气候变化对水资源的影响.doc

气候变化对水资源的影响*收稿日期：基金项目：云南省自然科学基金(编号:2009CD053);国家重点基础研究发展计划973项目(编号:2003CB415105)资助作者简介：主要从事水文学与气候学方面的研究.1. 云南师范大学旅游与地理科学学院, 云南 昆明 650092; 2. 国立新加坡大学地理系, 新加坡 119260; 云南财经大学气候变化与流域管理中心, 云南 昆明 650221摘要：气候变化作为全球最为严峻的环境问题引起了国际社会的普遍关注。本文以实测数据为研究基础，以气候变化影响的脆弱区-西南纵向岭谷区内的长江上游龙川江、澜沧江上游黑惠江和红河上游盘龙河三个流域为例，探讨了中国西南纵向岭谷区的气候变化及其水资源效应，研究结果表明：(1) 在全球气候变化的背景下，研究区的气温和降水都发生了变化；(2) 气温的变化较降水变化更为明显，最低气温的升高趋势比最高气温的升高趋势更为显著；(3) 对于降雨而言，研究区主要呈现出增加的趋势，枯水期的升高趋势总体较汛期更为明显一些；(4) 在气温和降雨均发生了变化的条件下，地表水资源状况也发生了相应的变化，这种变化必将影响区内的自然生态系统和人类经济社会系统。关键词：气候变化；水资源；影响；长江；澜沧江；红河文献标识码： 气候变化已经成为21世纪世界最重大的环境问题之一，愈来愈引起国际社会和各国政府的高度重视和广泛关注1,2。联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)在其最新一次次评估报告指出:(1) 19062005年全球地表温度的线性趋势为0.740.18，从18501899年到20012005年总的温度增加了0.760.19；(2) 近50年的变暖率(0.130.03/10年)几乎是过去100年的两倍；(3) 2005年和1998年是自1850年器测全球地表温度记录以来最暖的两年，最近12年中(19952006年)有11年位列1850年以来最暖的12个年份之中(1996年除外)3。从国内来看，中国国家气候变化国家评估报告指出在过去的100年内，中国大陆地区地表年平均气温增加约0.5-0.8，20世纪中国气候变化与全球变暖的总趋势基本一致。今后气候变化的速度将进一步加快，很可能在未来50年至80年使全国平均温度升高2至3，平均降水量虽然会增加7至10，但并不能改变干旱化的趋势，特别是北方干旱化的趋势4。西南纵向岭谷区由于其特殊的地理环境使之成为亚洲大陆生物物种南来北往的主要通道和避难所，而高山也成为生物东西交流的阻隔，是全球生物多样性最丰富的地区之一和世界级的基因库5。受到全球气候变化的影响，区内生态环境受到严重威胁，对其进行研究显得极为迫切。1. 研究区及数据使用纵向岭谷区地处祖国西南边陲，涵盖了云南省的大部分，四川省和西藏自治区的一部分（图1）。位于元江-红河、澜沧江-湄公河、怒江-萨尔温江和伊洛瓦底江4条国际大河的上游，金沙江从区内东北部穿过，本区域与缅甸、老挝、越南三国毗邻，与泰国、柬埔寨和印度相近，是我国西南与东南亚极为重要的生态廊道。本研究选择龙川江流域（属于金沙江流域）代表滇中、滇东北中山宽谷地貌的气候、水文环境类型，黑惠江流域（属于澜沧江流域）以代表滇西高原河谷和滇西北高山峡谷的气候、水文环境类型，盘龙河流域（属于红河流域）代表滇南、滇东南喀斯特山原气候、水文环境类型。三个研究流域的气候类型、水资源状况复杂多样，较好地反映了纵向岭谷区气候与水资源的具体情况。此外，龙川江流域选择干流黄瓜园水文站以上段，黑惠江流域选择干流羊庄平水文站以上段，盘龙河流域选择干流龙潭图 1 研究区地理位置Fig.1 The location of study area寨水文站以上段为研究区。三个流域的面积分别是5560km2、4353km2和3128km2。龙川江流域使用的水文数据来源于黄瓜园国家基本水文站，年限范围是19542001年，气候数据来源于流域内7个气象站，时间尺度是19602001年；黑惠江流域水文数据来源于羊庄平国家基本水文站，年限范围是19612002年，气候数据来源于流域内6个气象站；盘龙河流域水文数据来源于龙潭寨国家基本水文站，气候数据来源于流域内7个气象站。三个流域的单站点气象数据经过泰森多边形法转换为流域面上数据。研究中用Spearman和M-K方法来检验气候和水文要素变化趋势及显著性水平6。2. 气温及降水变化状况IPCC评估报告认为，气候变暖带来的最大威胁是气温上升和降水减少造成的缺水，以及由此所带来的一系列影响3。从全球范围来看，几乎所有地区的气温都呈现出上升的趋势，且高纬度地区较低纬度的升幅大，陆地较海洋的升幅大。而降水没有统一的模式，但总体而言，在时空分布上将发生变化，水文极端事件的发生频率将会更为频繁，由此带来的损失也将更为严重。