标题

Size: px

Start display at page:

Download "标题"

窕巴
5 years ago
Views:

1 生态学杂志 Chinese Journal of Ecology 摇 2012,31(10): 摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇 * 近 51 年来三江源区降水变化的空间差异李珊珊摇 ** 张明军摇汪宝龙摇李小飞摇骆书飞 ( 西北师范大学地理与环境科学学院, 兰州 ) 摘摇要摇利用年三江源区 12 个气象站的降水资料, 通过气候线性趋势分析 5 年滑动平均 IDW 插值法 Morlet 小波分析和 R / S 分析法对该区降水量的时空变化特征进行了分析, 并探讨了降水量变化趋势结果表明 : 三江源区年降水量总体呈现增加趋势, 具体表现为 20 世纪和 90 年代降水量偏低,80 年代明显偏高,2000 年以后显著增多 ; 从季节变化来看, 春季夏季和冬季降水量均呈增加趋势, 尤其春季增加显著, 而秋季降水量呈减少趋势, 不同流域的季节变化趋势不尽相同 ; 空间变化上, 三江源区绝大部分地区的降水量呈增加趋势, 表现为北高南低, 东西差异明显, 同时不同季节的空间变化存在差异 ; 不同流域降水量在一定的时间序列中存在不同周期变化 ; 三江源区年降水量和各季节降水量的未来变化趋势与过去基本一致, 但各流域降水的持续性强度有所不同关键词摇三江源区 ; 降水 ; 空间差异 ; Morlet 小波分析 ; R / S 分析中图分类号摇 P 摇文献标识码摇 A 摇文章编号摇 (2012) Spatial difference of precipitation variation in Three 鄄 River headwaters region of China in recent 51 years. LI Shan 鄄 shan, ZHANG Ming 鄄 jun **, WANG Bao 鄄 long, LI Xiao 鄄 fei, LUO Shu 鄄 fei (College of Geography and Environment Sciences, Northwest Normal University, Lanzhou , China). Chinese Journal of Ecology, 2012, 31(10): Abstract: Based on the precipitation data from 12 meteorological stations in the Three 鄄 River headwaters region, and by the methods of climatic linear regression, 5 鄄 year moving average, inverse distance weighted ( IDW) interpolation, Morlet wavelet analysis, and rescaled range analysis, this paper analyzed the spatiotemporal variations of precipitation and its future tendency in this region. In , the annual precipitation in this region presented an overall increasing trend, being lower in the 1960s, 1970s, and 1990s, obviously higher in the 1980s, and markedly increased after The precipitation in spring, summer, and winter, especially in spring, exhibited an increasing trend, but that in autumn had a decreasing trend. The variation trend of the precipitation in different catchments was not the same in four seasons. In most areas of this region, the precipitation had an increasing trend, being higher in the north and lower in the south, but less difference in the east and west. The precipitation in different catchments had different vibration periods during a certain time series. A similar variation trend was observed in the annual and seasonal precipitation in the region between the past and the future, but the continual strength of the precipitation somewhat differed with the catchments. Key words: the Three 鄄 River headwaters region; precipitation; spatial difference; Morlet wavelet analysis; rescaled range analysis. 摇摇全球气候变化是当今世界各国普遍关注的热点问题之一, 据政府间气候变化专门委员会 ( Intergov 鄄 ernmental Panel on Climate Change,IPCC)2007 年第 * 国家自然科学基金项目 ( ) 和教育部新世纪优秀人才支持计划项目 (NCET 鄄 10 鄄 0019) 资助 ** 通讯作者 E 鄄 mail: mjzhang2004@ 163. com 收稿日期 : 2012 鄄 03 鄄 14 摇摇接受日期 : 2012 鄄 07 鄄 04 四次评估报告, 全球地表温度过去 100 年升高了 0 郾 74 益,20 世纪 90 年代气温变暖明显加速, 其中年为 20 世纪最暖时期, 预计 21 世纪末全球气温可能升高 1 郾 1 ~ 6 郾 4 益 ( IPCC,2007) 在全球变暖背景下, 中国气候已发生了显著改变, 不少学者对此已经做了大量的研究工作 ( 吴绍洪等, 2005; 卢鹤立等,2007; 贾文雄等,2008; 李宗省等,

2636 摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇生态学杂志摇第 31 卷摇第 10 期摇 2010; 王胜等,2011; 张运福等,2011) 根据唐国利和任国玉 (2005) 的研究, 中国近百年来气温上升幅度约为 0 郾 79 益, 增温速率约为 0 郾 08 益 10 a -1, 近 50 年来增温尤其明显而降水量近 50 年来整体呈减少趋势, 但西部降水量增加趋势明显,

