分析昆仑山北坡跟和田河夏季流量变化和它流域内0℃层高度,500 hpa气温、出山口降水量变化。结果显示:近56年来,昆仑山北坡0℃层高度呈下降趋势,夏季平均流量、500 hPa温度、出山口降水呈上升趋势。采用M-K突变检验、累积距平等方法,对夏季平均流量、0℃层高度、500 hPa气温和山区降水量进行突变分析,结果显示:1978年和田河夏季平均流量、昆仑山北坡0℃层高度发生了突变,出山口降水量在1987年发生突变,500 hPa气温在1979年发生突变。和田河流域夏季500 hPa温度上升、出出山口降水增多是和田河夏季平均流量增大的主要原因。 The changes of summer discharge on the Northern Slope of Kunlun mountain and Hotan river and their responses to 0˚C layer height, 500 hPa temperature and precipitation at the mountain pass were analyzed. The results show that in the past 56 years, the 0˚C layer height on the Northern Slope of Kunlun mountain shows a downward trend, while the average summer discharge, 500 hPa temperature and precipitation on the mountain pass show an upward trend. Mann-Kendall mutation test and cumulative anomaly method were used to analyze the mean summer discharge, 0˚C layer height, 500 hPa air temperature and mountain precipitation. The average summer discharge of Hotan river and the 0˚C layer height on the Northern Slope of Kunlun mountain were abrupt in 1978, the precipitation at mountain pass was abrupt in 1987, and the temperature at 500 hPa was abrupt in 1979. The increase of 500 hPa temperature in summer and the increase of precipitation at the mountain pass are the main reasons for the increase of the average discharge of Hotan river.
分析昆仑山北坡跟和田河夏季流量变化和它流域内0℃层高度,500 hpa气温、出山口降水量变化。结果显示:近56年来,昆仑山北坡0℃层高度呈下降趋势,夏季平均流量、500 hPa温度、出山口降水呈上升趋势。采用M-K突变检验、累积距平等方法,对夏季平均流量、0℃层高度、500 hPa气温和山区降水量进行突变分析,结果显示:1978年和田河夏季平均流量、昆仑山北坡0℃层高度发生了突变,出山口降水量在1987年发生突变,500 hPa气温在1979年发生突变。和田河流域夏季500 hPa温度上升、出出山口降水增多是和田河夏季平均流量增大的主要原因。
和田河,夏季平均流量,0℃层高度,出山口降水量,500 hPa气温,突变,响应
Ayixiamu·Maimaitituoheti, Yusufu·Abula*, Guzhalinuer·Ainiwaer, Ayixiamuguli·Maimaiti
Hetian Meteorological Bureau, Hotan Xinjiang
Received: Aug. 15th, 2022; accepted: Sep. 13th, 2022; published: Sep. 20th, 2022
The changes of summer discharge on the Northern Slope of Kunlun mountain and Hotan river and their responses to 0˚C layer height, 500 hPa temperature and precipitation at the mountain pass were analyzed. The results show that in the past 56 years, the 0˚C layer height on the Northern Slope of Kunlun mountain shows a downward trend, while the average summer discharge, 500 hPa temperature and precipitation on the mountain pass show an upward trend. Mann-Kendall mutation test and cumulative anomaly method were used to analyze the mean summer discharge, 0˚C layer height, 500 hPa air temperature and mountain precipitation. The average summer discharge of Hotan river and the 0˚C layer height on the Northern Slope of Kunlun mountain were abrupt in 1978, the precipitation at mountain pass was abrupt in 1987, and the temperature at 500 hPa was abrupt in 1979. The increase of 500 hPa temperature in summer and the increase of precipitation at the mountain pass are the main reasons for the increase of the average discharge of Hotan river.
