葉爾羌河流域近60年極端水文氣象變化特征分析

米熱古麗·麥麥提

(新疆喀什水文勘測局,新疆 喀什市 844000)

葉爾羌河流域位于新疆的西南部,屬于典型的大陸季風(fēng)氣候,干燥少雨[1]。當(dāng)前,在全球氣候變暖的大背景下,水循環(huán)時(shí)空變化特征受氣候變化影響了引起流域內(nèi)極端水文事件變化頻次較大,旱澇急轉(zhuǎn)變化周期縮短[2]。相關(guān)研究成果表明[3-6],極端高溫和降水事件很難準(zhǔn)確預(yù)測,使得區(qū)域水循環(huán)事件受下墊面影響更為復(fù)雜。因此氣候變化對區(qū)域極端水文氣象事件的影響研究意義較大。IPCC報(bào)告表明全球氣候變暖背景下各地區(qū)降水和蒸發(fā)量都將呈現(xiàn)較為顯著的變化,從而使得區(qū)域極端水文氣象事件發(fā)生的頻率不斷增加[7]。近些年來,新疆地區(qū)極端水文氣象事件受全球氣候變化影響呈現(xiàn)顯著遞增變化[8-11],尤其是受氣候變化影響新疆南部葉爾羌河流域高山區(qū)冰川融雪變化最為敏感。葉爾羌河流域?qū)τ谛陆喜康貐^(qū)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展十分重要,為對其氣候變化影響下流域極端水文氣象特征進(jìn)行系統(tǒng)分析,結(jié)合流域內(nèi)卡群和庫魯克欄桿水文站近60年以來水文氣象觀測數(shù)據(jù),對各站點(diǎn)日最高、最低氣溫、日最大降水、日最大徑流量變化特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì),分析這些要素的變化特征,研究成果對于葉爾羌河流域氣候變化影響下區(qū)域水資源調(diào)配和水旱災(zāi)害防御措施的制定提供重要的參考價(jià)值。

1 研究方法及資料

對于水文氣象要素長度為n的樣本序列而言,其隨時(shí)間變化的回歸方程為:

X=at+b

(1)

式中:a為變化趨勢的斜率;b為縱軸截距。降水、氣溫每10 a的變化幅度可將變化趨勢的斜率乘以10得到其值。值若為正值,表示為遞增趨勢,若為負(fù)值,表示為遞減趨勢。本文選用葉爾羌河流域卡群和庫魯克欄桿水文站作為研究站點(diǎn),結(jié)合各站點(diǎn)1960-2020年水文觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,氣象數(shù)據(jù)為各水文站點(diǎn)附近氣象站點(diǎn)的氣溫統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

2 研究區(qū)域概況

葉爾羌河流域位于新疆的南部地區(qū),流域集水總面積為8.58萬 km2。西風(fēng)環(huán)流所攜帶的大西洋水汽是葉爾羌河流域降水影響的主要因素,途徑地中海等區(qū)域補(bǔ)充水汽來源,若遇到冷空氣從中亞進(jìn)行新疆地區(qū)后形成較強(qiáng)降水天氣。葉爾羌河流域降水量呈現(xiàn)明顯垂向地帶分布變化規(guī)律,年降水量達(dá)到600 mm以上的區(qū)域主要位于葉爾羌河流域冰川雪線附近。東部麥蓋提縣年降水量最低僅為30 mm,流域降水量從北向南,從東向西逐步遞增,降水量隨著海拔高度每增加100 m相應(yīng)增加6 mm,降水量受氣候特點(diǎn)影響主要集中在每年的5-8月。葉爾羌河流域年平均氣溫為8.7℃,氣溫晝夜溫差較大。雪冰融雪補(bǔ)給是葉爾羌河流域徑流主要補(bǔ)給來源,冰川融雪量在夏季較高,冬季徑流變化較為穩(wěn)定。

3 研究成果

3.1 日最高氣溫變化特征

結(jié)合卡群站和庫魯克欄桿站附近氣象站點(diǎn)氣溫觀測統(tǒng)計(jì)資料,對各站點(diǎn)1960-2020年日最高氣溫進(jìn)行統(tǒng)計(jì),統(tǒng)計(jì)結(jié)果分別如表1和表2所示。

表1 庫魯克欄桿站日最高氣溫變化特征

表2 卡群站日最高氣溫變化特征

從庫魯克欄桿站和卡群站日最高氣溫統(tǒng)計(jì)結(jié)果可看出,兩個(gè)站點(diǎn)不同年代際的日氣溫均值都呈現(xiàn)明顯遞增變化,最高氣溫遞增率分別為0.36℃/10a(卡群站)和0.456℃/10a(庫魯克欄桿站)。此外本文還采用M-K非線性趨勢顯著性檢驗(yàn)方法分別對卡群站和庫魯克欄桿站不同年代際日最高氣溫的變化趨勢進(jìn)行統(tǒng)計(jì),當(dāng)統(tǒng)計(jì)值高于1.28,則表明數(shù)據(jù)系列呈現(xiàn)顯著性變化,從兩個(gè)站點(diǎn)不同年代際變化趨勢統(tǒng)計(jì)值可看出,其變化趨勢統(tǒng)計(jì)值均低于1.28,但均為正值,表明庫魯克欄桿站和卡群站日最高氣溫總體呈遞增變化,但遞增趨勢均不顯著。兩個(gè)站點(diǎn)在不同年代際日最高氣溫總體變化相對較為穩(wěn)定,未出現(xiàn)明顯的突變特征。