2 2636 摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇生态学杂志摇第 31 卷摇第 10 期摇 2010; 王胜等,2011; 张运福等,2011) 根据唐国利和任国玉 (2005) 的研究, 中国近百年来气温上升幅度约为 0 郾 79 益, 增温速率约为 0 郾 08 益 10 a -1, 近 50 年来增温尤其明显而降水量近 50 年来整体呈减少趋势, 但西部降水量增加趋势明显, 其中西北地区增加最为显著 ( 施雅风等,2003; 叶柏生等,2004; 任朝霞和杨达源,2007 ) 研究表明 ( 吴绍洪等, 2005; 周宁芳等,2005), 青藏高原降水也表现为这一变化趋势青藏高原作为全球气候变化的敏感区域, 一直以来是人们研究气候变化的热点地区 ( 刘光生等, 2010) 作为一个独特复杂的地理单元, 中国学者对该区气候变化做了大量的研究 ( 杜军和马玉才, 2004; 吴绍洪等,2005; 卢鹤立等,2007) 其中, 杜军和马玉才 (2004) 研究表明,20 世纪 60 年代初 80 年代中后期, 青藏高原为相对暖干时期, 从 20 世纪 80 年代后期开始, 青藏高原进入相对暖湿时期三江源区位于青藏高原腹地, 为长江黄河和澜沧江的源头汇水区, 自然生态环境脆弱, 对全国东亚地区乃至全球气候变化及生态平衡起着极其重要的作用, 一直是人们所关注的焦点 ( 刘玲等,2009; 张士锋等,2011) 近年来, 三江源区出现湖泊萎缩河流干涸和冰川退缩等水资源问题以及草场退化土地沙化盐渍化和水土流失等生态环境问题 ( 汪青春等,2007); 同时, 该地区不断增加的人口与人类生产活动, 使得该区域生态环境恶化加速, 造成长江与黄河下游地区生态环境严重恶化, 如长江中下游的持续干旱 ( 刘毅,2011), 黄河下游的断流 ( 李政海等,2007), 严重制约中下游地区社会经济的健康发展 ; 另外, 降水量的变化相对于气温而言要复杂的多, 对该区降水变化趋势的研究还存在争议 ( 杜军和马玉才,2004; 吴绍洪等,2005) 三江源区处于亚洲水塔的腹地, 各源区降水变化差异会强烈作用于不同流域的水循环过程, 但有关各源区降水周期变化以及未来趋势情况分析还不多特别近年来, 随着全球变暖降水变率加快的情况下, 有必要应用最新的气候资料对其降水各流域间的特征差异及未来变化进行研究因此, 本文选择三江源地区实测资料序列最长的 12 个气象站, 对该地区年降水变化特征周期变化和未来不同地区年季的降水变化进行详细探讨, 以便为三江源区的水资源可持续开发利用生态保护和建设提供参考 1 摇研究地区与研究方法 1 郾 1 摇研究区概况三江源区位于中国的西部的青海省南部, 地处青藏高原腹地, 为长江黄河和澜沧江 ( 流出国后叫湄公河 ) 的源头汇水区, 平均海拔 3500 ~ 4800 m 总面积为 30 郾 25 伊 10 4 km 2, 约占青海省总面积的 43% 其中, 黄河源区长江源区澜沧江源区分别对黄河长江澜沧江总水量的贡献率达 49% 25% 15% 该区是典型的高原大陆性气候, 冷热两季交替干湿两季分明, 年平均气温为 -5 郾 38 ~ 4 郾 14 益, 年平均降水量为 262 郾 2 ~ 772 郾 8 mm, 年蒸发量为 730 ~ 1700 mm 1 郾 2 摇数据来源依据资料的连续性及最长时段性等标准, 共选取符合条件的气象站 12 个 ( 图 1) 地面气象站的年总降水量和各季节降水资料由中国气象局国家气象信息中心 ( http: / / www 郾 nmic 郾 gov 郾 cn) 提供, 并且经过了较为严格的质量控制, 包括极值检验和时间一致性检验为了尽可能保证所有气象站数据资料长度的均一和稳定性, 气象资料时间跨度一致取为年在资料处理之前, 对气象站进行区域划分, 伍道梁托托河曲麻莱玉树和清水河属于长江源区, 玛多河南达日久治和兴海属于黄河源区, 杂多和囊谦属于澜沧江源区, 以区域各站点的平均序列代表该地区的降水序列季节的划分采用气象季节, 即 3 5 月为春季,6 8 月为夏季,9 11 月为秋季,12 翌年 2 月为冬季 1 郾 3 摇研究方法采取线性倾向估计法分析气候变化趋势, 计算过程采用最小二乘法进行估计, 所得倾向率用来分析要素的年际变化趋势在 ArcGIS 环境下通过反距离加权插值法 ( IDW) 绘制出降水量的空间分布图 1 摇三江源区气象站点分布示意图 Fig. 1 摇 Distribution of meteorological stations in the Three 鄄 River headwaters region

