...安地区雾霾日数及气象因素变化规律分析王珊.pdf
高云 郭维华
摘要：新疆和田河流域环境脆弱，径流极易受气候变化的影响。基于此，通过对和田河典型站点1980-2013年间的数据资料分析得出：同古孜鲁克站年降水量总体呈现明显增加趋势，增加率为18 mm/（10a），降水量发生两次突变，1993年突变发生以后年降水量呈现减少趋势，2001年发生第二次突变，突变发生之后降水量呈增加趋势；年平均气温呈0.232 ℃/（10a）的上升趋势，2007年出现最高气温，最低气温出现在2012年；年日照时数以倾向率为21.5 [JP2]W/（m2·（10a））的速度趋势减少；年径流量以23.5×107 m3/（10a）的速率在增加；径流与前期气温的相关性强于降水。
关键词：气候变化；全球变暖；径流变化；小波分析；半干旱荒漠区
中图分类号：P333文献标志码：A文章编号：
16721683（2018）02008706
Abstract：
The environment in Hetian river basin is fragile.The runoff is extremely vulnerable to climate changes.Through the analysis of data from 1980 to 2013，we found that the annual precipitation at Tong Gu Zi Lu Ke station showed a significant increasing trend at a rate of 18 mm/（10a）.The annual average temperature was increasing by 0232 ℃/（10a）.The highest temperature appeared in 2007；the lowest temperature appeared in 2012.The annual sunshine hours were decreasing at a rate of 215 W/（m2·（10a））.The annual runoff was increasing at a rate of 235×107 m3/（10a）.The runoff had a stronger correlation with antecedent temperature than precipitation.
Key words：climate change；global warming；runoff variation；wavelet analysis；semiarid desert area
和田河是塔里木河的主源之一，发源于昆仑山和喀喇昆仑山北麓，以冰川融水补给为主[1]。随着全球变暖，近30年来新疆和田河流域也出现了气候变暖的趋势，这将对水文水资源产生重大影响[213]。其上游径流量的变化直接关系到和田绿洲及南疆塔河流域用水的安全性及生态稳定性[1416]。深入开展气候变化对和田河径流量影响研究，对促进和田流域绿洲经济发展，实现区域水资源可持续利用，维护和改善绿洲内的生态环境具有重要的现实意义[1725]。
本文采用同古孜鲁克站水文站1980-2013年气象及径流资料进行分析研究，该站点设置在和田河东支玉龙喀什河出山口处，由于该地区人口稀少，受人类活动影响小，接近天然径流，因此出山径流的变化主要受气候变化的影响，该支流属于冰雪融水及高山降水混合补给型河流，年径流主要受气温及山区降水的影响，因此，降水量、气温、日照等重要气象要素的时空分布在一定程度上决定了径流量的变化[2627]。
1分析方法
由于和田河上游径流主要产生于受人类活动影响较少的山区，平原基本不产生径流，出山径流的变化反映了气候因素影响下天然径流的变化。本文针对同古孜鲁克站34年的逐月径流、降水、气温、日照资料，运用距平、5 a滑动平均、趋势分析法[7，9]详细分析了和田河流域径流、降水、气温、日照时数的年内分配以及年际变化规律，运用MannKendall突变检验[16]分析其突变特征，采用Morlet小波分析法[19，21]进一步识别了径流及关键气候要素的周期演变特征，并研究气候变化对和田河上游径流量的影响。
2径流量及气象要素的变化规律
2.1径流量的变化规律
2.1.1时间变化规律
图1为1980-2013年同古孜鲁克站逐年径流量距平的时间变化过程。可以看出，年径流量的最大正距平值为1264×107 m3，出现在2010年，最大负距平值为-850×107 m3，出现在1993年；20世纪80年代至90年代末为年径流量的偏少期，进入21世纪以后径流量有明显的增加趋势。
2.1.2突变检验
为了检验同古孜鲁克站年径流量随时间的变化有无突变的显著性发生，采用了MannKendall突变检验（此后简称MK突变检验）。图中UF曲线的值大于零表明该要素序列呈上升趋势，小于零则表明呈下降趋势；当其值超过临界线（-196和196）时，说明变化趋势显著，通过了a=0.05显著性水平检验；UF和UB曲线的交点即为突变点。根据图2所示，第一次突变发生在2004年，发生突变之后序列呈现增加趋势，表明21世纪初该站水资源短缺现象有所缓解，但增加趋势未超过95%显著水平。
2.1.3周期分析
為了分析同古孜鲁克站年径流量变化的振荡周期，本文利用Morlet小波变换，将同古孜鲁克站1980-2013年的年径流量序列的频率特征在时域上展现出来。图3清晰地反映了序列各种周期的强弱和分布情况，小波系数为正时，表示可利用降水量相对偏多，为负时表示相对偏少。由图可见，该站存在12～15 a左右的年代际周期和5 a左右的年际变化周期。12～15 a左右的年代际周期在20世纪90年代至21世纪初较强烈，5 a左右的周期在20世纪80年代至90年底明显，之后减弱。
2.2降水量的变化规律
