金沙江上游流域水文循环要素变化特征

第３０卷第３期２　０　１　
２年３月水　电　能　源　科　学
Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ａｎｄ　ＰｏｗｅｒＶｏｌ．３０Ｎｏ．３
Ｍａｒ．２　０　１　
２文章编号：１０００－７７０９（２０１２）０３－０００８－
０３金沙江上游流域水文循环要素变化特征分析
杨　烨１，陆桂华２，吴志勇２，何　海２
（１．河海大学水文水资源学院，江苏南京２１００９８；２．河海大学水问题研究所，江苏南京２１００９８）摘要：基于金沙江上游攀枝花和直门达两个水文站及４９个气象站１９５６～２００９年的水文气象资料，分析了气温、降水和径流的时空变化特征，并采用Ｍａｎｎ－Ｋｅｎｄａｌｌ检验法对各要素的时间变化趋势进行了显著性检验。

结果表明，金沙江上游年平均气温和月平均气温均显著升高；年降水量显著增加，但年径流量增加趋势并不显著；
月径流量除在春末夏初显著增加外，其他各月均无明显变化。

关键词：金沙江上游流域；气温；降水；径流；Ｍａｎｎ－Ｋｅｎｄａｌｌ检验中图分类号：ＴＶ１１；Ｐ３３３．６
文献标志码：Ａ
收稿日期：２０１１－０７－３０，修回日期：２０１１－０９－
１６基金项目：国家自然科学基金资助项目（４１００１０１２，４１１０１０１４）；国家重点基础研究发展规划基金资助项目（２０１０ＣＢ４２８４０５）；水利部公益性行业科研专项经费基金资助项目（２００７０１０３９）；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（２００９Ｂ００１１４
）作者简介：杨烨（１９８９－），女，硕士研究生，研究方向为水文水资源，Ｅ－ｍａｉｌ：ｙａｎｇｙｅ０７０９＠１２６．ｃｏｍ通讯作者：陆桂华（１９６２－），男，教授、博导，研究方向为水文水资源，Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｕｇ
ｕｉｈｕａ８２＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ 金沙江上游位于青藏高原腹地的羌塘高原，
流域面积２．６×１０５ｋｍ２
，多年平均年径流量５７０×
１０８　ｍ３
，平均海拔超过５　
０００ｍ，分布有大面积的雪山冰川、高寒湿地、高寒荒漠。

境内水系发达，
多年平均降水量５３６．１ｍｍ，多年平均气温－０．２℃。

由于受人类活动的影响很小，其径流补给以降水
和冰川融水为主［
１］
，因此是我国受气候变化影响十分敏感的区域。

近４０年来，金沙江上游气温升高、降水减少和蒸发增大的干旱化趋势导致流域出现了严重的水资源短缺及生态退化等问题，因此研究金沙江流域的水文循环要素变化特征具有
现实意义。

陈媛等［
２～４］
研究了金沙江流域上各水文站点的气温、降水量和径流量的变化特征；曹建
廷等［５，６］
分析了长江源区直门达水文站以上流域
站点的气温、降水量和径流量。

但这些研究均未分析气温、
降水量和径流量区域平均值的变化情况。

鉴此，本文将金沙江上游分为两个子流域，采用１９５６～２００９年的水文气象资料，研究了区域平均气温、平均降水量和径流量的变化特征，对青藏高原东部生态环境治理、长江流域水资源规划及南水北调西线工程具有指导意义。

１　基础资料和研究方法
１．１　基础资料
气象资料采用金沙江上游流域４９个气象站
点１９５６～２００９年逐日气温、降水资料，首先将其距离反比插值到５１８个０．２５°×０．２５°水平分辨率网格上，然后采用算术平均法计算得到区域平均气温和平均降水量；流量资料采用直门达、攀枝花两个水文站１９５６～２００９年的逐日资料。

１．２　研究方法
Ｍａｎｎ－Ｋ
ｅｎｄａｌｌ（Ｍ－Ｋ）趋势检验法是一种非参数秩次相关统计检验法，是提取序列变化趋势最为有效的工具，已被广泛应用于气候参数和水文序列变化趋势的分析中。

