1 引言
全球变暖会加速冰雪融化、 冻土消融、 海平面上升、 极端天气发生， 不仅会破坏全球的自然生态系统， 而且威胁人类的生存。在全球变暖的大背景下， 20世纪中期以来青藏高原地区升温现象十分显著， 气候变化所造成的影响日益显现， 而温度和水分是两个核心的气候变化要素， 成为全球变化研究的重大科学问题之一。三江源地区是中国生态系统最为敏感和脆弱的地区， 对气候变化的敏感程度要高于其他地区， 近年来降水量总体呈增加趋势（刘晓琼等， 2019； 杨建平等， 2004）， 显著增温区域在玉树南部及囊谦北部， 冬季和秋季增温幅度要大于春季和夏季（易湘生等， 2011）。同时青藏高原积雪是气候异常和变化的重要指示器， 气候变化对积雪及河流径流量影响显著， 三江源地区降水量对径流的驱动作用是正值， 降水量增加则径流量增加， 降水量减少则减少， 12月至次年1月、 3 -4月气温对径流量改变的贡献率大于降水的贡献率（王珂等， 2020）， 在气温升高1.0 ℃的背景下， 降水量的增加速率低于径流量的增加速率（王顺久， 2017； 张士峰等， 2011）， 1961 -2013年11月至次年1月青藏高原积雪在1996年以前显著增加， 1996年以后转为减少趋势， 2 -4月积雪无明显变化趋势， 积雪面积总体呈减少趋势（保云涛等， 2018； 钟镇涛等， 2018； 梁鹏斌等， 2019； 姜琪等， 2020； 周晓宇， 2021； Deng et al， 2017）。此外气候变暖对青藏高原降雪量、 降雪日数、 降水的相态变化、 降水的持续性及极端性方面引起了诸多学者的关注， 青藏高原气温变化是影响降雪量和积雪日数变化的重要因素， 青海省降雪量呈减少趋势， 降雪初始日期在推迟， 降雪终止日期在提前（胡豪然和梁玲， 2013； 刘义花等， 2019； 朱小凡等， 2014； 蒋文轩等， 2016； 孟宪红等， 2020）， 青藏高原平均降雪日数和降雪量呈明显减少趋势（除多等， 2017； 张志富等， 2015； Gao et al， 2019）。
从现有的研究进展来看， 目前对降水变化及其机理研究主要集中在降水量、 降水频率和强度的变化， 而对降水持续性和相态变化等方面探索不足， 气候变暖对不同区域降水相态变化的影响及其影响机制尚有待进一步研究（翟盘茂等， 2017）。降雪作为三江源地区降水的重要组成部分， 其发生频率和强度也在改变， 进而对冰雪资源、 水资源、 冻土资源等产生深远影响。为此， 有必要深入研究三江源地区降雪、 雪雨比、 降雪日数演变特征， 不仅有助于提高三江源地区气候变化事实认识， 而且对生态环境保护及水资源评估也具有重要意义。
2 研究区域、 资料来源和方法介绍
2.1 研究区域
青海省三江源地区位于31.5°N -36.3°N， 89.4°E -102.3°E， 海拔2225~6824 m， 是黄河、 长江、 澜沧江的源头［图1 ， 该图及文中所涉及的地图是基于国家测绘地理信息局标准地图服务网站下载的审图号为GS（2019）3266的青海省底图制作， 底图无修改］。气候属大陆性干旱气候， 冬季漫长、 夏季短促。1961 -2019年三江源地区年平均气温为-0.3 ℃， 气温总体呈显著升高趋势， 升温速率为0.4 ℃·（10a）-1。自2000年后升温尤为明显， 2000 -2019年平均气温较1961-1999年偏高1.3 ℃。1961 -2019年三江源地区年平均降水量为481.0 mm， 其中澜沧江源区、 黄河源区和长江源区平均降水量分别为537.7 mm、 513.4 mm和402.9 mm。三江源地区平均降水量以12.1 mm·（10a）-1的速率增加， 2003年以来降水增加明显， 2003 -2019年平均降水量较1961 -2002年偏多12.4%。
2.2 资料来源与方法介绍
