澜沧江-湄公河流域温度和降水变化趋势分析

吴 迪，赵 勇，裴源生，翟家齐

（中国水利水电科学研究院 水资源研究所，北京 100038）

1 研究背景

澜沧江-湄公河发源于中国青藏高原唐古拉山北麓，自北向南先后流经中国的青海、西藏和云南以及缅甸、老挝、泰国、柬埔寨和越南，在越南的胡志明市西部入海，是东南亚地区唯一穿越5个国家的重要国际河流，在中国境内称澜沧江，出境后称湄公河［1］。澜沧江-湄公河流域总面积81.1万km2，河流上下游较宽阔，中游狭窄，流域内地形起伏剧烈，地势复杂，气候多变。从河源到河口，干流全长4 880km，总落差5 167m，平均比降0.104%，多年平均径流量4 750亿m3，多年平均入海流量1.2万m3/s。流域水资源主要靠冰川融水和大气降水补给，受气候变化影响较大。观测记录表明，气候变化已经引起了流域温度、降水、径流和蒸发等水文气象要素的变化，使流域水资源量和干支流流量发生变化，导致海水入侵、海平面上升和干旱、洪水等极端事件频率和强度增加，同时也对流域的水库调度、航运、发电、自然生态系统（尤其是近海岸带和河口生态系统）及农业、水产养殖业等产生显著影响。

本文采用线性倾向估计、滑动平均和Mann-Kendall检验方法对流域现状温度和降水变化情势进行定量分析，从而对流域近30年来气候变化特征有一个全面的认识，为流域水资源开发利用、农业生产及生态环境保护提供科学依据。

2 资料与方法

2.1 资料综合考虑气象站点地理位置的代表性以及观测资料的同步性和完整性，选取流域内7个代表站（杂多、德钦、思茅、万象、穆达汉、猜也蓬、胡志明）30年（1980—2009年）的逐日温度和降水观测数据作为基础资料。对各站逐日平均温度、降水值进行整理，获得各月及年平均序列值，7个代表站年、月温度和降水的算术平均值作为全流域的平均。从气候和统计学意义上看，30年的时间序列可以说明流域目前气候变化情况，同时也可以获得比较可信的结果。代表站点信息及分布位置如表1和图2所示。

表1 流域代表气象站

2.2 方法本文主要采用线性倾向估计、滑动平均和Mann-Kendall检验方法［2-5］对流域平均温度和降水变化趋势进行对比分析。

2.2.1 线性倾向估计 用yi表示样本量为n的某一变量，用xi表示yi所对应的时间，建立x与y之间的一元线性回归：

式中：a为回归常数；b为回归系数，其值为上升或下降的速率即表示上升或下降的倾向度，b＞0，说明随时间x增加y呈上升趋势；b＜0，说明随时间x增加y呈下降趋势。

其显著性通过t检验进行判断，其检验统计量为：

式中：r为相关系数。统计量Tc遵从自由度（n-2）的t分布。给定显著性水平α，若 |Tc|＞Tα，则拒绝原假设H0，认为y的变化趋势是显著的。

2.2.2 滑动平均法 滑动平均是趋势拟合技术中常用的一种方法。它相当于低通滤波器，经过滑动平均后，序列中短于滑动长度的周期大大削弱，独立性和自然度降低，显示出变化趋势。对样本量为n的序列x，其滑动平均序列表示为：

式中：k为滑动长度。

2.2.3 Mann-Kendall检验法 Mann-Kendall秩次相关检验法是一种非参数统计检验方法，其优点是不需要样本遵从一定的分布，也不受少数异常值的干扰，更适用于类型变量和顺序变量，因此在水文、气象趋势分析中得到广泛应用。

假定对时间序列Xi进行M-K趋势检验，则对应的统计量τ、方差以及标准化的检验统计量ZC分别用下式进行计算：

式中：P为序列中所有对偶观测值（Xi，Xj，i＜j）中Xi＜Xj出现的次数；n为序列样本长度。

在给定的α置信水平上，如果 |ZC|≥Z(1-α2)，则拒绝零假设，时间序列数据存在明显的上升或下降趋势。其中，α为置信水平，Z(1-α2)为标准正态分布的1-α/2分位值。ZC＞0时为上升趋势，反之为下降趋势。通过计算Kendall倾向度β值来衡量趋势的大小，β值为正表示趋势上升，为负表示趋势下降，β绝对值越大表示上升或下降趋势越显著。β用下式计算：

