 a 时将达2 1 6 1 0 8 m 3 。如此，更加重了流域缺水的负担，全流域即使河川径 流与地下水联合调度，尚有超过4 0 7 0 l o m 3 的缺水量。 缺水还使黄河维持自身生态平衡功能大幅衰减。由于沿黄地区社会经济发展用水大量 挤占下游输沙用水，黄河河道输沙缺水最高年份达5 0 1 0 8 m 3 ，主河槽输沙功能急剧降低 ( 陈维达，2 0 0 1 ) ，部分入海泥沙也被淤积在河槽里，出现了“悬河中的悬河”景况。一旦发 生较大洪水，极易产生直冲大堤的横河、斜河，可能造成黄河大堤的溃决。在黄河入海口， 由于近年来黄河入海水量大减，三角洲造陆功能衰退，海岸线蚀退加快，海水出现倒灌。 黄河多泥沙的特性，使其比任何一条清永河流断流所造成的危害都大。黄河下游两岸 太堤之内滩区面积约3 1 5 5 k a n ：，黄河沉降在河床及滩区的多为粗颗粒泥沙，一旦黄河长期 断流，黄河下游河道滩地有可能变为一条巨大的“沙龙”，干风季节，黄沙四起，沿岸土壤 将面临沙化威胁。“维持黄河生命基本水量”在黄河水量利用中，已是刻不容缓。 1 1 2 黄河源区水资源变化的研究意义 黄河径流量的9 0 来源于上、中游( 蔺生睿，1 9 9 9 ) ，在上游，主要来水区域为兰州以 上流域( 朱晓原，1 9 9 9 ) ，黄河在这一段流经青藏高原，地高天寒，冰雪融水补给较多，植 被覆盖率较高，蒸发量小，干流径流量较大，其径流量占全流域的5 4 。兰州至河口镇 水量减少，这是由于引黄灌溉，蒸发旺盛，耗水过大，同时又无支流加入等原因造成的。 黄河干流上游唐乃亥水文站以上的地区( 也称黄河河源区，) ，跨越四川、青海和甘肃 三省，其流域面积1 2 2 x1 0 4 1 a n 2 。占腐河流域面积7 5 2 1 0 4 k i n 2 的1 6 2 。唐乃亥是黄 河源头地区的总出口，所有的来水都通过这里流向下一站龙羊峡水库。区内水网发达， 支流众多，雪山、冰川、草原、湖泊、湿地广布，是黄河兰州以上的主要产流区。根据 1 9 5 6 - 2 0 0 0 a 水文系列，这一区域年均降水量4 8 5 9 m r a ，多年平均天然径流量2 0 0 3 1 0 8 m 3 ， 折合年径流深1 6 8 2 m m ，径流系数o 3 5 ，其径流量占兰州站径流量的6 4 4 ，占黄河流域 总径流量5 8 0 0 1 0 8 m 3 的3 7 ，其径流深与径流系数比全流域均值高出l 倍还多。同时 由于区域地广人稀，目前耗水量不足2 o 1 0 8 m 3 ，由此可见也是黄河的主要产流区之， 2 第一章：绪言 素有黄河“水塔”之称。 唐乃亥以上地区目前虽然规划有特合土、官仓、门堂、羊曲等1 3 座水电站，以后可 能开发的水力资源更多，但截止现在均未实施因此唐乃亥以上区域受人类活动的影响较 小，唐乃亥水文站的数据没有受水库调度和河外引水的干扰，较为准确地反映了黄河源区 的水资源受气候变化影响的状况。所以，论文研究区域选在唐乃亥以上区域( 以下称黄河 源区) ，见图1 1 。 在进入1 9 8 0 s 后，黄河源区气候暖干化倾向比较明显，经常出现极为反常的连年干旱 天气，河流湖泊千涸现象十分严重，原本星罗棋布的高原湖泊现在大多数已面积缩小甚至 消失。在进入1 9 9 0 s 以来，区域来水量明显减少。1 9 9 0 s ( 1 9 9 0 1 9 9 9 a ) 的l o a 问，年平 均径流量减少了1 3 4 , - - 2 9 7 ，比1 9 6 0 , - - 1 9 8 9 a 问平均径流量减少了1 8 0 - - 4 1 6 ；阿尼 玛卿山冰川面积由1 9 9 0 a 的1 6 6 k m 2 ，退缩为2 0 0 0 a 的1 3 1 4 h m 2 ( 张国胜2 0 0 4 ) 。气候变 化与人为因素的共同作用，对黄河源区水资源产生了严重影响。 黄河源区水资源的变化，对全河水资源的开发、利用、配置和管理影响巨大，对流域 水资源的可持续利用和沿河经济的快速发展有着决定性的作用。随着气候变化的影响，源 区产水条件和水资源形势发生明显变化，因此加强对河源区水文水资源的监测和演变规律 研究，提出应对措施就显得非常必要和迫切。 