长江流域年径流变化及其与降水和气温的关系外文翻译资料

 2022-12-26 19:08:25

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长江流域年径流变化及其与降水和气温的关系

摘要：本文分析了1960 - 2007年长江上游水文站巴塘站年均季节径流变化趋势。研究了径流与降水和温度条件的关系，并根据累积温差（ATD）指数，针对冰川融水重新冻结过程对长江流量的影响进行了考察。发现在1960年至2007年间，巴塘站的年径流量不稳定。1960年至1980年，尽管空气温度显着升高，降水稳定，但平均降幅为14.4立方米/年。有人认为，年冰川径流量产生可能由ATD控制，而不是由直接的空气温度影响。季节性分析表明，秋季和冬季，ATD可能对春季和夏季影响径流影响较大。本文的研究可能有助于了解水文气候条件如何影响寒冷地区的径流产生。

关键词：气温，年径流，变化趋势，冰川径流代，长江

研究区介绍：长江流域长达三千三百公里，长江是中国最大，最长的河流，也是全球第三长的河流。 长江上游位于中国西南青藏高原唐古拉山连锁高峰6,621米高的格拉丹东山以西。河流从西向东流经青海，西藏，四川，云南，四川，湖北，湖南，江西，安徽，江苏以及上海等城市，最终排入东海。

在气候变化背景和人为因素增加的背景下，水资源状况发生了一些变化。 水资源的变化趋势和范围因地而异，一般取决于当地非常复杂的反馈机制和许多相互关联的因素，人力活动如城市化，土地开垦和水资源项目开发也对不同规模的水资源状况不断变化。

有许多研究调查了气候变化和人类活动对长江流域不同地区水文气候和水资源状况的影响。正式来说，宜昌水文站以上的分水岭地区被称为长江上游地区，面积约为1.0times;106平方公里。 Su等人发现，长江上游年平均最高和最低气温1960年至2002年均呈现良好趋势，冬季平均最低气温最强。 Liu 等人从1960年到2007年，长江上游年平均实际蒸散量有轻微的下降趋势。关于降水，研究表明在长江上游地区，1960 - 2004年间，1 - 3月和7月月降水量显着正趋势，其他月份均未发现统计学意义上的显着性趋势，这与姜先生以前的工作相一致。根据1960-2005年降水资料，张等人发现，长江流域特别是1975年以后，极端降水增强，这相当于统计学上显著增加的无雨天数、降低雨天和显着增加的降水强度。

关于径流，zhang等人发现年度最大流量呈下降趋势，而过去130年内长江上游年平均最大水位呈下降趋势，年最大水位发生频次随时间逐渐增加。zhang等人发现在长江上游的年度最大流量与厄尔尼诺 - 南方涛动（ENSO）之间得出结论：年度最大流量在较长时间内受气候变率的影响较大。它受短期内人类活动的影响.Xu等人应用基于地貌的分布式水文模型（GBHM）模拟长江上游自然径流，1961 - 2000年秋季夏季洪水泛滥和秋季缺水。 Wang等人分析了上游每日长江流域年内变化情况，得出降水不是排放变率的来源。杨等人根据长江三角洲水文站（宜昌，汉口，大同）1865 - 2008年的月流量数据发现8月至11月的年排放量和月排放量显着下降趋势，旱季1月和2月排放趋势呈上升趋势。这些趋势主要归因于人类的影响，特别是水库建设和用水量，在融雪/冰川径流方面也是尤为突出，Chen 等人发现，长江上游的冰川和湖泊在过去几十年的规模和储水量方面都有所减少。它们的收缩可能会严重影响春季的融水供应，这对旱季排放非常重要。

另外，Woo等人和徐等人分析了气候和水文事件的未来预测，以评估气候变化对长江上游的潜在影响，由于热浪时间较长，预计该地区夜间温暖的次数更加频繁。21世纪下半叶的温度和降水极端事件将比上半年更为明显; 冬季低潮不会改变，但由于气候变化情景下的降水量增加，夏季高流量可能会增加。

一般来说，上述大多数上述长江上游水资源状况的研究主要集中在降水或者径流变化趋势。几乎没有将降水和温度数据与流量数据相关联以调查径流变化与水文气候条件的关系。长江源自青藏高原，一般寒冷，冰川封闭，长江水源不仅包括降水（降雨和冰雹），还包括冰川融化水。据估计，长江上游的冰川总面积约为880平方公里。虽然与整个长江流域（1.8times;106平方公里）相比，这个冰川面积非常小，但冰川对于不断维持长江径流尤其是最上游地区起着重要的作用。长江流域自青藏高原气候条件非常敏感，易受全球变暖影响，因此，探索冰川的影响是有意义的。