Mann-Kendall方法不仅能够有效地检验序列的变化趋势，还能够对序列进行突变检验，大致确定序列发生突变的位置，对序列在不同阶段变化趋势进行比较详细的描述。假定时间序列随机独立，定义如下统计量：|UFk|＞U(1-α2)时，表示存在一个强的上升或下降趋势。本文采用置信度α=0.05，对流域气象要素变

式中：ri为第i个样本Xi大于Xj（2≤j≤i）的累计数。对dk标准化后得到UFk，给定显著水平α，当化趋势进行显著性检验，其对应的临界值Z（1-α/2）=1.96。

3 结果及分析

3.1 温度变化趋势

3.1.1 年际变化 图1给出了流域年平均温度及其5年滑动平均过程。由图1可见，流域多年平均温度为17.05℃，年平均温度变化呈增加趋势，线性倾向率为0.02℃/a，其增加趋势的t检验通过了0.05的显著性水平。5年滑动平均也较好的反映了温度变化的波动上升趋势。如图2所示，全流域不同年代平均温度变化也呈不断增加态势，20世纪80年代平均温度为16.87℃，到了90年代平均温度为17.04℃，较80年代增加了0.17℃；而最近10年平均温度达到了17.25℃，较80年代增加了0.21℃，增加较为明显。

图3是流域各代表站年平均温度变化趋势。由图可见：（1）流域内不同地区代表站年平均温度变化趋势并不一致，杂多、德钦和思茅站年平均温度变化均呈明显增加趋势，其趋势检验达到了0.05的显著性水平。穆达汉站年平均温度也呈增加趋势，但没有通过0.05的显著性水平检验，增加趋势不明显；万象、猜也蓬、胡志明站年平均温度呈减少趋势，都没有通过0.05的显著性水平检验，减少趋势不明显；（2）从各站5年滑动平均曲线来看，杂多、德钦和思茅站年平均温度呈较为明显的波动上升趋势，而万象和胡志明站在2000年以后温度减少趋势明显，穆达汉和猜也蓬站年平均温度滑动平均曲线基本在均值线附近上下波动，趋势并不明显；（3）流域北部高海拔地区代表站温度增加趋势明显，杂多和德钦站线性倾向率最大，均达到了0.06℃/a。这与气候变暖背景下，青藏高原地区温度增加明显是一致的［6-7］；（4）整体来看，受地理位置等综合因素影响，除个别站点温度变化表现出不显著的降温趋势外，流域年平均温度变化呈增加趋势，且北部地区温度增加幅度大于南部，表现出明显的温度随地形变化的特征。

3.1.2 季节变化 如表2所示，对流域及各代表站温度季节变化的MK检验表明：全流域不同季节温度增加趋势并不明显。温度均值比较，夏季＞春季＞秋季＞冬季，除上游源区外，流域温度季节变化不分明，但表现出较明显的温度随地形变化的特征。从不同地区代表站温度季节变化上看，其增减趋势并不一致。春、夏、秋三季流域北部杂多、德钦和思茅站温度均有显著（α=0.05）的增加趋势；而冬季除思茅站温度增加趋势明显外，杂多和德钦站温度变化趋势不明显。流域南部的万象、穆达汉、猜也蓬和胡志明站春季温度呈显著（α=0.05）减少趋势，其它季节温度变化趋势不明显。总体来看，流域北部高海拔地区四季温度增加趋势明显，而南部地区变化趋势不明显。

3.1.3 年平均温度MK值变化分析 如图4所示，对全流域及各站年平均温度序列的MK趋势分析表明：流域年平均温度呈显著上升趋势，温度倾向度β为0.20℃/10a，年平均温度MK检验通过了给定的α=0.05的显著性水平。从MK曲线可以看出，1980—1998年温度呈不明显的减少趋势，其中1982—1986年有一个明显的降温期；1998—2001年，温度呈波动上升趋势，在2002年以后温度上升尤为明显。

