长江流域的水资源响应研究，本文主要内容关键词为：长江流域论文,水资源论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
水资源具有丰枯变化，而这种丰枯变化是受多种因子的制约和影响的。为了认识长江流域水资源丰枯变化的特点，减少水荒对区域经济可持续发展的阻碍作用，本文拟介绍长江流域水资源的丰枯变化对各种因子的响应问题，以供商榷。
1 长江流域水资源的丰枯变化对各种因子的响应
1.1 对前冬海温距平场的响应
通过分析北太平洋前冬（头年12月～当年3 月）海温距平场与长江流域水资源丰枯年份的关系，表明长江流域水资源的丰枯变化对前冬海温距平场具有较好的响应[1]。若以N表示海温正距平，L 表示海温负距平，那么根据北太平洋海温自西向东的变化情况，可以得到四种海温异常型，即NLNL型（偏丰）、LNLN型（偏枯）、NL型（特丰）和LNL 型（特枯）。如1953～1954年冬季，黑潮海域强烈增温，从西北太平洋副热带洋面起，沿着暖流方向，一直延伸到日本海均为暖水区，而东北太平洋的广阔海域几乎全为冷水区（NL型），对应的1954年汛期，长江流域出现了百年未遇的特大径流。而在1971～1972年冬季，北太平洋海温异常呈现LNL型，对应的1972年汛期，长江流域出现了少见的特枯年。
1.2 对西太平洋暖池海温异常的响应
西太平洋暖池指菲律宾东南到印尼的海温不低于28℃的区域。统计表明，西太平洋暖池海温的高低，尤其是暖池125m深区海温的高低与长江流域水资源的丰枯变化关系密切。当西太平洋暖池的海温较低时，从菲律宾经南海到中印半岛一带对流活动弱，而在日期变更线附近对流活动强，副热带高压强而偏南，并且成条状结构，长江流域因此降水偏多[2]，容易出现丰水年。相反，当西太平洋暖池的海温较高时， 长江流域容易出现枯水年。过去几十年长江流域对西太平洋暖池海温异常基本上保持这种对应关系。
1.3 对ENSO现象的响应
ENSO 现象是厄尔尼诺现象（EL Nino ）和南方涛动（SouthernOscillation）的总称。 它们是热带海洋和热带大气中孪生的灾异现象， 对全球性的大气环流和海洋状况异常都有重大的影响。 它们通过Walker环流和西太平洋副高这两个中间环节，最终导致长江流域水资源的丰枯变化。统计表明，在ENSO年，长江中下游梅雨的开始期比一般年份要推迟6天左右，持续期比常年要缩短8天以上，因而梅雨量显著减少[3]。另一统计表明，自1890年以来，在ENSO年，汉口站6～9 月平均流量和年最高水位的距平值几乎均为负值[4]。由此表明， 长江流域的枯水年与ENSO现象的关系较为密切。
1.4 对青藏高原热状况的响应
青藏高原对大气的加热和冷却作用已为许多研究所证实。在高原下垫面的冷年中，欧亚纬向环流发展而经向环流衰退，反之则经向环流发展而纬向环流衰退，从而导致水资源的丰枯循环交替[1]。 分析历年高原地区五站冬半年平均候温距平累积曲线的变化，可以归纳出五种变温型曲线，即Ⅰ：升降型曲线；Ⅱ：全升型曲线；Ⅲ：波动型曲线；Ⅳ：全降型曲线；Ⅴ：降升型曲线。而长江中下游梅雨期的降水量等级对高原冬季的变温型曲线具有较好的响应，Ⅰ、Ⅱ型主枯，Ⅳ、Ⅴ型主丰。分析还表明，高原地区头年的月平均温度与长江流域汛期降水量的相关过程具有较好的一致性，其中头年3月和8月的信度分别达到0.95和0.99。
1.5 对火山爆发的响应
强烈的火山爆发可形成全球性的尘幔。这些尘幔在高层大气中能停留数年之久。它们能强烈地反射和散射太阳辐射，在大爆发后的几个月到一年之内，直达辐射可减少10%～20%。1963年3月， 印尼的阿贡火山爆发曾引起日本1963年和1964年连续两年的冷夏，因此火山爆发产生一种使地球变冷的效应。历史上赤道地区四次强烈的火山爆发曾引起四川温度偏低，大量凝结核使降水偏多。根据历史资料分析，在火山爆发后的第二年四川盆地出现丰水年的概率为85%，第三年出现丰水年的概率为79%[5]。
