(二)开都河流域气候变化及水文响应

开都河尾闾湖——博斯腾湖湖面从1986年开始停止下降,转为上升,开都河径流增大直接导致博斯腾湖水位显著回升。

开都河流域的巴音布鲁克站位于开都河上游中心位置,反映流域上游气候状况。上游地域开阔而地势平缓,气温升高引起的冰川融水以及降雨增多使得产流增多,导致开都河径流增大。流域中游区为狭窄河谷,坡降较大、水流湍急,影响径流的主要因素为降雨,采用大山口处实测降雨来代表该区域面降雨。开都河是一条主要由大、小尤尔都斯盆地与河谷湿地汇集数十条溪沟的降水径流以及冰川融水而成的河流(图27),它的变化反映了天山南坡气候和水循环的变化状况,具有重要的指示意义。

1.开都河流域气温变化特征

1960—2005年的年平均气温观测资料表明(图28),近46年来,开都河流域上游年平均气温总体呈上升趋势,为0.167℃/10a。年平均气温变化分为高—低—高3个时段:1960—1974年,年平均气温较高,为-4.3℃;1975—1988年,是低温期,年平均气温为-5.0℃;1989—2005年,年平均气温达到-4.0℃。

1957—2005年年平均气温变化可分为两个阶段(图29):1957—1985年,是低温期,年平均气温为8.0℃,气温稳定;1986年气温迅速升高后,保持在较高水平,年平均气温为8.9℃。但21世纪初,年平均气温相对于1986年以来的高温有所降低。

2.开都河流域降水变化特征

开都河流域上游巴音布鲁克气象站所测年降水量资料表明(图30),在近50年中,1960—1988年间降水量的增加趋势不显著,但年际波动较大。1960—1972年是丰水年,年平均降水量为299.9mm;1973年降水量突然减少,1973—1988年,降水量减少,是相对前后的枯水期,年平均降水量为223.6mm,相对于1960—1972年减少了25.4%;1989—2005年,降水量增加显著,年平均降水量为297.4mm,与1960—1972年的降水量相当。

大山口水文站的年平均降水量距平表明(图31),1957—2005年可分为两个阶段:1957—1986年是枯水期,年平均降水量为96.4mm,降水无明显下降趋势;1987—2005年是丰水期,降水量在1987年突增后保持在较高水平,年平均降水量为136.1mm,比1957—2005年增加了41.2%。

3.开都河流域降水日数、积雪深度、湿度与蒸发变化

降水日数存在一个明显的下降趋势。1998—2007年期间与多年平均(219.7天)相比,减少了21.7天。但是≥5mm的降水日数并没有减少,1998—2007年期间比多年平均(15.2天)增加了1.9天。积雪日数基本没有变化,多年平均为139.3天,1991—2000年平均为137.2天,相差不大,说明影响该地区的系统性降水天气过程并没有减少,而对流性环流引起的局部降水天气有所减弱。

积雪深度方面,冬季的最大积雪深度多年平均为12.0cm,比较稳定。1981—1990年是平均最大积雪深度最大的时期。1997年1月最大积雪深度达到45cm的最高值。1991—2000年最大积雪深度都在16.0cm以下,没有明显增加。虽然冬季降水少,但由于冬半年时间长,山区积雪面积大,在夏半年能够形成有效径流,因此,稳定的积雪对地表水资源的补充和调节起着重要作用。

相对湿度是描述空气中水分含量的指标。相对湿度多年平均为69.4%,从20世纪50年代末到80年代初期有一个下降趋势,90年代以后略有增加。巴音布鲁克年蒸发量平均值为1116.8mm,80年代后年蒸发量是逐步增加的,最大为1277.1mm,出现在1998年。

4.开都河流域径流量变化

图32　表明,1960—2005年的年平均径流量总体呈上升趋势,为0.1m3/s,可分丰—枯—丰3个时段:1960—1973年为丰水期,年平均径流量为34.48m3/s;1974—1986年为枯水期,年平均径流量为29.68m3/s,比1960—1973年期间减少了13.9%;1987—2005年为丰水年,年平均径流量为36.3m3/s,比1960—1973年增加了5%。

图33　表明,1956—2005年的年平均径流量总体呈上升趋势,为0.4m3/s(0.126亿m3/a)。1956—1986年的年平均径流量呈下降趋势,为-0.8m3/s;1987—2005年上升趋势显著,为2.2m3/s,后期的上升趋势远远大于前期的下降趋势。1956—1973年间水量偏丰,年平均径流量为111.9m3/s;1974—1986年间水量偏枯,年平均径流量为94.1m3/s,比1956—1973年减少了16%;1987—2005年间水量偏丰,年平均径流量为120.9m3/s,比1956—1973年增加了8%。

5.径流量对气候变化的响应

巴音布鲁克高寒湿地地处半封闭地理环境,无外部河流流入,地表水主要来自于自然降水和四周高山冰雪融水,地表水环境受气候变化的影响很大。分别对巴音布鲁克气象站的平均气温、最高最低气温、降水、降水日数、最大积雪深度等气象因子分别与开都河的年径流量进行相关分析,其结果见表11。其中,R、P、T、S分别代表径流量、降水量、气温、积雪。

在降水要素中,年降水量相关系数最大(0.73),其次是夏半年降水量(0.69),说明夏季降水是开都河径流量的主要来源;在气温要素中,年平均气温的相关系数最大(0.36),其次是冬半年平均气温(0.22),说明冬季气温增高有利于开都河径流量的增加。