藤田等讨论了一种称为“冰川融水重新冻结”的现象。这种现象是指一个变化过程，其中冰川融化水的一部分由于非常寒冷的天气再次被再次冷冻，然后它可以从冰川地区流出，成为流中的径流，导致径流减少。这种现象可能是冰川中的热能储存最终控制着冰川或雪堆融化速度的一个事实。这种热能储存不仅与当前的空气温度有关，而且与先前的空气温度有关。

在其他领域，热能储存的理念已经很成熟。Heikinheimo＆Lappalainen使用有效温度和（ETS）代表热能储存，并解释了11种植物分类群中花蕾爆发发生的空间和时间变化。ETS简单地定义为：

其中Tj是一定时间段j的空气温度，Tbase是基线或临界温度。

Hakola等人研究表明，ETS可以用于预测异戊二烯的排放的启动以及来自桦树的萜烯的释放。渡边等人根据有效温度的总和分析了水稻季节和年际变化对水稻CH4排放的温度影响。袁和兰采用日常有效温度的总和作为土壤热能储存指标，研究温度对植物发育和生长的影响。Umber等人应用热量来确定要出口的新的香蕉杂交种的最佳收获阶段，热油也被称为ETS（肯尼和哈里森）。然而，就冰川融水的再冻结现象而言，特别是当一个地区正在经历连续非常寒冷的时期的数量时，可能是冰川中的热能量消耗（即负热能储存）发挥作用。

假设冷型冰川一年的热能赤字由累计温差（ATD）表示。 从ETS指标的意义来看，ATD指数定义为：

其中i和j代表时间（年），Tj是年份j的空气温度，Tbase是基线或临界温度，c是0到1之间的值的常数。等式（1）可以应用于其他给定的时间间隔， 例如一天的一天。

在等式（1）中，ATD应该取负值作为热能量的指数。c值越大，前期空气温度的影响越长。当c = 0时，ATDi = Ti Tbase意味着前期的温度将不会对该地区目前的能源短缺造成任何影响。 此外，距离当前时间更远的时间，当前时间对ATD的温度贡献越少。给定c和Tbase的值，可以通过使用等式（1）从观测的空气温度时间序列计算任何气象站的ATD。

本文旨在分析长江流域长江流域年径流变化趋势，并研究年径流系数与年降水和气温条件的关系。首先分析1960 - 2007年间长江上游一个水文站的年径流变化情况。这个水文站名叫巴塘，距离长江起点约2000公里，集水面积为180,054平方公里（见图1）。其次，对同期多个气象站观测到的年平均气温和年平均气温进行了分析。第三，通过多元线性回归，我们研究年径流量与年平均气温和年平均气温的关系，重点关注冰川湿地冻结对长江流域径流的影响。除了径流，降水和空气温度的年平均数据外，季节性数据也用于进行趋势分析和多元线性回归。最后，提供了结果和结语的讨论。

数据：

有人提到，长江上游地区位于青藏高原。由于气候和地形条件非常恶劣，维持气象站或水文站长期持续测量天气或水文变量这个地区是一个非常重要的任务。该地区最早的气象水文测量台仅在20世纪50年代建立，而长江中下游水文观测始于早在八八年代。即使如此，青藏高原的这些站也能保证不间断的观测时间，因为偶尔出现诸如地震和滑坡等因素。例如，2010年4月14日，青海省玉树地区属于青藏高原地区，是长江上游地区的一部分。地震的登记量为6.9。地震二千多人，基础设施遭到破坏。

长江流域年径流时间序列是从八卦水文站到1960-2007年期间。巴塘水文站（东经99W010，纬度29W460）位于长江金沙江段（见图1）。 距离平均海平面高出2,425米，巴塘站距离长江流域起点有2000公里，集水面积180,054平方公里，是长江全流域的集水区。 从图1可以看出，巴塘站以上的集水区似乎有一个狭窄的羽毛形状。

（五台梁，屯河，库马莱，玉树，德格等）选择了八埠水文站以外的五个气象测量站，见图1，主要是因为1960-2007年径流年间连续年降水量和年平均气温观测。注意，气象台位于青海玉树地区，2010年4月14日发生地震。表5列出了这5个气象站的基本情况。所有五个站位于平均海平面以上三千米以上。五台梁站除了长江以外，平均分布在台湾。特拉华大学气候和降水数据库的气候数据已被应用于展示气候空间变化。长江上游1960 - 2007年间平均年降水量和空气温度的空间变化如图2和图3所示，表明这五个气象测量站的降水和空气温度不足以反映高于上述分布区域的区域气候模式八达水文站点。

方法：

MK趋势检验法

Mann-Kendall测试是广泛使用的非参数测试之一，用于评估水文气象时间序列趋势的意义。用于检测巴塘水文站径流时间序列，五个气象站降水和温度时间序列的趋势。排名趋势测试如下。Fora时间序列X = {x1，x2，...，xn}，测试统计量S被定义：