Keywords:Hotan River, Mean Summer Discharge, 0˚C Layer Height, Precipitation at Mountain Pass, The 500 hPa Temperature, Mutation, The Response
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全球变暖导致区域水循环变化、水资源时空分布的改变,甚至影响区域生态环境和社会经济的发展。和田河位于塔里木盆地最南缘,上游发源于昆仑山,和田河流域面积约48,870 km2。刘时银 [
选取和田地区气象站1961~2016年夏季零度层高度,500 hPa高空气温、和田河上游(乌鲁瓦提和同古孜洛克)站的夏季平均流量和降水量资料。1) 夏季0℃层高度,500 hPa气温、夏季平均流量、夏季山区降水量标准化处理;2) 线性趋势倾向系数由最小二乘法求的;3) 先由每日两次的探空资料求平均得到的日平均和月平均值,再由其求季平均来定0℃层平均高度;4) 利用两河夏季月平均流量资料求平均得到季平均,再由其求为和田河夏季平均流量;5) 5年滑动,累积距平值、M-K突变检验方法。
和田河近56a夏季平均流量呈微弱的线性递增趋势(图1),1961~2016年递增率0.186 m3s−1·(10a)−1在56a中,有35a为负距平,21a为正距平。从1961年开始夏季平均流量的变化可分4个阶段:1961~1965年枯水阶段,1966~1981年丰水阶段,1982~2009年枯水阶段,2010~2016年丰水阶段。1961年夏季平均流量最大,为336.8 m3s−1,偏多为118.9 m3s−1,1965年为最小,为108.3 m3s−1,偏少为101.24 m3s−1,2010年以来夏季平均流量增加趋势非常明显。
图1. 和田河夏季平均流量标准化序列曲线图
夏季0℃层高度升降是干旱区影响河流径流量变化的一个至关重要因素。夏季0℃层高度上升(下降)使高山区冰川环境温度升高(降低),暴露在0℃层之下的冰川积增大(缩小),致使冰川消融加剧(减缓),物质积累减少(增加),冰川融水径流增加(减少),最终影响到出山径流量的变化 [
图2. 和田夏季0˚C层高度标准化序列曲线图
和田河上游山区(乌鲁瓦提和同古孜洛克水文站)近56a夏季标准化降水量和5年滑动变化如(图3)可以看出,山区降水量总体呈上升趋势,以1.27 mm·(10a)−1的倾向率增加。降水量在1961~1987年以负距平为主,1987~2016年正负距平出现次数相当,但到2010年开始降水量不但增加趋势明显,而且降水变率增大显著。1968~1974年,1987~1994年、2010~2016年为偏多阶段;1961~1967年、1975~1986年、1995~2009年为偏少阶段。夏季降水量最大出现在2010年,为113.4 mm,偏多74 mm,最小出现在1985年,为1.3 mm,偏少38.1 mm。
图3. 和田河上游山区夏季标准化降水量变化曲线图
张鲜鹤分析中国冰川高度结构特征中指出 [
由图4看以出,和田河流域和田市夏季500 hPa高空平均气温近56a总体呈上升趋势,其变化率0.114℃·(10a)−1,高空气温变化趋势与地面气温变化趋势一致。5年滑动曲线反映出1968~1973年,1992~2001年、2010~2016为偏暖阶段;1961~1967年,1974~1991年、2002~2007年为偏冷阶段。其峰点是1994年(平均气温为−5.0℃,距平1.7℃),谷点是1965年(平均气温为−8.3℃,距平−1.6℃)。
图4. 和田地区夏季高空500 hPa气温标准化序列曲线图
M-K非参数检验法对时间序列突变点的定义,UF和UB交点处在置信线之间(图5),而随后UF线超过置信线,交点被认为有突变发生。由(图5)可见,1961~1967年UF线在零线以下振动,夏季流量偏枯阶段,1968~1974年UF曲线零线以上,夏季流量偏丰阶段,夏季流量偏丰阶段。UF曲线与UB曲线1978年以前多次相交,之后UF曲线下降趋势十分明显,自1979年以来UF下降趋势显著;和田河夏季平均流量自1961年来1978年发生了突变由丰到枯的。
图5. 和田河夏季平均流量M-K突变检验