Ｍ－Ｋ检验的原理和方法见文献［７
］。

２　结果与分析
对攀枝花水文站以上金沙江流域，以直门达站为界分为上、下２个子流域。

采用Ｍ－Ｋ趋势检
验法分别对全流域和两个子流域的平均气温、平均降水量和径流量的变化趋势进行显著性检验，以便分析三者的时空变化特征及气温和降水的变化对径流的影响。

２．１　气温变化分析２．１．１　空间变化
图１为金沙江上游全流域５１８个网格１９５６～２００９年平均气温的Ｍ－Ｋ统计值空间分布图。

由
图可看出，大部分地区的Ｍ－Ｋ值均较大，其中有３１８个网格的Ｍ－Ｋ值大于５．００（
最大值达７．６０
），且多数分布于上子流域。

由此可知，除攀
第３０卷第３期杨　烨等：
金沙江上游流域水文循环要素变化特征分析图１　全流域平均气温的Ｍ－Ｋ统计值空间分布图
Ｆｉｇ．１　Ｓｐ
ａｔｉａｌ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｍ－Ｋ　ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ　ｖａｌｕｅｓｏｆ　ｍｅａｎ　ｔｅｍｐ
ｅｒａｔｕｒｅ　ｉｎ　ｗｈｏｌｅ　ｂａｓｉｎ枝花站附近的很少区域气温升高不明显外，其他地区的气温均显著升高。

２．１．２　时间变化
图２为１９５６～２００９年金沙江上游全流域年
平均气温变化。

由图可看出，
年平均气温呈上升趋势，其中２０世纪５０、６０年代的平均气温最低，２０世纪６０年代后平均每１０年上升０．３５℃；
２０００年后多年平均气温在０℃以上，比２０００年前增加了１．０５℃。

同时年平均气温的Ｍ－Ｋ统计值为６．１０，远大于α＝０．０５的显著性水平临界值１．９６，
表明增温趋势十分显著。

图２　全流域年平均气温变化
Ｆｉｇ．２　Ａｎｎｕａｌ　ｍｅａｎ　ｔｅｍｐ
ｅｒａｔｕｒｅ　ｖａｒｉａｔｉｏｎｉｎ　ｗｈｏｌｅ　
ｂａｓｉｎ表１为１９５６～２００９年金沙江上游全流域和上、
下２个子流域月平均气温的Ｍ－Ｋ统计值。

由表可看出，全流域、上子流域４月的平均气温均未通过显著性检验，其他各月的增温趋势均十分显著；下子流域４、５、７月的平均气温均未通过显著性检验，
其他各月都显著增温。

总体来说，全流域４月和下子流域５、７月的增温趋势不明显，
其他各月的气温均显著升高，
其原因可能在于春夏两季区域上植被的生长减缓了气温的增加趋势。

表１　金沙江上游流域月平均气温Ｍ－Ｋ统计值
Ｔａｂ．１　Ｍ－Ｋ　ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ　ｖａｌｕｅｓ　ｏｆ　ｍｏｎｔｈｌｙ　
ｍｅａｎ　ｔｅｍｐｅｒ－
注：“＊”表示在显著性水平α＝０．０５下趋势性不显著。

２．２　降水量变化分析２．２．１　空间变化
图３为金沙江上游全流域５１８个网格１９５６～２００９年降水量的Ｍ－Ｋ统计值空间分布图。

由图
可看出，年降水量显著增加的区域集中于金沙江的源头，其中共有２１８个网格的Ｍ－Ｋ值大于
１．９６（最大值达５．３３
），但从上子流域向下子流域增加趋势逐渐减弱，在下子流域的少数地区甚至出现了降水量减少的趋势。

图３　全流域降水量的Ｍ－Ｋ统计值空间分布图
Ｆｉｇ．３　Ｓｐ
ａｔｉａｌ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｍ－Ｋ　ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ　ｖａｌｕｅｓｏｆ　ｐｒｅｃｉｐ
ｉｔａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｗｈｏｌｅ　ｂａｓｉｎ２．２．２　时间变化（１）降水的年际变化。