在零假设下，数据是独立的，相同分布的，统计量S对于大的n趋于正态，其均值和方差由下式给出：

趋势的意义可以通过将等式（6）中的标准变量ZMK与期望的显着性水平alpha;的标准正态变量进行比较来测试。

多变量线性回归:

采用多元线性回归分析，建立长江流域径流系列与气候条件之间的关系。 降水和空气温度。 方法被定义：

其中Q是径流; P和T是降水和空气温度的值; b0是一个常数项; bk回归系数; 和e模型的错误项。

F检验用于检验回归方程的显着性。 采用确定系数R2评估模拟精度。 这个指标通常用于评估水文模型效率。

结果：

巴塘站年径流分析

1960年至2007年期间巴塘站观测到的年平均径流时间序列如图4所示。这一时期的平均年径流量为902 m3 / s，深度为158 mm。 如图4（a）所示，它的变化趋势是通过使用加权线性最小二乘法和二次多项式模型的局部回归方法得出的，或者是通过Locally Weighted Scatterplot Smoothing（LOESS）方法。年径流时间序列的趋势曲线类似于扁平V型，即从1960年到1980年，径流有明显的下降趋势，其次是1981 - 2007年期间略有增长的趋势。

对于1960 - 2007年，1960 - 1980年和1981 - 2007年的年径流系列，Mann-Kendall试验进行了分析，以检测时间序列的趋势（表2）。线性回归分别出现，结果如图4（b）所示。可以看出，对于1960 - 1980年间的年径流量，确实有统计学意义的下降趋势。 平均下降幅度为14.4立方米/年。在1981 - 2007年期间，检测到不显着的增长趋势，平均增长率为4.3立方米/年。有趣的是，1960-2007年度径流系列没有显着的趋势。1960 - 1980年间和1981 - 2007年期间的平均年径流量分别为900和903 m3/s，分别与1960-2007年整个系列的年平均径流量几乎相同。

由于1960至1980年期间，巴塘水文站的年径流量显示出明显的下降迹象，所以出现了哪些因素可能导致这种下降趋势的问题。如上所述，长江流域不仅通过沉淀生产，长江源自寒冷，山区青藏高原的冰川融水也具有相当重要的意义。对于冰川产生的径流，空气温度是最重要的影响因素之一。因此，为了了解巴塘年径流系列的变化趋势，在1960 - 2007年期间，必须了解降水和空气温度的变化。

年降水分析：

1960 - 2007年间的年降水量（单位mm）从五个不同的气象站获得：五台梁，屯旋河，库马莱，玉树和德黑（见图1）。1960年至2007年每年的平均年降水量列在表1中。这些气象站的年降水量时间序列如图5所示。对于年降水量是否有明显的变化趋势，曼恩肯德尔趋势 测试适用于每个气象站（表3）。在这五个站点中，只有五台江气象站在1960 - 2007年间有显着的增长趋势。

计算五个气象站年降水量系列之间的相关关系; 相关系数r的值列在表4中。相关系数与两个气象站之间的距离密切相关。吴道梁与屯门之间的相关系数最大，值为0.52，因为这两个站相互最接近。屯旋河和德格站之间的相关系数最小（只有0.14），因为这两个站距离其他站最远。

年平均气温分析：

这五个气象站不仅提供了1960 - 2007年间的年降水资料，还提供了相应的年平均气温数据。这五个站的1960-2007年平均气温也列于表1中。各气象站年平均气温的时间序列如图6所示。为了检查年平均气温是否有明显的变化趋势，Mann-Kendall测试适用于每个气象站（表5）。 所有五个站点都发现了1960 - 2007年期间年度空气温度的统计显着增长趋势。以上研究结果与早期青藏高原气候变化研究一致。

分析了五个气象台年平均气温时间序列之间的相关关系，并将相关系数r的值列在表6中。这些相关系数在0.57和0.91之间变化。具有统计学显着性水平的46个自由度的相关系数的临界值为0.285。年平均空气温度指标有显着正相关关系的相关系数。五台梁与库马莱站之间的相关系数最大，值为0.91，沱沱河与德格站之间的相关系数最高，高达0.57。这些大的相关系数简单地反映了研究区域的空气温度是同步的。

年降水量与年平均气温之间的关系：

在五个气象站每年的年平均气温系数和年平均气温系数之间计算出相关系数r。 五台气象站年平均气温与年平均降水量的平均分布图如图7所示。五台梁，屯旋河，库马莱，玉树，丹麦的相关系数分别为0.14，0.14,0.03,0.22和0.08，这不具有统计学意义。散点图表明，每个气象站年降水量与年平均气温无相关性。 预计考虑到五台港站的预测结果，1960 - 2007年期间的年降雨系列并没有显示出任何统计上的显着变

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