台兰水文站气候变化分析

台兰水文站气候变化分析

根据国家间气候变化委员会（ipcc，2007）的评估报告，（1）世界人均表温在100年前（1906年至2005年）增加了0.56-0.92。预测的结果表明，21世纪末的世界平均气温可达到1.10-60。（2）在印度支那半岛的旱干区，年流量将减少10%-30%，干旱影响区域的面积将进一步扩大。台兰河发源于西南天山托木尔峰南麓,最终注入塔里木盆地,主要为平原区的灌区和易垦荒地以及粮、棉、油等种植业的发展提供水资源保障,同时担负着向下游塔里木盆地生态输水的重要任务。在全球气候变化的背景下,该区域水文气象要素是否发生改变直接影响着当地的经济发展。因此,研究水文气象要素的变化特征有着实际的意义。1当前分工和数据选择1.1台兰河上游的自然知识产权台兰河流域位于新疆阿克苏地区温宿县境内,地理位置位于东经80°21′44〞-81°10′44〞,北纬40°41′44〞-42°15′13〞之间。流域总面积为5146km2,其中山区面积为1324km2,平原区的面积3822km2。台兰河上游由大台兰河、小台兰河在距出山口前8km处汇合后称台兰河,流向自北向南,全长90km,为一典型内陆河,是一独立水系。台兰河流域共发育现代冰川115条,冰川总面积431km2,其中长度超过10km的冰川有4条,总面积达307.7km2,冰川储量73.132km3,平均雪线海拔4290m。流域内布设有台兰水文站、小台兰气象站以及塔格拉克气象站(见图1、表1)。1.2主要气象站点的选择台兰水文站是国家基本水文站,测站建设及资料整编严谨科学,数据资料可靠;小台兰以及塔格拉克气象站是依托2010年水利部公益项目由新疆水文水资源局负责建设,由于上述2个气象站点在2011年才建设好,其所获资料不能足够反映该流域水文气象要素的变化情况,而台兰水文站有50多年的资料,故选用台兰水文站的资料作为分析依据。2学习方法2.1比例自由度降低滑动平均法是一种基础的趋势拟合方法,相当于一个滤波器消弱数据系列的独立性,使数据序列的自由度降低,从而显示其变化趋势。数据滑动处理后变幅的程度与滑动平均的阶数k有关,滑动平均的阶数k越大,数据序列中保留的信号越少,反之亦然。其公式为:式中:yt——新序列值;k——阶数,当k=2时,为5点滑动平均,当k=3时,为7点滑动平均;2.2u3000研究对象的变化Mann-Kendall趋势检验法是一种非参数统计检验方法,其优点是不需要样本遵从一定的分布,也不受少数异常值的干扰,能够客观地表征样本序列的整体变化趋势,计算也较简便,且具有检测范围宽、人为影响小、定量化程度高的特点。M-K统计检验方法可定义如下:式中:Zc为统计意义的趋势评价值;S为统计时间序列中有区别的值的个数,其计算公式为:式中:Xi、Xj——均为研究的时间序列值;n——数据资料的时间长度。Sgn(Xj-Xi)的公式为:随机序列si(i=1,2,…,n)近似地服从正态分布,当数据序列长度n≥8时,方差如下所示:式中:m——相同数的个数;ti——第i个组的资料个数。当-Z1-a/2≤Zc≤Z1-a/2时,表示研究对象没有变化趋势,其中±Z1-α/2表示在显著性水平α下,标准正态分布中值为1-α/2时的统计值。取α为0.05,±Z1-α/2=±1.96。若Zc值大于0,则表明序列呈上升趋势,小于0则表明呈下降趋势。当他们超过临界值时,表明上升或下降趋势显著,如若超过显著性α=0.05的临界值时,则说明趋势变化显著。3分析的结果3.1降水量和径流基于台兰站1957-2010年多年月平均资料,由图2可以看出多年平均气温在7月份达到最高为21.9℃,在1月份最低为-9.6℃;多年月平均降水量在7月份最大为36.2mm,在12月份最低为3.65mm;径流也在7月份达到最高为74m3/s,在2月份最低为4.3m3/s。径流的年内分配与降水和气温在时间上基本是同步的,从夏季到冬季的变化趋势基本一致,在春季随着降水的明显增多,径流并没有明显增加,而是在气温升高后才呈现出增多的趋势,由此也可说明:在春季气温是导致径流增加的主要因素。3.2基于滑动平均法对研究区水文元素变化的分析3.2.1服务上升幅度根据台兰水文站1957-2010年的月降水量资料,多年平均降水量为182.6mm。由图3可见,降水量在这54年间上升下降趋势交替出现,用5年滑动平均法对资料进行处理可发现总体呈现出缓慢上升趋势,上升幅度为1.08mm/a。从图3中还可发现1973年以前降水量围绕多年均值变幅不大,但1973年以后波动加剧,由此可知降水量年际变幅增大,但多年平均值基本稳定。汛期(6-9月)降水量的变化趋势与年降水量的变化趋势呈现出很好的同步性,汛期多年平均降水量为116mm,约占全年总降水量的64%。汛期降水量的最大值出现在1981年为255.4mm,占同年全年降水量的78.5%,高出汛期平均降水量139.4mm(120.1%),最低值出现在1986年仅为34.4mm,占同年全年降水量的32.8%,比汛期平均降水量低81.6mm(70.3%)。3.2.2缓慢上升态势根据台兰水文站1957-2010年的月平均气温资料,多年平均气温为8.7℃,总体呈现出缓慢上升趋势,上升幅度为0.5℃/10yr。由图4可知,气温在这54年间的变化情况可以分为两个阶段即:1957-1980年的缓慢下降阶段和1981-2010年的快速上升阶段。3.2.3均流量的变化规律根据台兰水文站1957-2010年月均流量资料,将年平均流量及5年滑动平均流量绘于图5,从图中可以发现:1957-1980年有缓慢下降的趋势,1981-2000年上升趋势相对较明显,2001-2010年又有明显的下降趋势,总体来看有上升的趋势,上升幅度为0.0015(m3/s)/a。3.3春季与春季的时代变化利用台兰水文站各水文气象要素资料,通过M-K趋势性检验,将结果绘制于表2,从表中可发现降水在春季有着明显减少的趋势,而在夏、秋、冬季有着增大趋势,其中秋季增大趋势显著,从全年角度来看增大趋势也较明显;气温在四季以及年的时间尺度上都呈现出显著的上升趋势,其中秋季变化最为显著;径流四季都有上升的趋势,其中春季由于降水有着明显减少的趋势而气温呈显著上升趋势,说明在春季径流的补给主要来自积雪消融,而在夏秋冬季,降水和气温对径流都起到一定的影响,其中秋季由于降水与气温上升趋势明显增加,导致径流也呈现出显著上升趋势。4文化景观要素在时间尺度上的变化利用台兰水文站1957-2010年水文气象月平均资料分析发现:降水量年际变幅增大,但多年平均值基本稳定,总体有着上升的趋