金沙江上游全流域的年降水量呈增加趋势，其中２０世纪７０年代的平均年降水量最小，之后平均每１０年增加４．１３％，２０００年后的平均降水量比２０００年前增加了７．９１％。

同时年降水量的Ｍ－Ｋ统计值为２．９１，通过了α＝０．０５的显著性检验，表明全流域降水量增加趋势显著，其中上子流域降水量增加显著，
下子流域降水量无明显增加。

原因可能在于全球变暖使海洋蒸发和陆地蒸散加强，促使水分循环
加快、空中水汽输送加强［
８］。

（２）降水的年内变化。

表２为１９５６～２００９年金沙江上游全流域和两个子流域月降水量的Ｍ－Ｋ统计值。

由表可看出：①全流域１０、１２月的降水量有所减少，其他各月均呈增加趋势，但并不显著；②上子流域２、５月的降水量显著增加，７月微弱减少，其他各月均呈小幅增加趋势；③下子流域３月的降水量显著增加，８、１０、１２月降水量有所减
少，
其他各月均呈微弱增加趋势。

总体来说，金沙表２　金沙江上游流域月平均降水量的Ｍ－Ｋ统计值Ｔａｂ．２　Ｍ－Ｋ　ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ　ｖａｌｕｅｓ　ｏｆ　ｍｏｎｔｈｌｙ　
ｐｒｅｃｉｐ
ｉｔａｔｉｏｎ注：“＊”
表示在显著性水平α＝０．０５下趋势性显著。

·
９·
江上游２、３、５月部分区域降水量增加显著，其他各月降水量的变化趋势均不显著。

降水量表现出的季节性变化特征与水汽含量的季节变化有密切关系，由于金沙江上游属季风气候，因此季风的进退可能是影响水汽含量变化的主要原因［８］。

２．３　径流量变化分析２．３．１　年径流量变化
图４为１９５６～２００９年攀枝花站和直门达站年径流量变化。

由图可看出，攀枝花站年径流量呈先减后增的趋势，其中２０世纪７０年代径流量最小，之后平均每１０年增加６．１４％；直门达站年径流量的变化趋势不明显。

两个水文站年径流量的Ｍ－Ｋ统计值分别为１．４２、０．４１，
均未超过α
＝０．０５的显著性水平，表明年径流量的增加趋势并不明显，这可能是由于气温的升高使区域的蒸发量加大所致。

图４　攀枝花站和直门达站年径流量变化
Ｆｉｇ．
４　Ａｎｎｕａｌ　ｒｕｎｏｆｆ　ｖａｒｉａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｐａｎｚｈｉｈｕａ　Ｓｔａｔｉｏｎａｎｄ　Ｚｈｉｍｅｎｄａ　
Ｓｔａｔｉｏｎ２．３．２　月径流量变化
表３为１９５６～２００９年攀枝花站和直门达站月径流量的Ｍ－Ｋ统计值。

由表可看出，攀枝花站
５月的径流量增加显著，８、１０月微弱减少，其他各月均微弱增加；而直门达站６月的径流量增加显著，３、４、５、１０、１１月微弱增加，其他各月均微弱减少。

总体来说，
除攀枝花站５月和直门达站６月的径流量增加显著外，其他各月径流量变化均不显著，这可能与下子流域３月、上子流域５月的降水量显著增加有关。

表３　攀枝花站和直门达站月径流量的Ｍ－Ｋ统计值
Ｔａｂ．３　Ｍ－Ｋ　ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ　ｖａｌｕｅｓ　ｏｆ　ｍｏｎｔｈｌｙ　
ｒｕｎｏｆｆ　ｉｎ
注：“＊”
表示在显著性水平α＝０．０５下趋势性显著。

３　结语
ａ．
金沙江上游流域年平均气温的Ｍ－Ｋ值为６．１０，表明增温趋势十分显著，月平均气温亦显著升高；年降水量的Ｍ－Ｋ值为２．９１，表明年降水量增加趋势显著，
但月降水量增加趋势不显著。