图1 - 1 研究区范围示意图 中国科学院硕士论文：黄河深区水资源对气候变化的响应 1 1 3 黄河源区气候变化的研究意义 近几十年来，世界上很多重大研究项目，如人与生物圈计划( m a b ) ，国际地圈生物圈 计划( i g b p ) 、全球变化和陆地生态系统( g c t c ) 、全球变化政府间委员会( 1 p c c ) 等都直接 或间接地涉及到全球气候变化的研究内容。通过这些研究促进了相关科学的发展和现代技 术的进步。目前在世界范围开展的全球气候变化的研究，已经带动了一大批基础学科( 如 生态学、生物学、地学、大气化学等) 的发展、相互渗透和交叉。并发展起一个新兴的科 学领域一即全球变化科学，研究的对象是岩石圈、大气圈、水圈、冰冻圈和生物圈等各 系统内部以及各系统之间的相互作用，研究的内容不断地深入和细致，首先是从认识气候 系统基本规律的纯基础性研究为主，逐步发展到与人类社会可持续发展密切相关的一系列 生存环境实际问题的研究，其次是研究人类活动对环境变化的影响，扩展到研究人类如何 适应和减缓全球气候的变化。为此，各国的科学家在温室气体与温室效应、气候系统的演 变与预测、气候系统变化与人类活动、气候变化对生态的影响、大气臭氧层和臭氧洞、全 球碳循环、冰川、洪涝、干旱、气候变化与荒漠化、沙尘暴、太阳风暴、减缓气候变化的 经济分析、全球水循环与水资源、自然灾害与全球变化等逐多领域从多尺度、全方位、多 层次角度研究全球变化对人类生存和可持续发展带来的影响。 黄河源区处于被称为“世界第三极”的青藏高原，是青藏高原冰冻圈的主要组成部分 ( 王根绪，2 0 0 1 ) ，其生态环境体系属于中国环境脆弱性分区的青藏高原高寒干旱带，以冻 土为基质的高寒草甸与湿地生态是区域水文循环和水资源形成的自然资源基础。气候变 化，尤其是气温和降水对区域生态系统( 水、土、大气、植被等环境因子的有机结合) 影 响巨大。对气候暖湿变化的敏感性将促使区域冰川大量融化，冰川末端退缩，尤其是冻土 环境的变化，更使植被根系土壤水分减少、表土干燥、沼泽疏干，从而改变了水资源形成 的自然物质基础。 1 2 国内外相关研究的进展 1 2 1 对气候变化方面的研究 i 2 1 1 水汽输送的研究 青藏高原地区远离海洋，并有地形阻隔和高大山体屏障，但盂加拉湾和我国东南方诸 海域，仍是汛期的主要水汽源地。王云璋( 1 9 8 1 ) 对黄河中上游地区的早涝不同年份的天 4 第一章：绪言 气系统进行对比，发现从北半球西风带、东亚槽、西太平洋副热带高压等在内的天气系统 都有变化。崔玉琴( 1 9 8 6 ) 通过对宁夏、甘肃、青藏高原东部、内蒙古西部的3 5 6 场大降 水过程统计研究得出，包括青藏高原在内的西北地区，通过降水补给地表水资源的空中水 汽的源地，主要是孟加拉湾( 或阿拉伯海) ，占总数的4 6 6 ，其它源地：南海占2 4 4 ， 黄海与东海交界地带占2 3 3 ，海拔在4 0 0 0 m 以上的地区，水汽主要来自西南方与西方。 可见对青藏高原的不同地区。水汽在低层和高层的来源是不同的，在低层，西太平洋暖湿 气流沿副离南缘向西输送，在横断山脉受偏南气流影响北上到达川西，然后借助高原东部 边缘的东南气流向黄河上游输送：在高层( 5 0 0 h p a ) 则是由西南气流携带印度洋孟加拉湾 上空的水汽翻越喜马拉雅山后向高原内陆输送( 蓝永超，丁永建等，2 0 0 4 ) 。当水汽由西南方 入流，其源地多是孟加拉湾，此水域上空，大气中的水汽比之其它水域都为丰沛。 水汽由源地进入青藏高原上空由天气系统卷挟进入。从气候意义上说，我国大陆上空 的水汽主要从南边界输入，从东边界输出( 刘国纬，周仪，1 9 8 5 ) ，我国青藏高原的水汽入境 的天气系统主要有印度季风低压、季风低槽或盂加拉湾热带气旋( 崔玉琴，1 9 8 6 ) 。徐祥德 等人采用立体“箱形”结构和n c e p 再分析方法，发现源区南、北边界层水汽与源区降水 呈显著相关，这说明黄河源区水汽主要来自南、北边界侧。从现在学者研究的结果来看， 黄河源区与青藏高原水汽主要来自盂加拉湾比较统一，但到底其它水汽来自何方，来自北 方还是馥南方尚有不同结论。 1 2 i 2 对气温变化的研究 据2 0 0 1 ai p c c 第三次发布的科学报告，近百年来全球平均地表温度自1 8 6 1 a 以来持 续上升，2 0 m 已上升0 6 ，2 0 出增幅最大的两时期为1 9 1 0 1 9 4 5 和1 9 7 6 2 0 0 0 a 。