气候变化对长江干流区径流量的影响

2 降水量和径流量的关系
由于陆地水都来源于降水 , 而自然水等于年降水乘以区域面积 , 故自然水是一个重要的 量 。自然水不可能都被利用 , 有相当一部分要损失掉 , 这包括蒸发和渗漏 。一般情况下 , 蒸发 比渗漏大得多 , 损失量主要是蒸发量 , 而可被利用的主要是径流水 。 从水量平衡方程可知 , 自 然降水量是各项水资源量的总补给来源 。降水量的多少 、降水的年内分配决定一地区水资源 数量的动态特征 。由于丰枯水文交替变化对国民经济造成很大影响 , 在此用年径水量和年径 流深的丰水年 、枯水年的距平百分率作为探讨气候对长江干流区水资源影响的基础 。
表 3 汉口(贵池)年径流量响应(%)
P -20 %
P-10 %
P +0 %
P +10 %
T -3 ℃
+4 .1(-28 .1)
+6 .4(-24 .1)
+8 .6(-20 .4)
10 .5(-16 .9)
T -2 ℃
+1 .2(-21 .6)
+3 .5(-17 .6)
+5 .6(-13 .6)
+7 .5(-9 .7)
表 2 各地丰枯年份 的距平百分率
重庆
万县
汉口
1 095 .1
1 169 .2
1 185 .9
30 .8
22 .6
38 .1
-24 .0
-23 .8
-29 .4
宜昌 1 146.6
30.2 -28.1
贵池 1 411 .7
27 .0 -22 .1
径 多年均值(亿 m3)
3 480 .9
7368 .3
4 初步结论
气候变化对长江干流区水资源的影响比较显著 。 长江流域的年径流量在总体上随降水量 的增加而上升 , 随气温的下降而增加 。 水资源数量上变化对全区生态 、农业 、环境乃至社会经 济产生一系列连锁影响 。 现行的水资源管理体系 、大型水利工程 、土地利用 、农业建设 、工业步 局 、城市建设等方案制度都是认为过去的水资源可以作为未来的指南 。 这种假定方案已有一 些偏差 , 实际应用时须适当修正这些方案 。
摘 要 长江干流区在我国经济发展中有举足轻重的地位 , 是我国东西经济联系的纽带和桥梁 。 气 候变化是当今气象界讨论的重要课题 , 其 对全球日益紧张的 水资源影 响已引起各 国政府 、学者的 关 注 。以 重庆 、万县 、汉口 、宜昌 、贵池五站为代表 , 通过长 江干流区 近 80 年 观测资 料和每站 对应的 气 温 、降水资料 , 分析了气候变化对长江干流区径流量的影响 。 以分组频率法找出了各站的枯水年 、平 水年 、丰水年 。 丰枯水年降水量距平百分率分别为 22 .6 %～ 30.8%及 -22 .1 %～ -29.4 %, 径流 量 为 6.4～ 9 .6 %及 -2.7～ -7 .0 %。
表 1 各站气候要 素值倾向率
重庆
万县
汉口
宜昌
贵池
P(mm)
104 .62
-26 .08
-33 .18
-22 .35
72 .44
T (℃)
-0 .135
-0 .195
-0 .090
-0 .170
-0 .079
从历史资料来看 , 各站的径流深度和径流量随时间的变化趋势一致 , 可用年径流量和年径 流深度中的一个量来衡量水资源河川正常径流量虽然是一个比较稳定的特征值 , 但它并不能 说明河川径流量的不变性 。在丰水年份径流量可能很大 , 而枯水年份径流量又可能很小 。通 常可按相对离差大小或按旱涝灾害范围 、程度划分为枯水年和丰水年 。 如长江汉口站观测资 料中丰水年平均年径流量为多年平均值的 1 .9 倍 , 而枯水年年径流为多年平均值的 0 .9 倍 , 这 是气候变迁波动的结果 。 由于温度是影响蒸发过程的重要因子 , 并影响流域水量平衡方程数 值之间的关系 , 从而年径流量和温度 、降水之间有密切联系 , 可用这三个量建立模型来预测气 候变化对区域径流量的影响 。