1.6 对大气环流异常的响应
大气环流是制约一个地区降水发生的主要因子，因此大范围的水资源丰枯变化总是与大范围的大气环流异常联系在一起的。如1991年夏季西太平洋副热带高压强度偏强，并比常年提早近一个月北跳，副高脊线位置在5月中旬就到达19°～20°N，并一直到7月中旬仍维持在20 °～26°N之间；与此同时，亚洲西部的乌拉尔山维持着阻塞高压， 使西伯利亚冷空气频繁南下，以致冷暖空气在长江流域持续交绥，出现了长达56天的梅雨期。该区1954年的大气环流异常也与此类似，以致出现了一次长达4个月之久的由近20次暴雨过程组成的暴雨群降水。而1958年，副高脊线北跳至20°～25°N的时间过迟，跳出20°～25°N的时间又过早，以致长江流域出现了罕见的“空梅”。
1.7 对半球间宏观天气系统的响应
根据卫星云图的发展情况分析，表明长江流域水资源的丰枯变化与半球间宏观天气系统有着较为密切的关系[6]。1991年4～7月， 半球间宏观天气系统5次侵入南亚， 孟加拉国和印度等地区几次受到“飓风”和特大暴雨的袭击。这些宏观天气系统继而侵入长江流域，由于它们来自印度洋，含有大量的水分与热能，结构复杂，层结极不稳定，并带有强烈扰动，再结合该区高温高湿等有利条件，结果出现了5月19 ～25日、6月6～20日、6月25～7月15日和8月1～10日四个阶段的暴雨和特大暴雨过程。
1.8 对地球自转速率变化的响应
地球自转速率变化包括多种周期变化和不规则变化，它主要是通过形成厄尔尼诺现象来影响水资源的丰枯变化的。在地球自转速率大幅度减慢时期，由于“刹车效应”，海水和大气获得了一个向东的惯性力，从而使自东向西流动的赤道洋流和赤道信风减弱，以致赤道太平洋东部的冷水上翻减弱而发生海水增暖的厄尔尼诺现象。据研究，四川盆地西部历史上的特丰年大都发生在地球自转速率由慢变快和由快变慢的不规则运动的转折点附近[5]；长江流域发生特大径流的1991年， 也正值地球自转速率接近减慢段的终点。
1.9 对地极移动的响应
地球自转轴的方向是不断变化的，它包括长期变化、周期变化和其他变化，其中6～7年的周期变化是非常明显的[7]。 在有利的条件下，地极移动可以使海平面高度上升8～10mm， 因而它也能使大气环流发生变化。长江中下游的上海、南京、九江、芜湖和武汉五站5～8月降水距平有7年左右的周期变化；谱分析和自相关分析均表明汉口站6～9 月平均流量也有6～7年的周期变化。究其原因，在地极移动高振幅年，大气环流出现异常，亚欧大部和太平洋中纬地区经向环流指数增高，于是西风指数降低，相应的副热带高压偏南偏弱，因而长江中下游的降水增多。
1.10 对太阳黑子活动的响应
太阳黑子活动具有11年的周期变化。为了分析长江流域水资源的丰枯变化对太阳黑子活动的响应，把汉口站1865年以来的年最高水位按太阳黑子活动11年周期位相进行排列，得到该站年最高水位超过警戒水位（26.30m）的各位相次数（见下表）。从表中可以看到，该站超过警戒水位的年份主要集中在太阳黑子活动的峰年（M年）和谷年（m年）及其前后。
汉口站年最高水位超过警戒水位的次数
位相 -3 -2 -1 m +1 +2 +3 -3 -2 -1 M +1 +2 +3
次数
1
5
2 6
1
1
0
0
1
1 3
3
2
0
1.11 对太阳质子耀斑的响应
太阳质子耀斑是一种能辐射出大量高能质子的耀斑，它通过扰动地磁，使极涡南移和西太平洋副高西伸北移，最终导致长江流域水资源的丰枯变化。统计表明[8]，约有81.3 %的质子耀斑（峰值质子流量≥100pfu）事件发生后的第一个月内， 长江中下游地区雨量明显增加。1991年春夏之交，日面上连续两次出现了太阳质子耀斑。第一次出现在5月13～18日，共3个；第二次出现在5月29日～6月15日，共7个，其中6个质子耀斑的射电爆发峰值流量都大于14000sfu，为非爆发时的30倍以上。在这两次质子耀斑事件后的27天和30天，太湖、淮河流域出现了两次特大暴雨过程。
