長江流域降水徑流的年代際變化分析(

1、長江流域降水徑流的年代際變化分析( 沈滸英 （長江水利委員會水文局,武漢 430010） 提 要 應用 1951-2001 年長江流域年、季降水量資料、1885-2001 年梅雨量資料以及一百多年以來長江重要控制站宜昌、漢口、大通年徑流量資料，對長江流域降水徑流的年代際變化、氣候轉折以及降水徑流的變化趨勢進行了分析研究.反映出長江流域夏季降水將有更加集中的趨勢，即降水時間更集中、強度趨向于更大，對防洪不利.據(jù)趨勢預測，宜昌、漢口徑流量有減少的趨勢，大通徑流量有增加的趨勢.關鍵詞 降水 徑流 年代際變化 氣候趨勢 長江流域分類號 P426.61+4長江是我國的第一大河，長江流域水文氣候變化是許多

2、人非常關注的課題之一.本文的目標是通過對降水、徑流變化規(guī)律的研究，揭示長江流域的水文氣候變化以及氣候異常發(fā)生的規(guī)律，同時也揭示了長江流域徑流量的變化規(guī)律和趨勢變化.對科學地防汛決策、水利工程調度以及水資源的有效利用也有重要意義. 1 國內外研究現(xiàn)狀1.1 全球氣候變化左右.不過這個變暖在時間尺度上并不是均勻的.NOAA 環(huán)境實驗室氣候研究組使用了大約 5 千個測站的資料，提出了一個較有代表性的全球陸地平均降水量序列：從 19 世紀末到 20 世紀前 15a 降水偏少，以后雖有波動但無明顯多雨期.1950 年代到 1960 年代前半期，及 1970 年代到 1980 年代初為多雨期.從長期趨勢看

3、，近百年有變濕的傾向，但在時間、空間尺度上并不是均勻的.這似乎與全球變暖的結論一致，即全球氣候變暖水分循環(huán)加強降水量增加，但進一步分析發(fā)現(xiàn)氣溫與降水年代際的變化并不完全一致1. 1.2 中國的氣候變化 .2 長江流域降水的氣候趨勢2.1 分析方法在氣候趨勢分析中，直線是最常用來表征氣候變化的演變趨勢的，分析水文氣象要素時間序列時，以時間為自變量、以要素為因變量建立一元回歸方程，即直線方程.其直線 2003-07-10 收稿;2003-11-18 收修改稿.沈滸英,女, 1963 年生，碩士，高級工程師，email:.即為序列的直線變化趨勢，在序列變化圖上也可以繪出其擬合直線，從圖中看出趨勢演變

4、是增加還是減少.其趨勢變化也可以用直線的斜率的符號及大小來度量其演變趨勢是增加還是減少的程度2. 2.2 年、季降水量變化趨勢應用 1951-2001 年長江流域面平均降水量資料建立直線方程，方程中的直線斜率即為降水量的線性趨勢項，列于表 1 中.由此分析流域內年、季降水量的氣候趨勢.表 1 各區(qū)面平均雨量氣候趨勢變率（mm/10a）Tab.1Variation Rate of Climatic Trend of Average Rainfall (mm/10a)區(qū)域春季（3-5 月）夏季 6-8 月）秋季（9-11 月）冬季 （12-2 月）全年宜昌以上-2.87-0.74-6.830.93

5、-9.51漢口以上-8.684.00-5.660.52-9.82大通以上-10.926.22-5.470.22-9.95 . .值得注意的是，長江流域年降水量呈減少的趨勢，然而夏季降水量卻呈增加的趨勢，這一事實反映出長江流域夏季降水將有更加集中的趨勢，即降水時間更集中、強度趨向于更大，對防洪不利.2.3 雨量的年代際變化全流域降水量由大通以上流域雨量表示，分析 1951-2001 年長江流域降水量資料可以得到，1950 年代為多雨年代，1970、1980 年代為少雨年代，1960、1990 年代屬基本正常；宜昌以上流域降水量在 1950、1960 年代都為多雨年代，1970、1990 年代為少

6、雨年代，1980 年代基本正常；漢口以上流域降水量在 1950、1960 年代為多雨年代，1970 年代為少雨年代 ，1980、1990 年代為正常偏少年代(表 2). 表 2 長江流域各區(qū)年代際雨量(mm)距平 Tab.2 Decadal Scale Rainfall(mm) of the Yangtze River Basin年代19501960197019801990宜昌以上29.512.8-23.4-1.6-17.7漢口以上22.917.9-15.9-8.6-9.5大通以上34.13.8-16.9-12.2-1.63 梅雨的年代際變化對長江中下游干流五站梅雨量的時間序列作分析.在分析氣

