刘赛艳, et al_ (2015), 青藏高原大通河流域气候干湿状况时空分布研究
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图 1 大通河流域气象站点分布图
110
水资源与水工程学报
2015 年
3 研究方法
为了研究大通河流域气候干湿状况时空分布，
首先计算出流域的潜在蒸散发，然后再计算流域的
年以及春夏秋冬四季的干燥指数，最后对所得到的
干燥指数展开趋势性、周期性等的研究及分析。
3． 1 潜在蒸散量
采用世界粮农组织（ FAO） 1998 年修正的 Pen-
有不显著变湿趋势，干燥指数减小率 0． 05 /10a，但这种湿化表现为反持续性； 流域气候空间上为南干北湿，东干西
湿，干湿状况在流域上呈现出比较明显的带状交替格局； 流域四季与全年一样表现出变湿趋势，其中以春季和冬季
湿化较为明显，干燥指数减小率分别 0． 049 /10a、3． 79 /10a，但只有冬季通过显著性检验，且冬季湿化趋势具有反持
大通河位于东经 98°30' ～ 103°15'、北纬 36°30' ～ 38°25'之间，是黄河最大的二级支流，湟水的一级支 流，发源于 青 海 省 天 陵 县 木 里 山，流 经 青 海 省 的 天 峻、祁连、刚察、海晏、门源、互助、乐都、民和以及甘 肃省的天祝、永登、红古等 11 个县（ 区） ，在民和县 享堂镇汇入湟水，全流域面积 15 130 km2 。大通河 流域干流全长 560． 7 km，其中青海省境内河流长 464． 42 km，主河道平均坡降 4． 65% 。流域地形西 北高、东南低，两侧依山傍岭，干流峡谷与盆地相间。 流域内山峦起伏、地势高耸，主要山脉有托勒山、冷 龙岭、大通山、大坂山，其峰脊海拔大都在 4 500 m 左右，其中冷龙岭雄居群山之首，海拔达 5 254 m。 流域 80% 以上的集水面积分布在海拔 3 000 m 以 上。近年来，受气候变化和人类活动的影响，该区域 水资源紧缺［11］，洪涝和干旱等灾害时有发生。
本文所采用的气象数据来源于中国气象数据共 享服务网，包括： 降水、气温、湿度、气压、风速、日照 时数、相对湿度等 21 个气象因子。选取大通河流域 及其周边区域 5 个气象站 1960 － 2012 年的气象资 料，包括： 门源、祁连、乌鞘岭、野牛沟、民和。利用泰 森多边形法，将其加权平均到整个流域以此作为分 析该流域各气候要素演变特性的基础数据，根据世 界 粮 农 组 织 （ FAO ） 1998 年 修 正 的 Penman － Monteith 模型计算各气象站潜在蒸散量，形成了该 流域年潜在蒸散量序列以及能反映该区域干湿状况 的干燥指数时间变化序列，同时按照 12 月至翌年 2 月为冬季，3 － 5 月为春季，6 － 8 月为夏季和 9 － 11 月为秋季生成逐季序列。大通河流域各气象站点分 布如图 1 所示。
续性； 季干燥指数空间分布不均，表明流域季节气候干湿变化存在着明显的地域差异性； 干湿周期分析显示，流域
存在 7、17 及 29a 的周期，春季存在 4、13 和 28a 的周期，夏季存在 8、17 及 30a 的周期，秋季周期对应 5、17 及 26a； 冬
季气候对应 5、9 及 29a 的周期。
青藏高原大通河流域气候干湿状况时空分布研究
刘赛艳，王义民，刘登峰，解阳阳
（ 西安理工大学 西北旱区生态水利工程国家重点实验室培育基地，陕西 西安 710048）
摘 要： 利用气候倾向率法、反距离加权插值、Mann － Kendall 法、小波分析等对大通河干燥指数演变特性进行了分
析，以期为流域农业发展布局、生态环境保护以及梯级水电站调度运行提供科学依据。结果表明： 大通河流域地表
LIU Saiyan，WANG Yimin，LIU Dengfeng，XIE Yangyang
（ State Key Laboratory Base of Eco － hydraulic in Arid Area，Xi＇an University of Technology，Xi＇an 710048，China）