3.2 日最低氣溫變化特征

在卡群站和庫魯克欄桿站不同年代際日最高氣溫統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上,對各站點(diǎn)不同年代際日最低氣溫進(jìn)行統(tǒng)計(jì),并對各年代際日最低氣溫變化趨勢進(jìn)行統(tǒng)計(jì),結(jié)果分別如表3和表4所示。

表3 庫魯克欄桿站日最低氣溫變化特征

表4 卡群站日最低氣溫變化特征

從庫魯克欄桿站和卡群站日最低氣溫變化特征可看出,各站點(diǎn)日最低氣溫總體變化相對較為穩(wěn)定,變化趨勢統(tǒng)計(jì)值均小于0.01,總體呈現(xiàn)弱遞減變化,最低氣溫遞減率分別為-0.08℃/10a(卡群站)和-0.10℃/10a(庫魯克欄桿站)。卡群站日最低氣溫變化趨勢顯著性要弱于庫魯克欄桿站。從各年代際兩個(gè)站點(diǎn)日最低氣溫分布可看出,2000年以后,庫魯克欄桿站和卡群站日最低氣溫有所遞增,存在一定突變特征變化。

3.3 日最大降水變化特征

結(jié)合庫魯克欄桿站和卡群站1960-2020年日降水統(tǒng)計(jì)資料,分別對葉爾羌河流域內(nèi)兩個(gè)典型代表站點(diǎn)近60 a的日最大降水均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì),統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表5和表6所示。

表5 庫魯克欄桿站日最大降水均值統(tǒng)計(jì)結(jié)果

表6 卡群站日最大降水均值統(tǒng)計(jì)結(jié)果

從庫魯克欄桿站和卡群站1960-2020年日最大降水統(tǒng)計(jì)結(jié)果可看出,日最大降水均呈現(xiàn)遞增變化,遞增率分別為2.75 mm/10a(卡群站)和1.73 mm/10a(庫魯克欄桿站)。卡群站日最大降水變化趨勢要高于庫魯克欄桿站,兩個(gè)站點(diǎn)近60 a以來日降水變化趨勢統(tǒng)計(jì)值低于0.01,呈現(xiàn)弱遞增變化。從不同年代際庫魯克欄桿站和卡群站日最高降水變化分布可看出,不同年代際兩個(gè)站點(diǎn)日最大降水均值總體變化較為穩(wěn)定,未出現(xiàn)明顯的突變年份。

3.4 年最大徑流變化特征

在氣溫和降水極值分析的基礎(chǔ)上,結(jié)合庫魯克欄桿站和卡群站1960-2020年徑流觀測數(shù)據(jù),對其近60 a以來年最大徑流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,分析結(jié)果如表7和表8所示。

表7 庫魯克欄桿站年最大徑流量統(tǒng)計(jì)結(jié)果

表8 卡群站年最大徑流量統(tǒng)計(jì)結(jié)果

從庫魯克欄桿站和卡群站1960-2020年最大徑流量統(tǒng)計(jì)結(jié)果可看出,近60 a來葉爾羌河流域兩個(gè)代表水文站年最大徑流量總體呈現(xiàn)弱遞增變化,這主要是受葉爾羌河流域降水量和冰川融雪徑流量遞增影響,但從90年代以后各站點(diǎn)年最大徑流量總體有所下降。近60 a以來,年最大徑流量遞增率分別為0.024×108m3/10a(卡群站)和0.015×108m3(庫魯克欄桿站)。庫魯克欄桿站和卡群站各年代際徑流量總體變化較為平穩(wěn),未出現(xiàn)明顯的突變特征。

4 結(jié)語

(1)近60 a以來,葉爾羌河流域日最高氣溫總體呈現(xiàn)遞增變化,受夏季日最高氣溫影響,使得葉爾羌河流域汛期發(fā)生融雪型洪水的頻率增多,汛期洪峰流量有所增大。

(2)近60 a以來,葉爾羌河流域降水極值變化顯著性較弱,汛期極端降水頻次總體較低,區(qū)域汛期洪水主要受極端氣溫升高影響程度較大。

(3)葉爾羌河流域近60 a以來,年最大徑流受融雪徑流量的增加總體呈現(xiàn)遞增變化,各站點(diǎn)年最大徑流量和洪峰流量具有較好的相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)總體可達(dá)到0.5左右。