7、候變化趨勢與突變時，使用低通濾波方法，它是把序列高頻分量濾去以便突出長期或氣候變化趨勢的一種方法，常用的低通濾波方法是對序列作滑動平均.這里用 5a 滑動平均，以消除 5a 內短周期的影響，揭示出序列的周期變化特點；此外用 3 階多項式擬合作了梅雨量序列的年代際趨勢預測 .分析表明梅雨量演變有明顯的階段性 .1880 年代后期屬多梅雨期，1885-1890 年的6a 中有三年豐梅年；1890 年代為少梅雨期，十年中有 8a 梅雨量偏少，但有 1 年（1896年）梅雨量特多；20 世紀初 1900 至 1910 年代是長江中下游地區(qū)的多梅雨期，20a 中有14a 為豐梅年；1920 年代-198

8、0 年代為少梅雨階段，1990 年代為多梅雨期.根據(jù)趨勢分析，2000 年代（本文指 2001-2010 年）仍將是梅雨量偏豐的年代.05001000150020002500300035004000188518951905191519251935194519551965197519851995年份梅雨量(mm)圖 1 1885-2001 年梅雨量Fig.1 The change of Bai-u between 1885 and 2001圖 1 中折線為 1885-2001 年長江中下游干流五站梅雨量序列，粗折線為 5a 滑動平均.根據(jù)分析得到近 20a 來梅雨量偏多，與長江中下游以及洞庭湖、

9、鄱陽湖地區(qū)夏季降水量偏多的趨勢是一致的.4 徑流量的年代際變化長江屬雨洪型河流，年平均流量可以真實的反映長江流域氣候的干濕、旱澇的變化特征和氣候趨勢.長江干流控制站宜昌、漢口站有一百多年的流量觀測資料.連續(xù)完整的長期資料序列是進行氣候分析研究的基礎.4.1 宜昌站徑流量的變化特征及趨勢100001100012000130001400015000160001700018000190001881189119011911192119311941195119611971198119912001年流量(m3/s)圖 2 1881-2001 年宜昌站年平均流量Fig.2 Annual mean runof

10、f of Yichang Section between 1881 and 2001宜昌站 1881-2001 年的年平均流量的氣候趨勢分析顯示年徑流量呈減少趨勢，直線斜率為 9.3，即平均每一百年減少 930m3/s（見圖 2，圖中點線為年平均流量，折線為 5a滑動平均，粗直線為線性趨勢）. 宜昌年徑流量自 1880 年代-1940 年代及 1960 年代均為徑流偏豐年代，其中 1910 年代為最多，1900 年代為其次，1880 年代排第三.1950 年代、1970 年代-1990 年代相對均為徑流偏少年代（即枯水年代） ，其中 1970 年代為最少，其次是 1990 年代，第三為 195

11、0年代.因此，長江上游年徑流量的變化與前面提到的全球降水或全國降水的年代際變化中，1950，1970 年代降水偏多的趨勢是相反的.分析近百年來宜昌年徑流量年代際變率變化（圖略） ，宜昌年徑流在向逐漸減少的趨勢發(fā)展.在逐年變化過程中，宜昌流量自 1970 年代以來，在 100 多年的歷史演變中明顯處于相對偏枯時期，1881-1970 年間的多年均值為14430m3/s，1971-2001 年期間均值為 13680 m3/s，可以說 1970 年代以后流量比之前減少了 750 m3/s.當然流量減少過程是相當緩慢的，而且在逐漸減少的過程中并不能排除有個別年份出現(xiàn)徑流量較大的可能.基于這種觀點，預測

12、 2000 年代仍處在年徑流偏少的年代.4.2 漢口站徑流量的變化特征及趨勢1865-2001 年漢口年平均流量逐年演變圖（圖 3，圖中點線為年平均流量，折線為 5a滑動平均，粗直線為線性趨勢）分析，其氣候變化呈下降趨勢，平均 100a 流量減少1480m3/s.其中，1960 年代以后，漢口流量在逾 100a 以來的歷史演變中明顯處于偏枯階段，1961-2001 年期間的均值為 22560 m3/s，比 1865-1960 年間的均值 23700 m3/s 少1140m3/s.1400016000180002000022000240002600028000300003200018651875

13、188518951905191519251935194519551965197519851995年流量(m3/s)圖 3 1865-2001 年漢口站年平均流量Fig.3 Annual mean runoff of Hankou Section between 1865 and 20014.3 大通站年徑流量的變化特征及趨勢20000250003000035000400004500019501955196019651970197519801985199019952000年流量(m3/s)圖 4 1950-2001 年大通站年平均流量Fig.4 Annual mean runoff of Dat