Abstract： The paper used climatic trend rate，inverse distance weighted，and Mann － Kendall and wavelet analysis method to analyze the evolution of dry index so as to provide scientific basis for the agricultural development，protection of ecological environment and dispatch operation of cascade hydropower in Datong Ｒiver basin． The results showed that： there is unremarkable trend of becoming humid in surface of the basin，the annual aridity index is decreased by 0． 05 per ten years with，but there is anti － persistence． The climate of the basin is dry in south and wet in north，and dry in east and wet in west on spatial distribution． The status of dry and wet presents more clear pattern of banded alternation； the climate of four seasons also shows the tendency of wet． The humidified trend is more obvious in spring and winter． The aridity indexes in spring and winter are decreased by 0． 049 and 3． 79 per ten years respectively． However，only the trend in winter passed significant test，and the wet trend has anti － durative． The temporal distribution of season dry index is uneven． There is obvious regional differences in the dry and wet change of season climate； the periods of annual aridity index are 7，17 and 29 years； the cycles of aridity index in spring are 4，13 and 28 years，and that in summer are 8，17 and 30 years，that in． autumn are 5，17 and 26 years while that in winter are 5，9 and 29 years． Key words： aridity index； dry － wet of climate； temporal and spatial distribution； climate change； Datong Ｒiver
第26 卷 第4 期 2015年 8月
水资源与水工程学报 Journal of Water Ｒesources ＆ Water Engineering
DOI： 10． 11705 / j． issn． 1672 － 643X． 2015． 04． 20
Vol． 26 No． 4 Aug ． ，2 0 1 5
man － Monteith 模 型 计 算 潜 在 蒸 散 量［12］： ET0 =
0． 408Δ（ Ｒn － G）
+
γ
T
900 + 273
u2
（
es
－
ea）
Δ + γ（ 1 + 0． 34U2 ）
关键词： 干燥指数； 气候干湿； 时空分布； 气候变化； 大通河
中图分类号： P426． 1
文献标识码： A
文章编号： 1672-643X（ 2015） 04-0108-07
Ｒesearch on temporal and spatial distribution of climate dry － wet status in Datong river basin
收稿日期： 2015-03-30； 修回日期： 2015-04-18 基金项目： 国家自然科学基金（ 51190093、51309188、51179149） ； 陕西省重点科技创新团队（ 2012KCT － 10） ； 国家重大基础
研究发展计划（ 973 计划） （ 2011CB403302 － 2） ； 水利部公益性行业科研专项经费项目（ 201501058） ； 教育部博 士学科点基金（ 20136118120021） 作者简介： 刘赛艳（ 1990-） ，女，江西抚州人，硕士研究生，主要从事水文学及水资源研究 通讯作者： 王义民（ 1972-） ，男，山西新绛人，博士，教授，博士生导师，主要从事水文学及水资源研究。
第4 期
刘赛艳，等： 青藏高原大通河流域气候干湿状况时空分布研究
109
1 研究背景