关键词 长江干流区 , 气候变化 , 径流量 , 气候模式
目前大气中人为排放 CO2 等温室气体的速度正在明显增加 。 人们普遍担心由于温室效 应地面温度会逐渐升高 , 从而产生一系列的社会和经济问题 。总的来看 , 在过去的 100 年里全 球温度上升了 0 .3 ～ 0 .6 ℃[ 1～ 2] 。随着全球温度变化 , 实际蒸发耗损量增大 , 径流深和水储量 会相对减少 。气候变化对区域水文影响是气候影响问题中一个重要方面 。近几年来 , 国内国 外广泛开展了气候变化与水文水资源之间关系的研究工作 。
由于重庆 、万县 、汉口 、宜昌在上述模式下年径流量对气候模式响应的变化趋势相同 , 现只 选取汉口 、贵池两站来研究其响应规律 。在温度降低 3 ℃、降水量增加 10 %时 , 汉口年流量增 加 10 .5 %;在降水减少 20 %、温度增加 1 ℃时 , 径流量在本设计方案中减少最多 , 达 -6 .5 %; 同理贵池地区年径流量变化幅度在 -28 .1 %～ 11 .6 %, 超过汉口地区变化量(表 3)。
经分析 , 五站的降水随时间变化的趋势并不完全一致 , 万县 、汉口 、宜昌三站降水量随时间 减少 , 其它两站则呈递增趋势(表 1), 这与我国降水量要素气候研究的一般结论一致[ 1] 。 用降 水量与年径流量相比较 , 它们之间没有明显的对应关系 , 说明影响径流量还有其它因素 。 五站 的年平均气温为负倾向率 , 这与我国华东 、西南 、华中地区呈降温趋势的气候变化事实相符 , 而 与我国年近北方和华南地区气温以 0 .04 ℃/ 10a 上升的趋势不一致 , 它表明不同范围的气候 变化各有其特点 。因此应对区域性气候作专门的研究 , 以了解其变化规律 , 为工农业生产服 务。
概率大于旱情 。
3 气候变化对径流量的影响
影响径流量的因素复杂 , 本文用 r =kPαTβ 模型来探讨气候变化对其影响 。 此模型取对数 后可变为多元线性模式 , 求出 k 、α、β 值 , 原模型通过 5 %信度检验 , 可用此模型进行分析与预 测。
估计水资源对气候变化响应的最大困难是对区域未来气候参数的测定 。在未来气候状况 没有准确预测之前 , 一种有效的方法是假定几种可能的气候化方案 。现对未来气温变化作上 升与下降两方面讨论 , 即有 +1 ℃, 0 ℃, -1 ℃, -2 ℃和 -3 ℃五种假设 , 在五个站中选取降水减 少 20 %, 减少 10 %, 不变 , 增长 10 %四种假定模式 。
CLIMATE CHANGE EFFECT ON RUN-OFF OF MAIN AREA FOR CHANGJIANG RIVER
Jing Yuanshu Miao Qilong Yang Wengang
(Department of Applied Meteorology , N anjing I nstitute of Meteorology , Nanjing , 210044)
参 考 文 献
1 郑斯中 , 黄朝迎 , 冯大丽 , 等 .气候影响评价 .北京 :气象出版社 , 1989 . 2 林学椿 , 于淑秋 .近 40 年我国气候趋势 .气象 , 1990 , 16(10):16 ～ 21 . 3 佘之祥 .长江流域与长江沿江经济地带的特点及研究.长江流域资源与环境 , 1993 , 2(2):97 ～ 102 . 4 傅国斌 .全球变暖对区域水资源的计算分析 .地理学报 , 1991 , 46(3):277 ～ 288 .