3 李珊珊等 : 近 51 年来三江源区降水变化的空间差异图, 进行年降水量和各季节降水量的空间差异分析最后运用 Morlet 小波分析法对三江源区降水变化进行了周期分析, 并在此基础上应用 R / S 分析法尝试预测了未来该地区降水变化的情形 Morlet 小波系数的实部包含给定时间和尺度下, 相对于其他时间和尺度, 信号的强度和位相两方面的信息 ( 纪忠萍等,1999); 小波系数的模平方能够消除使用实型小波变换系数时产生的虚假振荡, 从而更真实地反映时间序列中各尺度的周期特征 ( 郝春沣和贾仰文, 2010) R / S 分析法近年来在地学等领域已被广泛应用 ( 赵晶等,2000; 罗隆诚等,2007), 其分析法的主要原理为 : 考虑一个时间序列 { 灼 (t)},t = 1, 2,, 对于任意正整数子逸 1, 定义均值系列 : 掖灼业子 = 1 子移灼 (t) 摇摇 ( 子 = 1,2, ) 子 t = 1 累积离差为 : 摇子 X(t, 子 ) = 移 ( 灼 (t) - 掖灼业子 ) t = 1 (1 臆 t 臆子 ) 极差为 : R ( 子 ) = max X ( t, 子 ) - min X ( t, 子 ) 1 臆 t 臆子 1 臆 t 臆子 ( 子 = 1,2, ) 标准差为 : S( 子 ) = 子 1 2 [ 移 ( 灼 (t) - 掖灼业子 ) ] 子 t = 1 ( 子 = 1,2, ) 现考虑比值 R( t) / S( 子 ) 劬 R / S, 若存在如下关系 :R / S 邑子 H, 则说明所分析的时间序列存在 Hurst 现象 H 值 (H 称为 Hurst 指数 ) 可根据计算出的子值和 R / S 值, 在双坐标系 (ln 子,ln R / S) 中用最小二 H 乘法拟合式 R / S 邑子得到根据 H 值的大小, 可以判断该时间序列是完全随机的抑或是存在趋势性成分趋势性成分表现为持续性, 还是反持续性对应于不同的 Hurst 指数 H(0 <H<1), 存在以下几种情况 :1)H = 0 郾 5 表示时间序列相互独立, 完全随机, 任意时刻 t 的数值与过去历史资料无关 ;2)0 郾 5<H< 1 表明时间序列具有长期相关的特征, 即具有持续性, 反映在气候因子上, 则表明未来的气候变化将与过去的变化一致,H 越接近 1, 持续性越强 ;3)0<H< 0 郾 5 表明时间序列具有长期相关性, 但将来的总趋势与过去相反, 即过程具有相反的持续性在该情况下, 未来的气候变化总体趋势将与过去相反 2 摇结果与分析 2 郾 1 摇不同流域降水的年代际变化三江源区年降水量在 20 世纪 60 年代 70 年代 2637 和 90 年代降水量总体呈偏低之势, 其中, 降水量自 60 年代以来表现为逐渐减少,80 年代明显偏高, 之后逐渐减少,2000 年以后则又显著增多 ( 表 1) 年降水量的年代际变化起伏明显, 且在不同的流域表现出不同的趋势 :60 年代和 70 年代澜沧江源区表现为最低长江源区次之黄河源区最高, 而且黄河源区 60 年代降水量为正距平 ;80 年代则与以上两个时段相反, 但降水量都偏高 ;90 年代长江源区相对较低, 低于多年均值 23 郾 97 mm, 澜沧江源区较高, 黄河源区居中 ; 年黄河源区最低, 其次为澜沧江源区, 长江源区最高, 与多年均值相差 29 郾 07 mm 摇摇年降水量季节年代际变化表现为, 春季 60 年代和 70 年代降水量偏低, 其他时段明显偏高 ;3 个流域在 60 年代均为负距平, 其中澜沧江源区降水最少, 比多年均值少 18 郾 68 mm;70 年代长江源区和黄河源区偏低, 澜沧江源区偏高 ;80 年代正好与 70 年代相反,90 年代长江源区偏低黄河源区和澜沧江源区则偏高 ; 年黄河源区偏低长江源区和澜沧江源区偏高, 且澜沧江源区降水量比多年均值高 19 郾 21 mm 夏季则 70 年代 90 年代偏低, 其他时段偏高,80 年代降水量达到最大 ; 从流域看, 60 年代只有长江源区为负距平, 澜沧江源区相对偏高 ;70 年代都为负距平, 澜沧江源区比多年均值少 26 郾 06 mm;80 年代都偏高, 澜沧江源区比多年均值高 21 郾 17 mm;90 年代都为负距平, 长江源区相对较低 ; 年都为正距平, 长江源区相对偏高表 1 摇三江源区年季降水的年代际变化 (mm) Table 1 摇 Inter 鄄 decadal variation of the annual and seasonal precipitation in the Three 鄄 River headwaters region 研究区年份全年春季夏季秋季冬季长江源区郾 08-7 郾 84-1 郾 06 0 郾 29-1 郾郾 51-0 郾 57-7 郾 05-3 郾 81-0 郾郾 49 5 郾 00 7 郾 51 5 郾 86 0 郾郾 97-2 郾郾 59-5 郾 79 2 郾郾 07 5 郾郾 45 3 郾 13-0 郾 72 黄河源区郾 96-5 郾 52 4 郾 91 7 郾 41-2 郾郾 46-2 郾 64-1 郾 57 2 郾 65-1 郾郾 69 5 郾 36 7 郾 00 6 郾 15 0 郾郾 60 4 郾郾郾 31 3 郾郾 20-1 郾 35 2 郾 25 1 郾 91 0 郾 23 澜沧江源区郾郾郾 87-6 郾 35-5 郾郾 91 0 郾郾 06 6 郾 74 2 郾郾郾郾 17 9 郾 83-0 郾郾 13 7 郾郾 81-6 郾 87 5 郾郾郾 21 8 郾 02-3 郾 05-0 郾 74