2 研究区概况及数据来源
气候变化国家评估报告（ I） 指出，在全球变暖 背景下，近 100a 来中国年平均地表气温明显增加， 升温幅度约为 0． 5 ～ 0． 8℃ ，比同期全球平均值略高 0． 6℃ ± 0． 2℃［1］。西北地区地处内陆，气候干旱，是 我国重要的畜牧业基地，同时也是生态环境脆弱区 和气候变化的敏感地带。近年来，对西北地区气候 干湿 状 况 的 研 究 表 明： 西 北 干 旱 区 气 温 普 遍 升 高［2］，伴随着温度升高，降水量也呈增加趋势，导致 西北地区 气 候 暖 干 化 向 暖 湿 化 转 型பைடு நூலகம்3］。 黄 小 燕 等 研究发现西北地区近 50 年来有变湿趋势，湿润指数 平均每 10 年增加 0． 006； 季节上以春、冬两个季节 的增加趋 势 最 明 显［4］。 马 柱 国 等 利 用 月 降 水 总 量 与月最大潜在蒸发计算了我国西北地区地表湿润指 数，研究发现西北西部的年际及年代际变化趋势基 本相反，前者地表为变湿趋势，后者为变干趋势［5］。 对于西北干旱区气候的暖湿化趋势［6］，张永等的研 究结果发现西北地区的干湿状况存在很大的区域差 异性［7］。
大通河流域地处青藏高原东北边缘，东接黄土 高原，西南为柴达木盆地，南靠湟水谷地，北临河西 走廊，是我国西北地区径流较丰的一条河流。由于 地表水资源丰富，大通河流域不仅是青海省重点水 源涵养区和天然林保护区，也是祁连山重要的牧业 区以及国家重点野生动物保护区； 同时大通河流域 河口地区是青海、甘肃两省农业和蔬菜、果类重要的 生产基地，工农业发达。目前，大通河流域水资源开 发利用工程主要是以外调水工程及梯级水电站建设 为主。在气候变化背景下，深入了解大通河流域气 候干湿状况时空分布规律，对于当地农业发展的布 局、生态环境的保护以及梯级水电站调度运行等都 具有重大 的 现 实 意 义。 干 燥 指 数［8］ 是 指 某 地 一 定 时段内的潜在蒸发量与同期降水量的比值，它的定 义不仅考虑了干旱状况需要的能量条件，如气温、太 阳辐射、温度等，还考虑了水分条件的影响，能够客 观的反映 气 候 干 湿 演 变 特 征［9］，目 前 在 渭 河 流 域、 西北及东北地区都得到了应用［8 － 10］。因此，为了认 识大通河流域的近半个世纪以来气候干湿状况，本 文针对大通河流域干燥指数进行分析，借助气候倾 向率法、Mann － Kendall 法和小波分析等各种方法研 究其变化特征及演变规律，以期为区域气候变化适 应性对策的制定和选择提供科学依据。
110
水资源与水工程学报
2015 年
3 研究方法
为了研究大通河流域气候干湿状况时空分布，
首先计算出流域的潜在蒸散发，然后再计算流域的
年以及春夏秋冬四季的干燥指数，最后对所得到的
干燥指数展开趋势性、周期性等的研究及分析。
3． 1 潜在蒸散量
采用世界粮农组织（ FAO） 1998 年修正的 Pen-
有不显著变湿趋势，干燥指数减小率 0． 05 /10a，但这种湿化表现为反持续性； 流域气候空间上为南干北湿，东干西
湿，干湿状况在流域上呈现出比较明显的带状交替格局； 流域四季与全年一样表现出变湿趋势，其中以春季和冬季
湿化较为明显，干燥指数减小率分别 0． 049 /10a、3． 79 /10a，但只有冬季通过显著性检验，且冬季湿化趋势具有反持
大通河位于东经 98°30' ～ 103°15'、北纬 36°30' ～ 38°25'之间，是黄河最大的二级支流，湟水的一级支 流，发源于 青 海 省 天 陵 县 木 里 山，流 经 青 海 省 的 天 峻、祁连、刚察、海晏、门源、互助、乐都、民和以及甘 肃省的天祝、永登、红古等 11 个县（ 区） ，在民和县 享堂镇汇入湟水，全流域面积 15 130 km2 。大通河 流域干流全长 560． 7 km，其中青海省境内河流长 464． 42 km，主河道平均坡降 4． 65% 。流域地形西 北高、东南低，两侧依山傍岭，干流峡谷与盆地相间。 流域内山峦起伏、地势高耸，主要山脉有托勒山、冷 龙岭、大通山、大坂山，其峰脊海拔大都在 4 500 m 左右，其中冷龙岭雄居群山之首，海拔达 5 254 m。 流域 80% 以上的集水面积分布在海拔 3 000 m 以 上。近年来，受气候变化和人类活动的影响，该区域 水资源紧缺［11］，洪涝和干旱等灾害时有发生。
本文所采用的气象数据来源于中国气象数据共 享服务网，包括： 降水、气温、湿度、气压、风速、日照 时数、相对湿度等 21 个气象因子。选取大通河流域 及其周边区域 5 个气象站 1960 － 2012 年的气象资 料，包括： 门源、祁连、乌鞘岭、野牛沟、民和。利用泰 森多边形法，将其加权平均到整个流域以此作为分 析该流域各气候要素演变特性的基础数据，根据世 界 粮 农 组 织 （ FAO ） 1998 年 修 正 的 Penman － Monteith 模型计算各气象站潜在蒸散量，形成了该 流域年潜在蒸散量序列以及能反映该区域干湿状况 的干燥指数时间变化序列，同时按照 12 月至翌年 2 月为冬季，3 － 5 月为春季，6 － 8 月为夏季和 9 － 11 月为秋季生成逐季序列。大通河流域各气象站点分 布如图 1 所示。