从总体上看 , 汉口等地年径流量随气温上升呈下降趋势 , 贵池则随气温上升而增加 , 这仅 是针对研究站点的个别现象 。 由于水资源和气候变化的复杂性 , 对长江下游一般情况需作进 一步分析 。长江流域(五站)年径流量随降水量的增加均呈上升趋势 。
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长江流域资源与环境 第 7 卷
1 讨论站点气候背景
设某站某个气象要素 y 随其他要素 x 变化的序列为 y(t)。 它总可以用一个多项式来表 示
y (t)= a0 +a1 t +a2 t 2 + …app (p < n) 一般来说 , 温度和降水气候趋势用一次直线方程或二次曲线方程就能满足 。 本文用一次直线 方程来定量描述 , 即 y(t )= a0 +a1 t , 则趋势变化率方程为
南京气象学院科研基金资助 收稿日期 :1998-01-19 , 修回日期 :1998-03-23
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长江流域资源与环境 第 7 卷
dy(t )/ dt = ai (i = 0 , 1 , 2 …p)
把 ai ×10 称作气候倾向率 , 单位 :℃或 mm/ 10a 。 方程中系数 ai 可用最小二乘法或经验正交 多项式来确定 。
长江地处中位地带 , 从人口稠密 、经济发达的东部到资源丰富 、经济水平较低的西部 , 是我 国东西经济联系的纽带和桥梁 , 具有很强的辐射和带动作用 。自河源至河口全长 6 300 km , 其流域面积约为 180 ×104 km2 , 约占我国陆地面积的五分之一 , 其年平均径流量约 9 600 ×108 m3 。长江流域人口约占我国的三分之一 , 工农业总产值约为全国的 40 %[ 4] 。 这表明长江干流 区在我国有举足轻重的地位 。 本文查阅长江干流区重庆(1959 ～ 1980 年)、宜昌(1924 ～ 1937 , 1951 ～ 1979 年)、贵池(1959 ～ 1990 年)五站上水文资料 —年径流量 r 、年径流深度 h 及各站对 应年份的气候资料 —气温和 T 降水量 P , 然后分析这几个要素的相互关系 , 预测气候变化对水 资源的影响 。
用“分组频率法”计算出按降水量从小到大排列累积频率 , 以频率小于 20 %的年份为枯水 年 , 大于 80 %的为丰水年 。 取各年距平百分率的平均值即可得出各站在丰枯年份的距平百分 率(表 2)。
第 4 期 景元书等 :气候变化对长江干流区径流量的影响
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降 多年均值(mm) 水 丰年距平百分率 量 枯年距平百分率
7 090 .3
4 361.5
8 642 .5
流 丰年距平百分率
9 .6
6 .4
9 .4
7.9
7 .5
量 枯年距平百分率
-4 .3
-2 .7
-7 .0
-4.3
-3 .4
由表可见 , 降水 变化率大的地 区其径流变率也 大 。 丰枯水 年降水量距平 百分率分别为 22 .6 %～ 30 .8 %及 -22 .1 % ～ -29 .4 %, 平 均 值 为 26 .7 %及 -25 .8 %, 径 流 量 为 6 .4 %～ 9 .6 %及 -2 .7 %～ -7 .0 %, 均值为 8 .0 %及 -4 .9 %, 相差较明显 。 因为在本地流域 内 , 常常是此地多雨彼地少雨 , 相互抵消一部分 。 距平百分率为正时表明某地区该时期降水量 偏多 , 丰年距平百分率无论是降水量还是径流量都大于枯年 , 说明对长江干流区洪涝灾情出现
第7卷 第4期 1998 年 11 月
长江流域资源与环境 Resources and Environment in the Yang tze Basin
Vol .7 No .4 Nov .1998
气候变化对长江干流区径流量的影响
景元书 缪启龙 杨文刚
(南京气象学院应用气象系 南京 210044)
Βιβλιοθήκη BaiduT -1 ℃
-.17(-15 .9)
+0 .6(-11 .3)
+2 .6(-6 .9)
+4 .5(-2 .8)
T +0 ℃
-4 .2(-9 .7)
-2 .0(-4 .7)
0 .0(0 .0)
+1 .8(+4 .4)
T +1 ℃
-6 .5(-3 .4)
-4 .3(+1 .9)
-2 .4(+6 .9)
-0 .6(+11 .6)
Abstract
Areas in w hich the trunk st ream of Chang jing River flow s have impo rt ant position in economic development of China .T he effect s of climatic change on the flow in t he t runk st ream of Changjiang River in these areas w ere analysed based o n climatic and hydrorog raphic dat a of Chongqing , Wanxian , H ankou , Yichang and Guiqi st ations High , no rmal and low-w ater y ears w ere identified f or each station in terms of f requency-distribut ion .Ano rmalous percent age of annual precipi tation w as +22 .6 %～ +30 .8 % in high-w ater year and -22 .1 %～ -29 .4 % in low-water year , w hile t he anormalous percentage of flow w as +6 .4 %～ 9 .6 % and -2 .7 %～ -7 .9 % respectively .