4 2638 摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇生态学杂志摇第 31 卷摇第 10 期摇秋季, 只有 90 年代的降水量偏低,60 年代澜沧江源区相对偏低, 黄河源区较高 ;70 年代长江源区偏低, 澜沧江源区最高 ;80 年代都偏高, 澜沧江源区比多年均值多 9 郾 83 mm;90 年代都偏低, 黄河源区比多年均值少 18 郾 31 mm, 年与 60 年代相似, 但长江源区最高冬季降水量的年代际变化表现出,60 年代 70 年代和年偏低,80 和 90 年代偏高 ; 各流域表现为,60 年代澜沧江源区相对较低, 比多年均值少 5 郾 73 mm, 长江源区次之黄河源区居中 ;70 年代黄河源区和长江源区偏低, 澜沧江源区最高 ;80 年代只有澜沧江源区为负距平, 长江源区最高 ;90 年代与 60 年代正好相反, 但都为正距平, 澜沧江源区比多年均值多 5 郾 34 mm; 年只有黄河源区为正距平, 澜沧江源区最低 2 郾 2 摇不同流域降水的年际变化近 51 年, 整个三江源区年降水量呈现增加趋势, 但各流域年降水量变化趋势不尽相同其中长江源区和澜沧江源区表现为非常明显的上升趋势, 其年际变化倾向率分别为 6 郾 60 和 7 郾 56 mm 10 a -1, 而黄河源区呈不显著的下降趋势, 其年际变化倾向率为 -0 郾 35 mm 10 a -1 尽管长江源区和澜沧江源区同样都为上升趋势, 但并没有表现出相同的变化模式, 长江源区 80 年代以前波动平缓, 之后有短暂的增加, 但持续时间不长,80 年代中期有所减少, 直到 90 年代中期又开始增加,21 世纪以来降水增加显著 ; 澜沧江源区变化趋势相对平缓黄河源区 80 年代以前波动平稳, 年显著减少, 但进入 21 世纪继续上升, 近几年又有下降趋势 ( 图 2) 三江源区春季降水量呈上升趋势, 其在长江源区黄河源区和澜沧江源区都呈上升趋势, 其年际变化倾向率分别为 2 郾 58 1 郾 88 和 7 郾 46 mm 10 a -1, 其中长江源区通过了琢 = 0 郾 05 显著性水平检验, 澜沧江源区则通过了琢 = 0 郾 001 显著性水平检验, 而黄河源区没有通过显著性检验 ; 长江源区整体波动平稳, 年代有两次明显增加, 之后出现短暂下降, 近年来维持平稳增加态势 ; 黄河源区与长江源区整体变化相似,90 年代中期以来有所不同 ; 澜沧江源区起伏最明显夏季降水量整体呈上升趋势, 但其降水变化的区域差异较大, 其中长江源区和黄河源区 80 年代之前波状上升, 之后持续下降, 直到 1995 年之后显著增加 ; 澜沧江源区处于缓慢降低态势, 进入新世纪后降水出现增加 ; 长江源区和黄河源区分别以 2 郾 82 和 0 郾 38 mm 10 a -1 的速度上升, 而澜沧江源区夏季降水量以 -0 郾 81 mm 10 a -1 的速度减少秋季降水量整体呈略微下降趋势, 但其在长江源区却呈上升趋势, 其年际变化倾向率为 0 郾 53 mm 10 a -1 ; 黄河源区和澜沧江源区都呈下降趋势, 其年际变化倾向率分别为 - 2 郾 88 和 - 0 郾 40 mm 10 a -1 ; 从变化幅度来看, 黄河源区下降趋势相对明显, 长江源区和澜沧江源区变化趋势均相对平缓冬季降水量整体呈略微上升趋势, 其在长江源区黄河源区和澜沧江源区都呈增加趋势, 年际变化倾向率分别为 0 郾 46 0 郾 90 和 1 郾 16 mm 10 a -1, 其中黄河源区通过了琢 = 0 郾 05 显著性水平检验 ; 长江源区在 1995 年之前呈波状上升趋势, 之后明显下降, 尤其近几年来降水减少明显, 黄河源区和澜沧江源区的变化趋势与长江源区相似, 但黄河源区 1995 年之前波动平缓 2 郾 3 摇三江源区降水变化的空间特征因不同的经纬度地形起伏和不同季风环流的交替等因素影响, 降水量区域性差异明显且变化复杂 ( 陈忠等,2003) 年, 三江源区的年降水量除玉树河南久治地区外, 绝大多数地区降水量呈增加趋势, 但增加幅度有很大的区域差异 ( 图 3), 其增加幅度在 1 郾 51 ~ 17 郾 86 mm 10 a -1 ; 以伍道梁 (17 郾 86 mm 10 a -1 ) 增加最大, 其次为玛多, 达到 14 郾 11 mm 10 a -1 ; 降水量减少主要集中在黄河源区, 其中久治降水量减少最快, 达 17 郾 9 mm 10 a -1 摇摇三江源区年降水量空间差异显著, 整体表现为北高南低, 东西差异明显, 但其内部各流域空间变化也不尽相同三江源区的降水量在不同季节空间差异 ( 图 4) 表现在 :1) 与年均降水量倾向率相比, 春季降水量除河南地区外均呈增多趋势, 增加幅度在 0 郾 2 ~ 8 郾 24 mm 10 a -1 ; 澜沧江源区降水量涨幅最大, 囊谦与杂多为降水量高值区, 分别为 8 郾 24 6 郾 68 mm 10 a -1 2) 夏季降水量变化与年降水量变化趋势相似, 但其差异更加明显, 这是因为夏季是季风水汽最为丰富和强盛的时节, 突破了地势起伏的约束 ( 李宗省等,2010); 与春季降水量倾向率相比, 最显著的特征是降水量增加地区明显减少, 且增幅最大区与降幅最大区都位于三江源区的边缘地带 ; 降水量减幅在 1 郾 77 ~ 9 郾 70 mm 10 a -1, 尤其以河南减幅最大 3) 与夏季降水量倾向率相比较而言, 秋季降水量出现大幅度的减少, 主要表现在黄河源区和澜

