长江上游地区气象水文要素变化趋势研究

徐 杨，蒋韵秋，兰 峰

(1.长江水利委员会长江上游水文水资源勘测局，重庆 400020；2.重庆交通大学河海学院，重庆 400074)

水文气象变化特征可反映水资源演变规律，是保证水资源合理利用及防控洪涝的依据，而地区的气象水文要素变化趋势受到许多因素的影响，其中，地域变化是影响其水文及气象的主要因素之一，近年来，许多专家学者针对地区的气象水文要素变化规律开展相关研究。

李昱岐等人以某河段为研究对象，基于线性回归分析法，对该地区的水文气象要素演变规律进行研究，结果表明，该地区的全年平均降水量级水位呈周期化变化[1]。万思思等人构件某流域的SWAT径流模型，对影响该流域水文要素变化的因素进行分析，结果表明，采用该模型对流域水文情况进行模拟的准确性较高，土地类型对于该地区的水文情况的影响较大[2]。马榕等人基于ArcGIS技术，建立某河流流域的数字高程分析模型，对该流域的水文要素进行预测，结果表明，该模型的适用性较强，可反映该流域的水系特征[3]。张顾等人基于监测数据及遥感资料，对秦淮河流域的水文要素变化特征进行分析，结果表明，随着时间的增大，该地区的年均全年平均降水量与蒸散量变化趋势较为平缓[4]。李勇刚等人以黄河下游流域为研究对象，基于实测数据与小波分析法，对该流域的水文要素演变特征进行分析，结果表明，全年平均降水量级径流量变化趋势具有一致性，均呈现周期性变化趋势，人类活动对于径流量的影响较大[5]。

本研究以长江上游地区为研究对象，基于中国气象数据网与资源与环境数据云平台等水文气象数据，采用水量平衡法，对该地区的水文气象变化规律进行研究[6-7]。

1 研究区概况

本研究以长江上游地区为研究对象，长江的源头至湖北省宜昌市之间为上游，水急滩多；宜昌至江西省湖口县为中游，曲流发达，多湖泊(鄱阳湖最大，洞庭湖次之)；湖口以下至入海口为下游。长江上游河段西起青藏高原各拉丹东，东至湖北宜昌，全长4511km，该段干支流流域覆盖面积宽广，包含青藏高原，东至湖北宜昌，北到陕西南部，南至云南以及贵州北部的广大地区。

2 研究方法

为分析该地区的水文变化规律，采用水量平衡法，对该地区的蒸发量(PE)进行计算，其计算公式如式(1)。

(1)

式中，p—平均全年平均降水量，mm；t—平均全年平均气温，℃。

土壤蓄水变化量(SD)可用于表示该地区的水资源亏缺变化规律，基于USDA-SCS法和经验值法，可得出其计算公式如式(2)。

SD=P(1-α)-PE

(2)

式中，P—年降水量，mm；α—径流系数，其取值与该地区的坡度(s)有关，见表1。

表1 径流系数与坡度关系

3 结果分析

为分析不同区域的气象水文要素演变规律，基于统计数据及水量平衡法，对该地区不同经度、纬度的全年平均气温、全年平均降水量、蒸发量及土壤蓄水变化量进行研究，不同经度下的全年平均气温变化规律如图1所示。由图可知，经度与该地区的全年平均气温呈正相关关系，随着经度的增大，该地区的全年平均气温逐渐增大，当经度小于97°时，全年平均气温的增长趋势较为平缓，其全年平均气温增长量小于5℃；当经度大于97°时，其全年平均气温增长趋势较为显著；当经度大于105°时，该地区的全年平均气温有所下降，随后变化趋势区域平缓。说明当经度为97°～105°时，经度的变化对于该地区的全年平均气温变化影响较为显著，经度与该地区的全年平均气温近似呈线性正相关关系。

图1 经度-全年平均气温曲线

不同纬度下的全年平均气温变化规律如图2所示。由图可知，纬度与该地区全年平均气温间呈负相关关系，随着纬度的增大，该地区的全年平均气温逐渐减小。随纬度的增大，当纬度为24°～31°时，该地区的全年平均气温下降趋势较为平缓，其减小量小于5℃，其全年平均气温平均减小量为0.71℃；当纬度大于31°时，该区域的全年平均气温下降趋势较为显著，其全年平均气温平均减小量为3℃，说明当纬度大于31°时，纬度对于该地区全年平均气温变化的影响较为显著。对比经度对于该地区全年平均气温的影响可得，当经度为97°～105°时，该地区的全年平均气温平均增量为1.88℃，小于纬度变化的全年平均气温减小量，说明该地区的全年平均气温主要受其所在地区纬度的影响，经度对于该地区的全年平均气温影响较小。