1.12 对近日点交食年的响应
在近日点，地球受太阳的吸引力最大，公转速度最快，日月食在年头、年尾出现，此种年份称为近日点交食年[9]。 一方面在近日点交食年，日月引潮力引起近日点交食年潮汐，并引起厄尔尼诺现象，另一方面在近日点地球接受的太阳辐射比在远日点多7%， 赤道暖流把吸收的热量通过黑潮送至我国沿海，且暖流蒸发也较多，增强了太平洋副高的活动能量，进而影响长江流域水资源的丰枯变化。自1860年以来，长江流域的水资源特丰年发生在近日点交食年的年份有1860、1870、1935、1945、1954和1991年等，其中1954年的年径流量为1860年以来的最大值。
1.13 对天文周期的响应
把黄道面四颗一等恒星先后与太阳、地球运行成三点一直线的四个天文奇点的太阳投影瞬时位相，看成一种天文周期。黄道面附近四颗一等亮星和太阳位于地球的两侧，视赤经相等之时为“合日”；四颗一等亮星和太阳位于地球的一侧，视赤经相差180°为“冲日”。 “合日”和“冲日”都是星、日、地三者成直线之时。这种直线关系表现为角冲日、毕合日、北河三合日、轩合日四个天文奇点的太阳投影点先后扫过地球赤道两侧留下的天文位相。天文奇点出现时，地球受到的天体引潮力达到最大值，同时大气环流也发生异常变化，从而导致水资源的丰枯变化。研究证实，已知的天文周期与长江流域水资源的丰枯变化有着较好的统计相关，相关率可达94%[10]。
1.14 对九星会聚的响应
九星会聚指地球单独位于太阳的一侧，其他行星都在太阳的另一侧，且最外两颗行星的地心张角为最小的现象[3]。 九星于冬半年会聚时，地球单独位于太阳的一侧，太阳系质心处在与地球相反的方向，地球的公转半径必然加大。此种年份的夏半年，地球也运行到太阳的另一侧，而几个巨行星（木星、土星、天王星和海王星）走得很慢，太阳系质心仍偏在太阳这一侧，使地球夏半年公转半径缩短。这就是说，在九星会聚中，地球的冬半年延长，夏半年缩短，以致北半球接受的太阳总辐射量减少。这就是九星会聚的力矩效应。这种效应累积若干年，最终导致北半球气候变冷的趋势。相反，如果九星会聚发生在夏半年，那么就会导致北半球气候变暖的趋势，使水资源出现丰枯变化。近1000年以来，长江流域1153、1368、1870和1981年的水资源丰水年都处在九星会聚的前后阶段。
1.15 对星际引力的响应
在太阳、月球和各大行星对地球的引潮力中，月球的引潮力最大，太阳次之，木星第三。虽然它们的引潮力数值很小，但当它们的方位出现冲合时，引潮力将增大，从而引起气潮变化，激发异常天气过程的形成和发展。统计表明，自1153年以来，长江中上游出现过8 次水资源特丰年，除1560年以外，其余7 次特丰年均发生在木星处于冲合或其邻近方位之时。尤其是1954年夏至前后，正值水星内伏，火星正退，土星退毕，三个星都靠近地球，叠加在一起，而力势最大的木星外伏正中，与日地在一条直线上，以致长江流域这一年出现了百年未遇的水资源特丰年。而1925年和1934年的上半年火星外伏，下半年金星外伏，蚀点为7月26日，以致长江流域出现了罕见的水资源特枯年[11]。
此外，长江流域水资源的丰枯变化对日食、极冰和水汽输送等因子也具有一定的响应。
2 结语
水资源的丰枯变化是一个研究已久的问题，也是一个长期令人困惑的难题。从上面的分析可以看到，长江流域水资源的丰枯变化是受多种因子的制约和影响的。尽管这些因子对水资源丰枯变化的影响机制目前还难以解释清楚，并且有些因子是互为因果的，但水资源的丰枯变化对这些因子都具有较好的响应。认识和掌握了水资源丰枯变化的特点，就能够为水资源的长期预测提供一定的理论依据，最终达到水资源可持续利用的目的。
收稿日期：1998－01－20