5 李珊珊等 : 近 51 年来三江源区降水变化的空间差异 2639 图 2 摇年三江源区降水年际变化趋势 Fig. 2 摇 Inter 鄄 annual variation of precipitation in Three 鄄 River headwaters region during 沧江源区, 减少幅度在 2 郾 27 ~ 9 郾 24 mm 10 a -1 ; 杂多与达日降水量出现了减少, 而玉树与河南降水量的减幅放缓, 但囊谦与清水河却呈增加状态 4) 冬季降水量总体呈上升趋势, 但上升幅度不大, 在 0 郾 17 ~ 2 郾 06 mm 10 a -1, 其中以杂多增幅最大 ; 与秋季降水量倾向率相比, 冬季降水量增加区与减少区一样多总之, 三江源区春季夏季和冬季降水量以增加为主要趋势, 其中春季增加幅度较大, 冬季增加幅度较小 ; 而秋季降水量主要呈现减少趋势 3 摇降水量变化的周期分析图 5 为年三江源区各流域年降水量变化的复值 Morlet 小波变换系数的实部与模平方时频分布图, 通过两者的结合来进行周期分析从图 5a 可以看出, 长江源区降水量的周期变化十分显著, 在整个时间序列中存在 5 年左右 13 年左右和 22 年左右的周期振荡, 其中 13 年左右的周期振动比较明显同时, 在年也存在着 3 年左

2640 摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇生态学杂志摇第 31 卷摇第 10 期摇右的周期小波变换系数的实部在周期分析中存在着虚假振荡, 为了进一步验证周期变化的稳定性, 我们做了小波系数的模平方时频分布图, 如图 5b 所示可以看出,13 年左右时间尺度的振荡能量最强, 但是不集中, 主要发生在 1967 1990 年, 其振荡中心出现在 1980 年 ; 发生于