14、ong Section between 1950 and 2001大通站 1950 年以后才有連續(xù)的流量資料，對 1950-2001 年的年平均流量的年代際變化趨勢分析，1950 年代為徑流偏豐年代，1960-1970 年代為徑流偏枯年代，1990 年代又轉為徑流偏豐年代（圖略）.1970-1990 年代的變化趨勢與漢口站相同，1970 年代達到最低，1980、1990 年代呈上升趨勢.比較 1950-1990 年代大通站流量與同時期長江中下游梅雨量的變化趨勢，兩者趨勢非常相似.根據(jù)趨勢預測，2000 年代大通站年徑流量將是偏豐趨勢.由于資料時間序列不同，大通站與宜昌、漢口站難以做比較.4.4

15、 宜昌、漢口站徑流量比較根據(jù) 1881-2001 年長江上游控制站宜昌站和長江中游控制站漢口站年平均流量的時間序列分布（圖略） ，用低通濾波平滑掉 5a 以下的時間周期后，可見長江中、上游的這 2 個重要控制站近百年來存在著明顯的周期變化.漢口站流量的振幅大于宜昌站，而這 2 個站的周期變化基本上是同位相的. 對宜昌、漢口站年徑流量序列（1881-2001 年）進行線性擬合，揭示出長江上游宜昌站年平均流量的演變呈減少的趨勢，減少幅度為平均每 100a 流量減少 930.36m3/s.漢口站年平均流量的氣候變化也呈下降趨勢，平均 100a 流量減少 1710.6m3/s.由于宜昌、漢口站平均流量

16、多年均值不同，與各自均值比較，宜昌站流量遞減百分率為 6.34，漢口站流量遞減百分率為 7.35，漢口站流量的遞減速度大于宜昌站.通過比較可以看到，宜昌、漢口年徑流量的變化趨勢是比較一致的，即都有逐漸減少的趨勢.并且在逾 100a 的趨勢演變中，長江中、上游在 1960、1970 年代以后年徑流量都有明顯轉為偏枯的趨勢.從以上分析得出，1960、1970 年代為長江中、上游地區(qū)水文氣候的轉折期.4.5 降水量與徑流量年代際變化的比較對各個年代的降水量與徑流量進行比較，1950 年代長江流域（大通以上）雨量和徑流量均為正距平，降水和徑流量距平符號一致.1970 年代和 1980 年代全流域雨量偏

17、少、徑流量偏少為干旱年代，降水量和徑流量距平符號也呈一致性，均為負距平.1960 年代全流域降雨量正常略偏多為正距平，徑流量正常略偏少，但雨量和徑流量值在均值附近，并沒有太大的矛盾.1990 年代降水量正常略偏少，而徑流量卻明顯偏多見表 3.表 3 降雨量與徑流量的年代際變化比較*Tab.3Comparison on the decadal scale variation of rainfall and runoff年代大通流量 Q（m3/s）大通以上降雨量 R（mm）195037734.11960-1233.81970-1633-16.91980-423-12.219901857-1.6均值

18、285631099*表中 19501990 年代數(shù)據(jù)代表流量或降雨量的距平值.按自然規(guī)律降水量偏多必然導致徑流量偏多.根據(jù)統(tǒng)計分析，1950 年代、1970 年代、1980 年代降水距平和徑流量距平符號一致，符合這種規(guī)律.特別是 1970 年代由于長江流域干旱比較嚴重，土壤嚴重缺水，降水量儲留作為農業(yè)灌溉用水等原因使一部分降水量不能變成河流徑流量流出.1990 年代，在降水量屬基本正常的情況下，徑流量明顯偏多，造成徑流量大大多于降水量的原因可能比較復雜，主要原因是降水時空分布不均，夏季降水時間更集中、強度趨向于更大，導致產流量增大.5 結論通過對長江流域降水量與徑流量的分析，初步得到以下結論：

19、（1）對 1951-2001 年流域降水量的趨勢分析，長江流域年降水量的遞減率趨勢為平均每十年減少 9.95mm，長江流域降水遞減率高于全國同期降水遞減率.但（3）通過分析長江干流宜昌站、漢口站一百多年的年徑流量，指出長江中、上游在1960、1970 年代以后都有明顯轉為徑流偏枯的趨勢，由此認為，1960、1970 年代為長江中上游地區(qū)的氣候轉折期.據(jù)趨勢預測，宜昌、漢口站徑流量將有減少趨勢，而大通站徑流量呈增加的趨勢.參 考 文 獻12黃嘉佑編著. 統(tǒng)計動力分析與預報. 北京: 氣象出版社, 1993:143The Decadal Scale Variation of Rainfall-Runoff in the Yangtze River BasinSHEN Huying（）AbstractThe decadal scale variation of rainfall-runoff as well a