纵向岭谷区兼受到西南季风、东南季风和高原季风的影响7，在全球气候变化的趋势下，气温和降水都发生了变化。2.1 气温变化图 2 气温及降水量变化状况(a 年均气温 b 最高气温 c最低气温 d 年降水量 e 汛期降水量 f 枯水期降水量)Fig.2 Changes in temperature and precipitation conditions(a Average annual temperature;b Highest temperature; c Lowest temperature; d Annual precipitation; e Precipitation in flood season; f Precipitation in dry season)从研究区的分析结果来看，气温呈现出了变暖为主的变化趋势。从图1a中可以看出，自1955年以来，三个流域的实测年均气温都为升高趋势，对年均气温进行Spearman和M-K趋势显著性检验后可以看出，三个流域年均气温的升高趋势都达到了显著的水平（见表1）。从最高和最低气温的变化趋势来看，三个流域都呈现出变暖的趋势，并且黑惠江和盘龙河的趋势都达到了显著的水平。此外，从图1b、1c和表1中也可以看出，尽管三个流域最高与最低气温都呈现出升高的趋势，但最低气温升高的幅度比最高气温更为明显，这与全球的趋势一致。与纵向岭谷区其它区域的成果进行比较后可以得知，呈现出这种变化趋势除了受到全球变暖的影响外，还受到纵向岭谷区高大山脉与河谷通道-阻隔效应的影响。2.2 降水变化降水是全球气候变化中的一个重要因素，从全球范围来看，大陆的降水变化较海洋更大，中低纬地区变化较高纬小。从研究区的分析结果来看，自1955年以来，三个流域的降水量也发生了年内和年际间的变化（见图2d、e、f和表1）。可以看出：龙川江流域的年降水量、汛期降水量和枯水期降水量都呈现出升高的趋势，并且年降水量和枯水期降水量的升高趋势均达到了显著的水平；黑惠江流域年降水量和汛期降水量有微弱的减少趋势，枯水期降水量有增加的趋势，但都没有达到显著水平；对于盘龙河流域，年降水量和枯水期降水量有增加的趋势，而汛期降水量有减少的趋势，但是没有达到显著的水平。表 1 研究区气温及降水变化状况Tab.1 The changes of temperature and precipitation in study area内容流域资料年限临界值临界值变化趋势显著性年均气温龙川江196020011.342.011.421.96升高显著黑惠江196120023.012.013.061.96升高显著盘龙河195820055.012.014.221.96升高显著最高气温龙川江196020010.142.010.021.96升高不明显黑惠江196120022.592.012.061.96升高显著盘龙河195820052.702.012.621.96升高显著最低气温龙川江196020010.372.010.451.96升高不明显黑惠江196120022.662.012.761.96升高显著盘龙河195820053.162.012.791.96升高显著年降水量龙川江196020012.092.012.071.96升高显著黑惠江19612002-0.642.01-0.751.96降低不明显盘龙河195820050.132.010.211.96升高不明显汛期降水量龙川江196020011.682.011.571.96升高不明显黑惠江19612002-1.912.01-1.821.96降低不明显盘龙河19582005-0.562.01-0.591.96降低不明显枯水期降水量龙川江196020012.412.012.371.96升高显著黑惠江196120020.432.010.471.96升高不明显盘龙河195820050.792.010.801.96升高不明显注：指Spearman统计量；指M-K统计量。研究结果表明，在全球气候变化的背景下，研究区的气温和降水都发生了变化。并且气温的变化较降水变化更为明显，最低气温的升高趋势比最高气温的升高趋势更为显著。对于降雨而言，研究区主要呈现出增加的趋势，枯水期的升高趋势总体较汛期更为明显一些。从年降水量、汛期降水量和枯水期降水量的变化趋势来看，龙川江流域在未来气候变化趋势下，洪涝灾害可能会更为严峻，而黑惠江和盘龙河流域，汛期降水量有减少的趋势，而枯水期降水量则有增加的趋势。由此看来，两个流域的春季干旱可能会得到一定程度的缓解。3. 地表径流变化状况研究区径流量的补给主要来源于大气降水，从上文的分析中可以看出，区内气温及降水量已经发生了变化，这必然导致地表径流量的相应调整。从三个流域的年径流量变化趋势分析结果可知（图略），除了龙川江流域呈现出增加的趋势外，黑惠江和盘龙河流域都呈现出了减少的趋势。