6 2640 摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇生态学杂志摇第 31 卷摇第 10 期摇右的周期小波变换系数的实部在周期分析中存在着虚假振荡, 为了进一步验证周期变化的稳定性, 我们做了小波系数的模平方时频分布图, 如图 5b 所示可以看出,13 年左右时间尺度的振荡能量最强, 但是不集中, 主要发生在年, 其振荡中心出现在 1980 年 ; 发生于年的振荡表现为 3 年左右的尺度, 其能量较大, 且能量较为集中, 振荡中心出现于 1988 年 ; 另外,5 年左右尺度的周期变化也有所体现, 主要出现于 1965 年之前年和 2003 年之后, 但其能量均较弱摇摇从黄河源区近 51 年降水量变化小波变换系数实部时频分布来看 ( 图 5c), 黄河源区年际和年代际周期变化都具有明显的时域特征, 在整个时间序列中存在 6 年左右 13 年左右和 20 年左右的周期振荡, 其中 20 年左右的周期在年表现较弱, 而其余时间内表现都很显著 ; 同时, 在整个时间序列也存在着 3 年左右不明显的周期振荡图 5d 为黄河源区小波变化系数模平方时频分布示意图, 由图可知, 黄河源区的各尺度的周期振荡能量都较强, 其中以 6 年左右尺度的周期振荡最为强烈, 能量也较为集中, 主要发生于年澜沧江源区在整个时间序列中存在 4 年左右 8 年左右 13 年左右和 20 年左右的周期振荡 ( 图 5e) 该区小波变化系数模平方时频分布示意如图 5f 所示,4 年左右尺度的周期振荡最为强烈, 能量也较为集中, 分别发生于年和 1982 年之后 ;8 年左右周期振荡能量较大, 但不集中综上所述, 在不同流域降水量变化的周期分析中, 小波变换系数的模平方和实部所表现的周期变化时频特征基本一致, 保证了三江源区降水量变化周期的稳定性 ; 各流域降水在一定的时间序列中存在不同周期变化, 且周期振荡比较明显 ; 与此同时, 在不同时间尺度上所反映的降水偏多和偏少结构也是不一样的 4 摇降水量变化的未来趋势预测研究发现,Hurst 指数值能很好地揭示出时间序列中的趋势性成分, 且能够根据 Hurst 值的大小判断趋势性成分的强度 ( 赵晶等,2000) 通过对三江源区近 51 年降水量和各季节降水量运用 R / S 分析法进行计算 ( 表 2) 结果表明, 所有的值都介于 0 郾 5 ~ 1, 具有 Hurst 现象, 长程相关特征表现为持续表 2 摇三江源区降水量的 Hurst 指数 Table 2 摇 Hurst indexes of the precipitation in the Three 鄄 River headwaters region 全年春季夏季秋季冬季长江源区 0 郾郾郾郾郾 7874 黄河源区 0 郾郾郾郾郾 8302 澜沧江源区 0 郾郾郾郾郾 5886 图 3 摇年三江源区年降水量变化倾向率空间分布示意图 Fig. 3 摇 Spatial distribution of the annual precipitation vari 鄄 ation in Three 鄄 River headwaters region during 图 4 摇年三江源区季降水量变化倾向率空间分布示意图 Fig. 4 摇 Spatial distribution of the seasonal precipitation variation in Three 鄄 River headwaters region during

李珊珊等:近 51 年来三江源区降水变化的空间差异 2641 图 5摇三江源区各流域年降水量变化的复值 Morlet 小波变换系数的实部(

5摇 Real part of the Morlet wavelet analysis ( a, c, e) and the modulus

the Three鄄River headwaters region 性,即未来变化将与过去的变化趋势一致从年降

升趋势,预示将来总体趋势仍将持续上升,以澜沧江域降水变化存在着明显的空间差异,未来降水变化未来上升趋势最大;而黄河源区过去降水量为下降

看,各源区在春季和冬季长江源区和黄河源区在夏蒸发和陆地上的蒸散,进而促使地气水分循环加快季以及长江源区在秋季过去降水量呈上升趋势,预

论通过对三江源区近 51 年来年及各季降水时空 ( 施雅风等,2003) 而造成春季降水量增加,则与

7 李珊珊等:近 51 年来三江源区降水变化的空间差异 2641 图 5摇三江源区各流域年降水量变化的复值 Morlet 小波变换系数的实部( a c e) 与模平方( b d f) 时频分布示意图 Fig. 5摇 Real part of the Morlet wavelet analysis ( a, c, e) and the modulus square ( b, d, f) of the annual precipitation in different basins of the Three鄄River headwaters region 性,即未来变化将与过去的变化趋势一致从年降变化趋势分析,结果表明,年降水量呈现增加趋势, 水量来看,长江源区和澜沧江源区过去降水量为上其春季降水表现出统计意义上的增加趋势,且各流升趋势,预示将来总体趋势仍将持续上升,以澜沧江域降水变化存在着明显的空间差异,未来降水变化未来上升趋势最大;而黄河源区过去降水量为下降趋势与过去变化基本一致事实上,三江源区年降趋势,未来将继续下降,但强度不大从各季节来水量的增加,也是由全球变暖导致,从而加强了海洋看,各源区在春季和冬季长江源区和黄河源区在夏蒸发和陆地上的蒸散,进而促使地气水分循环加快季以及长江源区在秋季过去降水量呈上升趋势,预示未来将继续上升,以黄河源区在冬季持续性最强; 而澜沧江源区在夏季和秋季以及黄河源区在秋季过去降水量呈下降趋势,未来将继续下降 5摇讨摇论通过对三江源区近 51 年来年及各季降水时空 ( 施雅风等,2003) 而造成春季降水量增加,则与中国西北地区西风偏弱,南风偏强,有利于源自印度洋及西太平洋的南方水汽向北输送密切相关( 李栋梁等,2003) 三江源区年降水量表现出北高南低, 东西差异明显,其阿尼玛卿山和巴颜喀拉山南麓,受来自孟加拉湾的暖湿气流在此地形的抬升和热力作用下易形成低涡和切变线等降水系统,雨量充沛而