应用M-K非参数检验法分析和田市夏季0℃层序列,1961~1963年UF线位于零线以下(图6),1964~1968年UF线零线以上,1993年超过信度线。表明;从1969年以来零度层高度不断下降,下降倾向占优势。UF曲线从1979年开始下降趋势十分明显。夏季0℃层高度在1978年发生了由高到低的突变。
图6. 和田地区夏季0℃层M-K突变检验
1963~1970年UF线在零线以下振动,表示夏季降水量偏少阶段,1971~1978年间UF曲线以上(图7),表示夏季降水量偏多阶段,UF曲线与UB曲线1975年以前多次相交,UF曲线从1978年开始下降趋势十分明显,从1979~2002年夏季降水量明显下降,UF曲线自2003年起呈上升趋势。因此,可以认为自1961年以来夏季降水量在1987年发生了突变。
由(图8)可见,1961~1968年UF线在零线以下,高空500 hPa气温偏低阶段,1969年开始UF曲线零线以上高空500 hPa气温偏高阶段。UF曲线与UB曲线1980年以前多次相交,之后UF曲线上升趋势十分明显,于1994年超过0.05显著性水平,自1961年以来和田河夏季平均流量在1979年发生了突变。
图7. 和田河夏季降水量M-K突变检验
图8. 和田夏季高空500 hPa气温M-K突变检验
累积距平曲线(图9)显示,夏季和田河平均流量和山区降水量1971年以前变化具有明显的同位相特征,与0℃层高度的变化有明显的反位相特征。1979年为转折点,1979~2009年累积距平曲线持续下降,平均流量,山区降水量和零度层高度呈减少趋势;平均流量,山区降水量和零度层高度的变化表现出同位相变化特征,2010~2016年累积距平曲线持续上升,呈上升趋势显著。
为了分析不同气候典型年夏季和田河流域0℃层高度,500 hPa高空气温、和田河夏季平均流量、夏季山区降水量,设定气候典型年的基本条件为:夏季平均流量,出山口降水量、高空500 hPa气温和0℃层高度标准化距平大于1.0的年份为偏多(偏高),距平小于−1.0的年份为偏少(偏低);距平大于2.0的年份为异常偏多(偏高),距平小于−2.0的年份为异常偏少(偏低)依此选定和田河流域夏季典型的异常偏高、异常偏低和异常偏多、异常偏少年。
图9. 夏季标准化流量,夏季标准化零度层高度和山区降水量累积距平曲线
以这个标准得到了夏季流量2个异常偏多年份(1961,1978年),1个异常偏少年份(1965年);1961、1978、1994年零度层高度异常偏高,1974、1989年异常偏低,山区降水量4个异常偏多年份(1972、1974、2010、2012年)没有出现异常偏少年份;1978、1994年高空500 hPa气温异常偏高,1965年异常偏低;标准化流量,高空500 hPa气温的典型异常年份与0℃层高度异常年份十分相似,而山区降水量异常偏多年集中在20世纪70年代和2010、2012年。陈亚宁 [
1) 1961~2016年,和田河属冰雪融水补给型河流,夏季流量以0.186 m3s−1·(10a)−1的倾向率递增、和田市0℃层高度以14.63 gpm·(10a)−1的倾向率递减,山区降水量以1.27 mm·(10a)−1的倾向率增加,500 hPa气温以0.114℃·(10a)−1倾向率增加。
2) 1978年和田河夏季平均流量、夏季高空0℃层高度在发生突变,1987年山区降水量在发生突变,1979年500 hPa高空气温发生突变,突变前后平均流量、0℃层高度有明显差异。
3) 夏季0℃层高度与夏季流量和500 hPa高空气温均正相关,相关系数分别为0.664、0.738,均通过0.01信度显著性检验;夏季流量与山区降水量存在负相关,相关系数−0.25,相关性较差,没有通过0.01的显著性水平。
4) 和田河夏季流量对和田地区0℃层高度的变化都有很好的响应。
新疆少数民族科技人才特殊培养计划基金项目(2017D03026)唯一资助。
阿依夏木•买买提托合提,玉苏甫•阿布都拉,阿依夏木古丽•买买提,古扎丽奴尔•艾尼瓦尔. 昆仑山北坡和田河夏季流量对气候变化的响应Response of Hotan River Summer Flow to Climate Change on the Northern Slope of Kunlun Mountains[J]. 气候变化研究快报, 2022, 11(05): 788-795. https://doi.org/10.12677/CCRL.2022.115081