流域北部地区杂多、德钦和思茅站年平均温度呈显著（α=0.05）上升趋势，不同站点温度倾向度β分别为0.66℃/10a、0.56℃/10a和0.43℃/10a，表明高海拔地区站点温度增加趋势明显。从MK值变化曲线来看，3站温度变化阶段基本一致。1980—1994年温度呈不明显的减少趋势，1994—2000年，温度呈增加趋势，在2000年以后温度增加趋势更为明显。

流域南部地区万象、穆达汉、猜也蓬和胡志明站年平均温度变化呈减少趋势。万象和胡志明站年平均温度减少趋势显著（α=0.05），而穆达汉和猜也蓬站年平均温度没有通过α=0.05的显著性水平检验，减少趋势不明显。4站温度倾向度β分别为-0.08℃/10a、0.04℃/10a、-0.06℃/10a和-0.12℃/10a。

从MK曲线可以看出，4站温度变化增减阶段并不一致，胡志明站1990—2000年温度呈增加趋势，其余年份温度呈减少趋势，但温度增减趋势都不显著。穆达汉站年均温度变化呈减少趋势，但1980—1998年温度减少趋势明显，从1998年以后温度减少趋势并不显著。穆达汉和猜也蓬站年均温度变化呈减少趋势，1980—1998年温度减少趋势明显，从1998年以后温度减少趋势并不显著。胡志明站年均温度变化呈不显著的减少趋势，1988—1992年有一个明显的增温期，但趋势并不明显。

表2 温度季节变化趋势MK检验

表3 年平均温度变化趋势MK检验统计

3.2 降水

3.2.1 年际变化趋势 图5是流域年平均降水及其5年滑动平均过程。由图5可见，流域多年平均降水量为1 143mm，年平均降水变化呈显著（α=0.05）增加趋势，其线性倾向率为10.49mm/a，降水5年滑动平均曲线大致呈“增加-减少-增加”的趋势。从不同年代多年平均降水变化来看（如图6所示），20世纪80年代年平均降水量为1 199mm，90年代平均降水量为1 187mm，而最近10年平均降水量为1 229mm，其降水年代变化趋势与滑动平均一致，但降水年代间变化不大。

图7是各代表站年平均降水及其5年滑动平均过程，可以看出：（1）流域不同地区代表站年平均降水变化趋势并不一致，流域北部地区杂多和思茅站降水呈减少趋势，线性倾向率分别为-0.96mm/a和-4.73mm/a，而德钦站降水呈增加趋势，线性倾向率为1.82mm/a，但3站降水增减趋势均未通过0.05显著性水平的t检验；除穆达汉站，流域南部地区万象、猜也蓬和胡志明站年均降水均呈显著（α=0.05）增加趋势，其线性倾向率分别为30.75mm/a、11.69mm/a和36.88mm/a。（2）全流域不同地区降水变化趋势和强度并不一致，北部高海拔地区站点降水呈减少趋势，而南部平原区站点降水呈明显增加趋势。受地理位置、海拔高度、大气环流和局地小气候等综合因素的影响，降水变化较为复杂［8-9］。

3.2.2 季节变化趋势 澜沧江-湄公河流域位于亚洲热带季风区的中心，每年5—9月底受西南季风影响，潮湿多雨；11月—翌年3月中旬受东北季风影响，干燥少雨，因此将流域全年降水划分为两个阶段，即雨季（5月—10月）和旱季（11月—翌年4月）。图8是流域年、雨季和旱季降水年际变化过程。由图可见，流域雨季多年平均降水量为975mm，占全年降水的85%，而旱季多年平均降水量仅为168mm，仅占全年降水的15%，雨季降水年际变化过程与全年降水变化基本一致，雨季降水多少直接影响流域全年降水的变化，这种降水年内分配的不均匀性也容易导致流域雨季洪涝和旱季干旱的发生。

从降水季节MK统计检验结果看，流域雨季降水增加趋势明显，而旱季降水增加不明显。从区域上看，流域北部地区雨季降水增减趋势并不明显，而南部地区的万象和胡志明站降水增加趋势明显；流域北部地区旱季降水减少趋势不明显，而南部地区降水增加趋势也不明显。