8 2642 摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇生态学杂志摇第 31 卷摇第 10 期摇稳定, 也因此而拦截了大量的水汽导致它们以北地区降水量相对较少且不稳定, 地形是导致三江源区年降水量空间差异的主要影响因子 ( 李林等, 2004) 另外, 高原地区年降水的局地特征非常显著, 区域差异比较大, 这也因高原地区特殊的地理位置决定, 不仅受到东亚季风系统的影响, 同时也受到印度季风高原自身的季风和西风带系统的影响, 降水比较复杂 ; 高原的动力及热力作用对高原上的降水也是有影响的 ( 李生辰,2007) 与大尺度相比, 三江源区内部各流域的降水差异也较大其中, 长江源头从各拉丹冬到楚玛尔河口, 从昆仑山脉到唐古拉山脉, 地跨不同的地形地貌且地势差异较大, 使其源区内降水时空分布很不均匀 ( 王辉等,2010); 黄河源区的降水主要源于孟加拉湾暖湿气流带来的印度洋水汽, 在西南季风和地形作用的影响下, 气流由孟加拉湾沿澜沧江, 金沙江河谷进入该源区, 且因河源区地势, 使得水汽输送过程补充很少, 因而气流抵达时水汽含量甚微, 降水量随之减少 ( 樊萍等, 2004) 另外, 在全球气候变暖背景下, 青藏高原不同地区海拔高度和下垫面的差异导致三江源区各流域增温幅度不同, 从而造成冰川与积雪反馈作用的速度不同, 这也是可能原因之一 ( 易湘生等,2011) 此外, 本文所揭示的降水量的增加及其周期变化对青海三江源地区生态环境水资源及社会经济等诸多方面已经产生了明显的影响 ( 李林等, 2004) 水分是制约其蓄积量和生物量变化的主要因子 ( 李晓东等,2011); 而植物的初级生产量几乎与降水量存在线性关系, 即随着降水量的增加, 植物生产量也随之增加 ( 赵串串等,2009) 可见该地区降水的变化对生物的生长尤为重要其次, 从降水与河流补给关系来看, 三江源区河流以降水为主要补给, 年内分配也主要受降水的影响, 季节性变化剧烈, 降水对径流的驱动作用为正值, 即降水增加则径流增加, 降水减少则径流减少 ( 张士锋等,2011) 另外, 一些研究也发现, 流域内降水空间分布不均匀对径流量的影响十分明显, 而时间分配不均匀对其影响却并不显著 ( 张士锋和贾绍凤,2001); 而且, 在一些小流域内, 降水量的时空上的分布不均, 会造成水沙关系变化幅度加大 ( 乔光建等,2010); 尤其在我国三大江源头的三江源区, 降水的均匀性及不均匀性分布对河川径流的影响更值得研究因此, 对降水均匀度的波动周期和空间变化规律分析, 是今后该区域研究中需要重点关注的问题 6 摇结摇论三江源区年降水量呈现增加趋势, 但在 20 世纪 60 年代 70 年代和 90 年代降水量总体呈偏低之势 ; 降水量自 60 年代以来表现为逐渐减少,80 年代明显偏高, 之后逐渐减少,2000 年以后则又显著增多 ; 从季节变化来看, 春季秋季和冬季降水量均呈增加趋势, 以春季增加幅度较大, 而秋季降水量以减少趋势为主 ; 且不同流域年季变化趋势也不一致从空间变化上看, 绝大多数地区降水量呈增加趋势, 表现为北高南低, 东西差异明显 ; 且在不同的季节降水量变化趋势也表现出很大的空间差异, 其中, 春季夏季和冬季大部分地区降水量呈增加趋势, 而秋季则以减少趋势为主各区域年降水量在不同的时间序列中存在着长短不同的周期振荡, 且周期振荡比较明显 ; 与此同时, 在不同时间尺度上所反映的降水偏多和偏少结构是不一样的对三江源区近 51 年降水量和各季节降水量的 R / S 分析表明, 所有的值都介于 0 郾 5 ~ 1, 具有 Hurst 现象, 长程相关特征表现为持续性, 即未来变化将与过去的变化趋势一致, 但不同流域持续性强度存在明显差异参考文献陈摇忠, 陈华芳, 王建力, 等重庆市降水量的时空变化. 西南师范大学学报 ( 自然科学版 ), 28(4): 杜摇军, 马玉才西藏高原降水变化趋势的气候分析. 地理学报, 59(3): 樊摇萍, 王得祥, 祁如英黄河源区气候特征及其变化分析. 青海大学学报, 22(1): 郝春沣, 贾仰文海河流域近 50 年气候变化特征及规律分析. 中国水利水电科学研究院学报, 8(1): 39-43, 51. 纪忠萍, 谷德军, 谢炯光广州近百年来气候变化的多时间尺度分析. 热带气象学报, 15(1): 贾文雄, 何元庆, 李宗省, 等祁连山区气候变化的区域差异特征及突变分析. 地理学报, 63 (3): 李摇林, 朱西德, 周陆生, 等三江源地区气候变化及其对生态环境的影响. 气象, 30(8): 李栋梁, 魏摇丽, 蔡摇英, 等中国西北现代气候变化事实与未来趋势展望. 冰川冻土, 25(2): 李生辰, 徐摇亮, 郭英香, 等近 34 a 青藏高原年降水变化及其分区. 中国沙漠, 27(2):