续性； 季干燥指数空间分布不均，表明流域季节气候干湿变化存在着明显的地域差异性； 干湿周期分析显示，流域
存在 7、17 及 29a 的周期，春季存在 4、13 和 28a 的周期，夏季存在 8、17 及 30a 的周期，秋季周期对应 5、17 及 26a； 冬
季气候对应 5、9 及 29a 的周期。
青藏高原大通河流域气候干湿状况时空分布研究
刘赛艳，王义民，刘登峰，解阳阳
（ 西安理工大学 西北旱区生态水利工程国家重点实验室培育基地，陕西 西安 710048）
摘 要： 利用气候倾向率法、反距离加权插值、Mann － Kendall 法、小波分析等对大通河干燥指数演变特性进行了分
析，以期为流域农业发展布局、生态环境保护以及梯级水电站调度运行提供科学依据。结果表明： 大通河流域地表
LIU Saiyan，WANG Yimin，LIU Dengfeng，XIE Yangyang
（ State Key Laboratory Base of Eco － hydraulic in Arid Area，Xi＇an University of Technology，Xi＇an 710048，China）
Abstract： The paper used climatic trend rate，inverse distance weighted，and Mann － Kendall and wavelet analysis method to analyze the evolution of dry index so as to provide scientific basis for the agricultural development，protection of ecological environment and dispatch operation of cascade hydropower in Datong Ｒiver basin． The results showed that： there is unremarkable trend of becoming humid in surface of the basin，the annual aridity index is decreased by 0． 05 per ten years with，but there is anti － persistence． The climate of the basin is dry in south and wet in north，and dry in east and wet in west on spatial distribution． The status of dry and wet presents more clear pattern of banded alternation； the climate of four seasons also shows the tendency of wet． The humidified trend is more obvious in spring and winter． The aridity indexes in spring and winter are decreased by 0． 049 and 3． 79 per ten years respectively． However，only the trend in winter passed significant test，and the wet trend has anti － durative． The temporal distribution of season dry index is uneven． There is obvious regional differences in the dry and wet change of season climate； the periods of annual aridity index are 7，17 and 29 years； the cycles of aridity index in spring are 4，13 and 28 years，and that in summer are 8，17 and 30 years，that in． autumn are 5，17 and 26 years while that in winter are 5，9 and 29 years． Key words： aridity index； dry － wet of climate； temporal and spatial distribution； climate change； Datong Ｒiver