图2 纬度-全年平均气温曲线

为分析地域变化对于该地区全年平均降水量的影响，研究不同经度下的全年平均降水量变化规律，如图3所示。由图可知，随着经度的增大，该地区的全年平均降水量呈先增大后减小再增大的趋势，当经度为90°～102°时，经度与全年平均降水量间呈正相关关系，随着经度的增大，该地区的全年平均降水量存在短暂的下降趋势，随后其全年平均降水量逐渐增大，但是其全年平均降水量的变化趋势总体呈上升趋势，说明随着经度的增大，该地区的降雨量逐渐增大。不同经度下的全年平均降水量增量具有一致性，说明在不同经度下，经度对于降雨量的影响差异较小，在不同经度下，该地区的平均全年平均降水量增量为50mm。

图3 经度-全年平均降水量曲线

研究不同纬度下的全年平均降水量变化规律，如图4所示。由图可知，随着纬度的增大，该地区的全年平均降水量呈先增大后减小的趋势，当纬度为24°～31°时，纬度与该地区的全年平均降水量呈正相关关系，随着纬度的增大，该地区的全年平均降水量存在缓慢的上升趋势，此时该地区的平均全年平均降水量增量为25mm；当纬度大于31°时，纬度与该地区的全年平均降水量间呈负相关关系，随着纬度的增大，该地区的全年平均降水量下降趋势显著，此时该地区的平均全年平均降水量下降量为140mm，说明在不同的纬度下，纬度对于该地区的全年平均降水量影响具有一定的差异性。对比经度对该地区的全年平均降水量影响可得，当经纬度较小时，经度变化对于该地区全年平均降水量的影响较大，当经纬度大较大时，纬度对于该地区的全年平均降水量影响较大。

图4 纬度-全年平均降水量曲线

为分析地域变化对于该地区蒸发量的影响，研究不同经度下的蒸发量变化规律，如图5所示。由图可知，经度与该地区的蒸发量呈正相关关系，随着经度的增大，该地区的蒸发量逐渐增大，当经度为97°～106°时，该地区的蒸发量增长趋势较为显著，而在其余经度下，该地区的蒸发量增长趋势较为平缓，说明当经度为97°～106°时，经度对于该地区蒸发量的影响较大。对比该地区的全年平均气温变化趋势可得，经度-蒸发量曲线与经度-全年平均气温曲线的变化趋势具有一致性，说明该地区的蒸发量与其全年平均气温间存在一定的相关关系，当该地区的全年平均气温较高时，其对应的蒸发量较高，且经度对于二者的影响规律具有一致性。

图5 经度-蒸发量曲线

研究不同纬度下的蒸发量变化规律，如图6所示。由图可知，纬度与蒸发量间呈负相关关系，随着纬度的增大，该地区的蒸发量逐渐减小，当纬度为24°～31°时，该地区的蒸发量下降趋势较为平缓，其减小量小于50mm；当纬度大于31°时，该区域的蒸发量下降趋势较为显著，其蒸发量平均减小量为66mm，说明当纬度大于31°时，纬度对于该地区蒸发量变化的影响较为显著。纬度-蒸发量曲线与纬度-全年平均气温曲线的变化趋势具有一致性，这是由于，当该地区的温度较高时，该地区的水资源在高温作用下蒸发效率显著，导致其蒸发量增大，所以该地区的全年平均气温与蒸发量存在一定的相关关系。

图6 纬度-蒸发量曲线

为分析地域变化对于该地区土壤蓄水量变化量的影响，研究不同经度下的土壤蓄水量变化量的变化规律，如图7所示。由图可知，随着经度的增大，该地区的土壤蓄水变化量呈上下波动的趋势，与其他水文要素变化趋势具有一定的差异性，当经度小于97°时，经度与土壤蓄水变化量间呈正相关关系，当经度大于97°时，土壤蓄水变化量呈波动的变化趋势，说明当经度较大时，土壤蓄水变化量与经度间无明显的相关关系，经度对土壤蓄水变化量的影响较小。

图7 经度-蓄水变化量曲线

研究不同纬度下的土壤蓄水量变化量的变化规律，如图8所示。由图可知，随着纬度的增大，该地区的土壤蓄水量变化成先增大后减小的趋势，当纬度小于31°时，纬度与土壤蓄水变化量间呈正相关关系，但是其土壤蓄水变化量增长趋势较为平缓，当纬度大于31°时，纬度与土壤蓄水变化量间呈负相关关系，其土壤蓄水变化量下降趋势较为显著，说明当纬度大于31°时，纬度对于土壤蓄水变化量的影响较大。综合以上分析可得，不同水文要素曲线的变化趋势存在明显的转折点，说明地域变化对该地区的水文要素变化趋势影响显著，且当纬度大于31°时，其影响程度较为明显。

图8 纬度-蓄水变化量曲线

4 结语

本研究以长江上游地区为研究对象，基于中国气象数据网与资源与环境数据云平台等水文气象数据，对该地区的水文气象变化规律进行研究，得出以下结论。

(1)当经度为97°～105°时，经度的变化对于该地区的全年平均气温变化影响较为显著，经度与该地区的全年平均气温近似呈线性正相关关系。该地区的全年平均气温主要受其所在地区纬度的影响，经度对于该地区的全年平均气温影响较小。

(2)随着经度的增大，该地区的蒸发量逐渐增大，当经度为97°～106°时，经度对于该地区蒸发量的影响较大。