而位于 北半球的中纬度商海拔的青藏高原的气候变暖尤其令人瞩目。 以施雅风院士为代表等根据近十年来我国西部气候与径变化的特征，提出我国西部气 候由暖干化向暖湿化转型( 施雅风2 0 0 3 ) 。认为全球变暖驱动复杂的水循环变化，可能导 致近十几年来西北大部分地区气候环境悄然发生重大变化，出现降水与径流增加，冰川消 融加速，湖泊水位上升，植被有所改善的现象( 施雅风，丁永建等，2 0 0 3 ) 。现在比较统一的 观点是：青藏高原年平均气温整体上表现出增高的趋势。李道峰( 2 0 0 3 ) 采用倾向系数法、 距平曲线法和y a m a m o t o 法研究后认为：气温年际变暖的趋势以黄河河源区中部的果洛站 变化最大，倾向系数达到0 0 4 5 ，如将黄河河源区气候划分为四个冷暖期，玛多站1 9 8 9 a 和1 9 8 7 a 气温发生突变，若尔盖站在1 9 8 5 a 气温发生突变。年内气温变幅最大的为冬季， 中国科学院硕士论文：黄河深区水赉源对气候变化的响应 其次为夏季和秋季。江河源区近4 0 a 来以o 1 9 1 0 a 的平均速率升高( 周立，2 0 0 4 ) ，远 高于我国和世界平均约0 0 6 1 0 a 的升温速率，与1 9 5 0 s 相比，1 9 9 0 s 的气温升高了 0 4 - 0 8 1 2 。对黄河源区的气温上升幅度的研究有很多不同的数值，黄荣辉( 2 0 0 4 ) 对黄 河源区的气象和水文资料分析结果认为：此流域气温在1 9 6 ( b - 7 0 s 相对偏冷，1 9 8 0 - - - 9 0 s 偏 暖，气温上升明显，相对于1 9 6 0 s ，气温上升约1 0 。中科院蓝永超( 2 0 0 4 ) 研究员的 研究结果认为：1 9 6 0 年以来该流域内各气象站气温平均上升了0 6 3 1 2 ，平均上升速率为 o 1 4 1 2 1 0 a 。河海大学郝振纯以吉迈站为例提出该区近5 0 a 来气温攀升0 7 ，与蓝永超等 人的结论相近，但他提出的年平均上升o 0 2 1 2 ，与他自己提出的总变化幅度相比，似乎有 些偏大。 黄河源区草原的严重退化是环境恶化的综合指标，但是对造成该区草地退化的主要原 因，是以气候变化为主，还是以不合理的放牧利用为主，在本世纪之前，一誊有着不同的 看法( 陈全功，2 0 0 4 ) 。但随着甘肃草原生态研究所和中科院寒早所“西部生态环境演变与 水土资源可持续利用研究”项目和其它相关研究项目( 2 0 0 0 ) 的开展，大多数的观点逐渐 认为：江河源区植被退化及生态环境的恶化，其主导因素是气候变化。近年来的江河源区 气候暖干化是生态环境变化的主要驱动力，不合理的人类活动加剧了气候变化对源区生态 环境的影响。 气候变化影响着黄河上游生态系统的演替，反过来，生态系统的持续逆向演替，会对 地气系统的热量交换和水气传送，即改变大气环流和高原季风，其后果不堪设想。区 域地表温度的上升，将降低海洋水汽与大陆的温差，进而减弱东亚季风环流( 周立) ，夏 季雨带难以推进到青藏高原腹地甚至我国的北方。气候变暖将加速c 0 2 的释放，加剧温 室效应。 1 2 1 3 对降水、径流变化的研究 从1 9 6 0 - 2 0 0 3 a 间，黄河上游流域降水变化并不明显，在1 9 6 0 s 初1 9 7 0 s 初降水相对 偏少，1 9 7 0 s 中1 9 9 0 s 初降水相对偏多，徐祥德分析“箱形”各侧边界水汽输送与源区降 水的相关关系，揭示出黄河源区域夏季降水存在1 0 a 尺度突变转折点，即在1 9 6 9 1 9 7 0 a 为降水由递减变化转递增趋势转折点，这一点与黄荣辉等人的研究结论虽然在时间点上不 是完全吻合，但总的趋势是一致的。结论基本相同。 青海省气象局的李林等( 2 0 0 0 ) 人，分析了1 9 6 1 a 以来青藏高原的气候变化后发现： 该地区年平均降水量及秋季降水量无明显变化，且年际间的波动趋于缓和，冬季( 1 2 2 6 第一章：绪言 月) 和春季( 3 5 月) 降水量的变化呈现逐年增多的趋势，气候倾向率分别为2 6 m m 1 0 a 和3 。6 m m 1 0 a ；夏季