对三者的变化趋势进行Spearman和M-K检验检验后得知，均达不到显著的程度（见表2）。从汛期径流量（68月）的变化趋势来看，龙川江流域呈现出了升高的趋势，而黑惠江和盘龙河流域则呈现出减少的趋势。就枯水期径流量（122月）变化状况而言，龙川江和黑惠江流域呈现出减少的趋势，而盘龙河流域则呈现出微弱的增加趋势。对汛期和枯水期径流量的趋势性进行检验后可以看出，三个流域均未达到显著的水平（见图3和表2）。图 3 地表径流量变化状况(a 汛期径流量 b 枯水期径流量 c 春季平水期 d 秋季平水期)Fig.3 Changes in runoff (a Flood season runoff; b Dry season runoff; c Spring-flow period; d The fall-flow period)从平水期的径流量变化来看，在春季平水期（35月），研究区三个流域的径流量都呈现出增加的趋势，但都达不到显著的水平。在秋季平水期（911月），龙川江和黑惠江径流量呈现出了增加的趋势，而盘龙河流域则呈现出减少的趋势。同样，这种趋势也还达不到显著的水平（见图3和表2）。表 2 研究区地表径流量变化状况Tab.2 The changes of runoff in the study area内容流域资料年限临界值临界值变化趋势显著性年径流量龙川江195420010.512.010.391.96升高不明显黑惠江19612002-0.462.01-0.511.96下降不明显盘龙河19512005-0.822.01-0.821.96下降不明显汛期径流量龙川江195420010.212.010.081.96升高不明显黑惠江19612002-1.022.01-1.111.96下降不明显盘龙河19512005-0.272.01-0.191.96下降不明显枯水期径流量龙川江19542001-1.192.01-1.481.96下降不明显黑惠江19612002-0.412.01-0.351.96下降不明显盘龙河195120050.322.010.291.96升高不明显春季平水期径流量龙川江195420010.282.010.241.96升高不明显黑惠江196120020.882.010.651.96升高不明显盘龙河195120050.132.010.041.96升高不明显秋季平水期径流量龙川江195420010.602.010.551.96升高不明显黑惠江196120020.052.010.041.96升高不明显盘龙河19512005-1.392.01-1.431.96下降不明显注：指Spearman统计量；指M-K统计量。影响地表径流的形成与变化的主要因素为气候因素、流域下垫面因素和人类活动因素。同类研究表明，受纵向岭谷区年降水量变化的影响，区内河流的年径流量变化也主要表现为偏大趋势，将对流域内水利工程建设产生影响8,9。从本文的研究结果中可以看出，纵向岭谷区径流量的变化在不同的流域有不同的体现，但总体而言支持上述研究结果。4. 结论与展望在全球气候变暖的背景下，世界上绝大多数地区的地表温度都呈现出升高的趋势。本文研究区内的气温和降水也发生了相应的变化，且气温的变化较降水变化更为明显，最低气温的升高趋势比最高气温的升高趋势更为显著。对于降雨而言，研究区主要呈现出增加的趋势，枯水期的升高趋势总体较汛期更为明显一些。在气温和降雨均发生了变化的条件下，地表水资源也发生了相应的变化，年径流量龙川江流域呈现出增加的趋势，而黑惠江和盘龙河则呈现出减少的趋势，汛期和枯水径流量中，除了龙川江流域在汛期和盘龙河流域在枯水期为增加趋势外都为减少倾向，平水期三个流域均主要呈现出增加的趋势，这些趋势与该区降雨量的变化趋势具有一致性，是水资源对气候变化的一种响应。气候变化带来了一系列的关联效应，如水资源、生态系统、土壤侵蚀、生物多样性等方面都会受到影响，涉及到自然生态系统和社会经济系统，关系着人类的生存和发展。由于全球变暖对人类的影响不可逆转，对其适应、减缓与防范的科学研究与具体措施应同时进行，这对于生物多样性极为丰富而生态环境却很脆弱的中国西南纵向岭谷区而言尤为重要。参考文献1 张利平,陈小凤,赵志鹏.气候变化对水文水资源影响的研究进展J.地理科学进展,2008,27(3):60-67.2 刘昌明,刘小莽,郑红星.气候变化对水文水资源影响问题的探讨J.科学对社会的影响,2008,(2):21-27.3 IPCC. 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In this paper, based on the measured data, the climate change and its water resources effects for Longitudinal Range-Gorge Region in south-west of