结果表明，
金沙江上游气候呈暖湿化趋势。

ｂ．
攀枝花站和直门达站年径流量的Ｍ－Ｋ值分别为１．４２、０．４１，表明年径流量的增加趋势并不显著；月径流量除在春末夏初显著增加外，其他各月均无明显变化。

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（１）：８－
１４．Ｖａｒｉａｔｉｏｎ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｃｙ
ｃｌｅ　Ｆａｃｔｏｒｓｉｎ　Ｕｐｐｅｒ　Ｒｅａｃｈｅｓ　ｏｆ　Ｊｉｎｓｈａｊｉａｎｇ　
ＢａｓｉｎＹＡＮＧ　Ｙｅ１，ＬＵ　Ｇｕｉｈｕａ２，ＷＵ　Ｚｈｉｙｏｎｇ２，
ＨＥ　Ｈａｉ　２
（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｈｙｄｒｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，Ｈｏｈａｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ　
２１００９８，Ｃｈｉｎａ；２．Ｗａｔｅｒ　Ｐｒｏｂｌｅｍ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈｏｈａｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ　
２１００９８，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｙｄｒｏｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ　ｄａｔａ　ｆｒｏｍ　Ｐａｎｚｈｉｈｕａ　ａｎｄ　Ｚｈｉｍｅｎｄａ　ｈｙｄｒｏｌｏｇ
ｉｃａｌ　ｓｔａｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　４９ｗｅａｔｈｅｒ　ｓｔａｔｉｏｎｓ　ｉｎｔｈｅ　ｕｐｐｅｒ　ｒｅａｃｈｅｓ　ｏｆ　Ｊｉｎｓｈａｊｉａｎｇ　
Ｂａｓｉｎ　ｆｒｏｍ　１９５６ｔｏ　２００９ａｒｅ　ａｄｏｐｔｅｄ　ｔｏ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｅ　ｔｅｍｐｏｒａｌ　ａｎｄ　ｓｐａｔｉａｌ　ｖａｒｉａｔｉｏｎ　ｃｈａｒａｃ－ｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｉｒ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｐｒｅｃｉｐ
ｉｔａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｒｕｎｏｆｆ．Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ　ｔｅｓｔ　ｆｏｒ　ｃｈａｎｇｅ　ｔｒｅｎｄ　ｏｆ　ｈｙｄｒｏｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ　ｆａｃｔｏｒｓｔｉｍｅ　ｓｅｒｉｅｓ　ｉｓ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ　ｂｙ　ｔｈｅ　Ｍａｎｎ－Ｋｅｎｄａｌｌ　ｔｅｓｔ　ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｂｏｔｈ　ａｎｎｕａｌ　ａｎｄ　ｍｏｎｔｈｌｙ　
ａｖｅｒａｇｅ　ｔｅｍ－ｐｅｒａｔｕｒｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｕｐｐｅｒ　ｒｅａｃｈｅｓ　ｏｆ　Ｊｉｎｓｈａｊｉａｎｇ　Ｂａｓｉｎ　ｗｅｎｔ　ｕｐ　ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ；ｔｈｅ　ａｎｎｕａｌ　ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｄｉｓｔｉｎｃｔｌｙ　
ｗｈｉｌｅｔｈｅ　ａｎｎｕａｌ　ｒｕｎｏｆｆ　ｈａｄ　ｎｏ　ｏｂｖｉｏｕｓ　ｖａｒｉａｔｉｏｎ　ｔｒｅｎｄ；Ｎｏ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｖａｒｉａｔｉｏｎ　ｔｒｅｎｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｎｔｈｌｙ　
ｒｕｎｏｆｆ　ｗａｓ　ｆｏｕｎｄ　ｅｘｃｅｐｔ　ａｔｔｈｅ　ｅｎｄ　ｏｆ　Ｓｐｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ　
ｏｆ　Ｓｕｍｍｅｒ．Ｋｅｙ　
ｗｏｒｄｓ：ｕｐｐｅｒ　ｒｅａｃｈｅｓ　ｏｆ　Ｊｉｎｓｈａｊｉａｎｇ　Ｂａｓｉｎ；ａｉｒ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ；ｒｕｎｏｆｆ；Ｍａｎｎ－Ｋｅｎｄａｌｌ　ｔｅｓｔ·
０１·水　电　能　源　科　学 ２０１２年。