表4 代表站降水季节变化趋势MK检验

3.2.3 年平均降水MK值变化分析 从图9和表5可知，流域多年平均降水呈显著（α=0.05）上升趋势，年平均降水倾向度β为12.89mm/a。从降水MK曲线可以看出，1993年以前降水呈减少趋势，尤其是1980—1988年降水减少趋势显著。1993年以后降水呈不显著的增加趋势，但2005年以后降水增加趋势明显。

流域北部地区杂多、思茅和穆达汉3站降水变化均呈不显著（α=0.05）减少趋势，其降水倾向度β分别为-0.17mm/a、-2.49mm/a和-3.69mm/a。

流域南部地区德钦、万象、猜也蓬和胡志明4站降水变化较为复杂，从表5可以看出：（1）德钦站降水呈不显著（α=0.05）增加趋势，其降水倾向度β为2.11mm/a；从降水MK曲线可以看出，1996年以前降水呈减少趋势，尤其在1987年以前降水减少趋势明显。1996年以后，降水呈不显著的增加趋势；（2）万象站降水呈显著（α=0.05）增加趋势，其降水倾向度β为30.76mm/a；从MK变化曲线可以看出，在1993年以前降水呈减少趋势，尤其是在1980—1985年降水减少显著；在1993年以后降水呈增加趋势，在1998—2009年降水增加趋势明显；（3）猜也蓬站降水呈不显著（α=0.05）的增加趋势，降水倾向度β为10.14mm/a。从MK曲线可以看出，在1989年以前降水呈不明显的减少趋势，而在1989年以后降水呈不明显的增加趋势；（4）胡志明站降水呈显著（α=0.05）增加趋势，其降水倾向度β为43.93mm/a。从MK曲线可以看出，在1995年以前降水呈减少趋势，尤其是1992年以前，降水减少趋势显著；在1995年以后降水呈不明显增加趋势，但2006年以后的最近几年降水增加趋势明显。

表5 年平均降水变化趋势检验统计

4 结论

通过对澜沧江-湄公河流域7个代表站近30年温度和降水观测资料的统计分析，可以初步得到以下几点结论：（1）流域年平均温度变化呈明显增加趋势，线性倾向率为0.02℃/a；不同地区（不同经纬度和海拔高度）气象站年平均温度变化增减趋势并不一致，北部高寒高海拔地区温度增加幅度明显大于南部平原区。从年平均温度MK值变化可以看出，流域北部地区气象站在20世纪80年代基本处于变化趋势不显著的降温阶段，从90年代开始温度呈增加趋势，而最近10年温度增加趋势尤为明显；流域南部地区气象站呈降温趋势，个别站点在80、90年代温度减少趋势明显。（2）流域不同季节温度增加趋势并不显著，温度季节变化不分明，但温度随地形变化较为明显。从不同地区代表站温度季节变化上看，其增减趋势并不一致。流域北部高寒高海拔地区各季节温度增加趋势较为明显，而南部地区温度季节变化趋势不显著。（3）流域年平均降水呈显著增加趋势，线性倾向率为10.49mm/a；年平均降水在不同年代呈现出“增加-减少-增加”的趋势，与5年滑动平均趋势基本一致。由于受地形地势、大气环流、局地小气候等综合因素影响，流域降水变化较为复杂，不同地区降水增减变化趋势也不一致。从年平均降水MK值变化过程看，20世纪80年代流域各站降水变化呈减少趋势，90年代后各站降水变化趋势有增有减，但总体变化趋势不显著。（4）流域雨季降水占全年降水比重较大，达到了85%，而旱季降水仅占全年降水的15%，因此雨季降水的多少直接影响流域全年降水的变化。降水季节MK统计检验结果也表明全流域雨季降水增加趋势明显，而旱季降水增加趋势不显著。

总之，人类活动导致温室气体排放的增加所产生的“温室效应”是促使全球升温的主要原因，在全球变暖的影响下，流域温度呈显著增加趋势；而全球海洋变暖引起的大气中水汽含量增加，以及流域所处的地理位置和多种季风环流的影响，可能是导致流域降水增加的主要原因，但降水变化较为复杂，还需要进行大量的观测和更深入的研究。

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