第26 卷 第4 期 2015年 8月
水资源与水工程学报 Journal of Water Ｒesources ＆ Water Engineering
DOI： 10． 11705 / j． issn． 1672 － 643X． 2015． 04． 20
Vol． 26 No． 4 Aug ． ，2 0 1 5
man － Monteith 模 型 计 算 潜 在 蒸 散 量［12］： ET0 =
0． 408Δ（ Ｒn － G）
+
γ
T
900 + 273
u2
（
es
－
ea）
Δ + γ（ 1 + 0． 34U2 ）
关键词： 干燥指数； 气候干湿； 时空分布； 气候变化； 大通河
中图分类号： P426． 1
文献标识码： A
文章编号： 1672-643X（ 2015） 04-0108-07
Ｒesearch on temporal and spatial distribution of climate dry － wet status in Datong river basin
收稿日期： 2015-03-30； 修回日期： 2015-04-18 基金项目： 国家自然科学基金（ 51190093、51309188、51179149） ； 陕西省重点科技创新团队（ 2012KCT － 10） ； 国家重大基础
研究发展计划（ 973 计划） （ 2011CB403302 － 2） ； 水利部公益性行业科研专项经费项目（ 201501058） ； 教育部博 士学科点基金（ 20136118120021） 作者简介： 刘赛艳（ 1990-） ，女，江西抚州人，硕士研究生，主要从事水文学及水资源研究 通讯作者： 王义民（ 1972-） ，男，山西新绛人，博士，教授，博士生导师，主要从事水文学及水资源研究。
第4 期
刘赛艳，等： 青藏高原大通河流域气候干湿状况时空分布研究
109
1 研究背景
2 研究区概况及数据来源
气候变化国家评估报告（ I） 指出，在全球变暖 背景下，近 100a 来中国年平均地表气温明显增加， 升温幅度约为 0． 5 ～ 0． 8℃ ，比同期全球平均值略高 0． 6℃ ± 0． 2℃［1］。西北地区地处内陆，气候干旱，是 我国重要的畜牧业基地，同时也是生态环境脆弱区 和气候变化的敏感地带。近年来，对西北地区气候 干湿 状 况 的 研 究 表 明： 西 北 干 旱 区 气 温 普 遍 升 高［2］，伴随着温度升高，降水量也呈增加趋势，导致 西北地区 气 候 暖 干 化 向 暖 湿 化 转 型பைடு நூலகம்3］。 黄 小 燕 等 研究发现西北地区近 50 年来有变湿趋势，湿润指数 平均每 10 年增加 0． 006； 季节上以春、冬两个季节 的增加趋 势 最 明 显［4］。 马 柱 国 等 利 用 月 降 水 总 量 与月最大潜在蒸发计算了我国西北地区地表湿润指 数，研究发现西北西部的年际及年代际变化趋势基 本相反，前者地表为变湿趋势，后者为变干趋势［5］。 对于西北干旱区气候的暖湿化趋势［6］，张永等的研 究结果发现西北地区的干湿状况存在很大的区域差 异性［7］。
大通河流域地处青藏高原东北边缘，东接黄土 高原，西南为柴达木盆地，南靠湟水谷地，北临河西 走廊，是我国西北地区径流较丰的一条河流。由于 地表水资源丰富，大通河流域不仅是青海省重点水 源涵养区和天然林保护区，也是祁连山重要的牧业 区以及国家重点野生动物保护区； 同时大通河流域 河口地区是青海、甘肃两省农业和蔬菜、果类重要的 生产基地，工农业发达。目前，大通河流域水资源开 发利用工程主要是以外调水工程及梯级水电站建设 为主。在气候变化背景下，深入了解大通河流域气 候干湿状况时空分布规律，对于当地农业发展的布 局、生态环境的保护以及梯级水电站调度运行等都 具有重大 的 现 实 意 义。 干 燥 指 数［8］ 是 指 某 地 一 定 时段内的潜在蒸发量与同期降水量的比值，它的定 义不仅考虑了干旱状况需要的能量条件，如气温、太 阳辐射、温度等，还考虑了水分条件的影响，能够客 观的反映 气 候 干 湿 演 变 特 征［9］，目 前 在 渭 河 流 域、 西北及东北地区都得到了应用［8 － 10］。因此，为了认 识大通河流域的近半个世纪以来气候干湿状况，本 文针对大通河流域干燥指数进行分析，借助气候倾 向率法、Mann － Kendall 法和小波分析等各种方法研 究其变化特征及演变规律，以期为区域气候变化适 应性对策的制定和选择提供科学依据。