2.2.1时间变化规律
图4给出了同古孜鲁克站1980-2013年降水量的时间分布，年降水量的多年平均值为757 mm。由图4可看出20世纪80年代至90年代初期降水量呈增加趋势，在1987年、1993年出现过较大的降水过程；20世纪90年代中至末期出现34年来降水量最少的年份，最小值出现在1997年，值为106 mm；进入21世纪后年降水量呈增加趋势，大部分年份降水量高于多年平均，2010年出现34年来最大的降水量，值为2158 mm。
2.2.2突变检验
为了进一步明确年降雨量的突变时段，对同古孜鲁克站1980-2013年的年降水量进行了MK突变检验（图5）。根据图5中两条曲线在临界值之间的交点位置，可以确定第一次突变发生在1993年，突变发生以后年降水量呈现出明显的减少；2001年发生第二次突变，突变发生之后降水量呈增加趋势。
2.2.3周期分析
为了明确年降水量的周期性，利用Morlet小波变换分析了同古孜鲁克站1980-2013年的年降水量序列的频率特征。由图6可见，20世纪80年代至90年代末3～5 a左右的小尺度周期存在，进入21世纪之后振荡中心在8～10 a左右的时间尺度表现强烈，15 a的年代际变化周期贯穿整个研究时期。
2.3气温的变化规律
2.3.1时间变化规律
图7为同古孜鲁克站年平均气温随时间的变化规律。由图可见，近34年来同古孜鲁克站年平均气温呈线性增加趋势，增加率为0232 ℃/10a，多年平均气温為1269 ℃，近34年来的最高气温出现在2007年，比多年平均偏高112 ℃，最低气温出现在2012年，值为117 ℃。
2.3.2突变检验
图8为同古孜鲁克站年平均气温突变检验分布，可以确定该站年均气温在1989年发生突变，1989年之后UF线有明显的上升趋势，特别是2001年之后气温增高更显著。
2.3.3周期分析
图9为同古孜鲁克站1980-2013年的年平均气温序列的小波分析图，从图可看出该站年平均气温的年际变化最强的信号是2～3 a和6～10 a的周期振荡。其中20世纪90年代之后8 a左右的周期振荡最明显，年代际尺度周期主要是25 a左右。
2.4日照的变化规律
2.4.1时间变化规律
图10为同古孜鲁克年日照时数序列随时间的变化情况。由图可见，近34年来该站日照时数总体上呈线性减少趋势，减少率为215 W/（m2[KG-*2]·[KG-*4]（10a）），多年平均日照时数为2 5833 W/m2，近34年来的最强[JP3]日照时数出现在1997年，值为3 0701 W/m2，最低日照时数出现在1995年，比多年平均偏低4038 W/m2。
2.4.2突变检验
图11为同古孜鲁克年日照时数的MK突变检验分布。由图可知，该站年日照时数在1982年发生过突变，发生突变之后UF线有明显的减少趋势，特别是1985年之后日照强度减少更显著，2002年之后逐渐进入增加趋势，但2011年之后又呈现减少趋势。
2.4.3周期分析
图12为同古孜鲁克1980-2013年的年日照时数序列的Morlet小波分析图，该站年日照时数6～8 a左右的年际变化周期贯穿整个研究时期。3 a左右的周期在20世纪80年代至90年代中期较明显，之后不稳定，年代际尺度的周期不显著。
3气象要素对径流量的影响
为了明确气候变化对研究区径流量的响应，通过单相关系数法对年径流量与降水、气温、日照进行相关分析，用t检验来考察其显著程度，选定信度α=005后从t分布表中查出相应的ta，当|t|>ta时，认为在这一信度下两者间相关性显著，否则认为不显著，从中挑选出对年径流量影响显著的因子。
由于当年的逐月实测径流量不仅受当年各项气象因子的影响，前期气象因子对其也可能具有一定的影响，因此分析同期径流量与气象要素之间的相关性时，还应分析其与错开1年和2年的气象要素的滞后效应。分析年径流量与同期气象要素相关关系时，资料长度n=34，α=005时，ta=1691，γa=0339；年径流量与前1年的各气象要素相关关系时，资料长度n=33，α=005时，ta=1691，γa =0334；年径流量与前2年的各气象要素相关关系时，资料长度n=32，α=005时，ta =1694，γa =0349。
表1为同古孜鲁克站年径流量与同期及前期降水、气温之间的相关系数。由表可以看出，年径流量与同期以及前期降水量呈线性正相关，但只有年径流量与同期年降水量、夏季降水量以及提前1年的夏季降水量之间的正相关性均通过显著性检验，其余季节降水对年径流量影响不大（未通过显著性检验）；年径流量与同期的气温呈正相关，但未通过α=005的显著性检验，提前1年春季、夏季、秋季气温与年径流量的相关系数分别为0614、0515、0578，均通过α=005的显著性检验，说明年径流量与之明显的正相关性；提前1年前三个季节气温与径流量的相关系数比夏季降水量的相关系数更大，表示前期气温对径流量的影响比降水更大；年径流量与同期和前期日照时数的相关性分析发现，同期秋季日照时数和提前1年冬季日照时数对年径流量影响显著。
4结论
同古孜鲁克站年降水量呈现出明显的增加趋势，增加率为18 mm/（10a），存在3～5 a、8～10 a和15 a左右的震荡周期，而平均气温呈以0232 ℃/（10a）的上升趋势，进入21世纪后气温先降低后增高，最后呈现出降低趋势，年日照时数则呈现出以倾向率为215 W/（m2·（10a））的速度减少趋势，20世纪80年代至21世纪初日照时数呈现出逐渐减少趋势，虽然21世纪10年代中末期呈现出略微增加趋势但之后又进入减少状态，1982年发生过突变，存在3 a、6～8 a左右的周期。通过进一步的分析发现径流与前期气温的相关性强于降水，气温升高对径流的影响高于降水增加的影响，前期气温增加会加快冰雪融化，对径流量产生直接的影响。
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