9 李珊珊等 : 近 51 年来三江源区降水变化的空间差异 2643 李晓东, 傅摇华, 李凤霞, 等气候变化对西北地区生态环境影响的若干进展. 草业科学, 28 (2): 李政海, 王海梅, 韩国栋黄河下游断流研究进展. 生态环境, 16(2): 李宗省, 何元庆, 辛惠娟, 等我国横断山区年气温和降水时空变化特征. 地理学报, 65(5): 刘摇玲, 高素华, 王兰宁三江源地区气候突变及未来演变趋势分析. 自然灾害学报, 18(3): 刘摇毅长江中下游为何持续干旱. 人民日报, (9). 刘光生, 王根绪, 胡宏昌, 等长江黄河源区近 45 年气候变化特征分析. 资源科学, 32(8): 卢鹤立, 邵全琴, 刘纪远, 等近 44 年来青藏高原夏季降水的时空分布特征. 地理学报, 62(9): 罗隆诚, 冯新灵, 陈摇峰, 等南充近 50 年极端气候变化研究. 绵阳师范学院学报, 26(8): 乔光建, 岳树堂, 陈峨印降水量时空分布不均对水沙关系影响分析. 水文, 30(1): 任朝霞, 杨达源西北干旱区近 50 年气候变化特征与趋势. 地球科学与环境学报, 29(1): 施雅风, 沈永平, 李栋梁, 等中国西北气候由暖干向暖湿转型的特征和趋势探讨. 第四纪研究, 23(2): 唐国利, 任国玉近百年中国地表气温变化趋势的再分析. 气候与环境研究, 10(4): 汪青春, 秦宁生, 唐红玉, 等青海高原近 44 年来气候变化的事实及其特征. 干旱区研究, 24 (2): 王摇辉, 甘艳辉, 马兴华, 等长江源区气候变化及其对生态环境的影响分析. 青海科技, (2): 王摇胜, 谢五三, 唐为安, 等年淮河流域昼夜降水变化特征. 生态学杂志, 30 (12): 吴绍洪, 尹云鹤, 郑摇度, 等青藏高原近 30 年气候变化趋势. 地理学报, 60(1): 叶柏生, 李摇翀, 杨大庆, 等我国过去 50 a 来降水变化趋势及其对水资源的影响 ( I): 年系列. 冰川冻土, 26(5): 易湘生, 尹衍雨, 李国胜, 等青海三江源地区近 50 年来的气温变化. 地理学报, 66(11): 张士锋, 华摇东, 孟秀敬, 等三江源气候变化及其对径流的驱动分析. 地理学报, 66(1): 张士锋, 贾绍凤降水不均匀性对黄河天然径流量的影响. 地理科学进展, 20(4): 张运福, 严晓瑜, 赵春雨, 等辽宁省 5 9 月降水日变化特征. 生态学杂志, 30(7): 赵摇晶, 王乃昂, 杨淑华兰州城市化气候效应的 R / S 分析. 兰州大学学报 ( 自然科学版 ), 36 (6): 赵串串, 杨晓阳, 张凤臣, 等三江源区森林植被对气候变化响应的研究分析. 干旱区资源与环境, 23(2): 周宁芳, 秦宁生, 屠其璞, 等近 50 年青藏高原地面气温变化的区域特征分析. 高原气象, 24 (3): IPCC Climate Change 2007: Impacts, Adaptation, and Vulnerability. Summary for Policymakers. Report of Work 鄄 ing Group 域 of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge: Cambridge University Press. 作者简介摇李珊珊, 女,1987 年生, 硕士研究生, 主要从事全球环境变化方面的研究 E 鄄 mail: ccxxzzss1115@ 163. com 责任编辑摇李凤芹

mm 400 mm 15 mm EOF mm/10a Fig. 1 Distributions

mm 400 mm 15 mm EOF mm/10a Fig. 1 Distributions 7 2 2011 3 ADVANCES IN CLIMATE CHANGE RESEARCH Vol. 7 No. 2 March 2011 1673-1719 (2011) 02-0097-07 1961 2007 77 5 5 6 2 3 8 11 1980 1980 1990 2015 8 11 P426.6 A 7.86% 4 50 0.35 5 6 19 7 8 9 1 1906 2005