选取青海三江源地区19个气象台站降水、 气温等逐日观测资料， 从逐日降水量和逐日天气现象提取逐日降雪资料， 其中降雪资料不包括雨夹雪。气象资料考虑到台站迁徙和资料的稳定性， 选取了澜沧源区囊谦和杂多， 黄河源区包括同德、 泽库、 河南、 兴海、 玛沁、 达日、 久治、 玛多、 甘德、 班玛和贵南， 长江源区包括曲麻莱、 玉树、 五道梁、 沱沱河、 治多和清水河。此外澜沧江源区、 黄河源区、 长江源区分别采用香达水文站、 唐乃亥水文站、 直门达水文站1961 -2019年3 -5月径流量来反映三江源地区积雪消融期径流量的变化。
降雪指标： 1961 -2019年7月1日至次年6月30日三江源地区19个气象台站降雪量及降雪日数序列， 其中降雪日数是研究时段内日降雪量≥0.1 mm降雪日数的合计值。此外， 根据24 h降雪量值的大小， 划分不同等级的降雪量级： 小雪0.1~2.4 mm、 中雪2.5~4.9 mm、 大雪及以上量级5.0 mm以上。
雪雨比是降雪与降雨的比值， 能够很好地衡量降水不同相态之间的差异性。雪雨比可以作为气候变化的一种指标， 在衡量地表径流、 地面能量平衡等方面有重要作用（Wang et al， 2016）。
3 结果分析
3.1 降雪量减少趋势显著
1961 -2019年三江源地区平均降雪量为146.5 mm， 从年代际降雪量变化尺度来看， 20世纪60年代年平均降雪量为158.1 mm， 70年代年平均降雪量167.3 mm， 80年代进入平均降雪量相对偏多期， 为182.4 mm， 20世纪90年代和21世纪00年代降雪量进入偏少期， 年平均降雪量分别为157.6 mm和107.5 mm， 2000年以来降雪量骤减［图2 （a）］。1961 -2019年长江源区、 黄河源区及澜沧源区年平均降雪量依次为163.7 mm、 144.2 mm和108.7 mm ［图2 （b）~（d）］， 澜沧江源区、 黄河源区、 长江源区降雪量变化均表现为少-多-少的波动变化， 自2009年以来3个子源区平均降雪量一致表现为显著减少态势。
从空间差异来看， 黄河源区泽库、 河南、 达日、 久治、 玛多、 甘德和长江源区曲麻莱、 五道梁、 清水河降雪量为150.0~274.0 mm， 其余站点降雪量在143.0 mm以下［图3 （a）］。从三江源地区降雪量变化趋势［图3 （b）］来看， 平均降雪量以每10年14.8 mm的速率减少， 其中长江源区、 黄河源区、 澜沧江源区减少率分别为17.9 mm·（10a）-1、 13.6 mm·（10a）-1、 12.6 mm·（10a）-1。黄河源区的达日、 久治、 泽库、 玛沁和甘德、 澜沧江源区的杂多以及长江源区的曲麻莱、 沱沱河、 治多和清水河降雪量减少速率为17.0~31.7 mm·（10a）-1， 其余站点减少速率在16.9 mm·（10a）-1以下。
综上所述， 三江源地区降雪量总体呈明显减少趋势。从区域上讲， 表现为自西向东减少， 长江源区、 黄河源区的降雪量减少速率明显高于澜沧江源区。
3.2 雪雨比减少明显
积雪是高寒流域水量来源的重要组成部分， 雪雨比增减会直接影响地表积雪量的变化。雪雨比作为气候变化的指标在衡量地表径流、 地面能量平衡和冰川物质平衡等方面有极其重要的作用（侯冰飞等， 2019； 崔锦等， 2017）。通过三江源地区雪雨比分析［图4 （a）］， 近59年来三江源地区年平均雪雨比为32.4%， 以4.0%·（10a）-1的速率在减少。20世纪60~80年代平均雪雨比38.2%， 90年代雪雨比为35.8%， 21世纪00年代以来为22.2%， 占比明显减少。从3个子源区的雪雨比［图4 （b）］来看， 澜沧江源区、 黄河源区、 长江源区雪雨比依次为4.5%~36.5%、 11.2%~43.5%和16.5%~64.7%。从雪雨比变化趋势［图4 （c）］来看， 澜沧江源区雪雨比减少率为1.6%·（10a）-1~3.6%·（10a）-1， 黄河源区减少率1.2%·（10a）-1~6.5%·（10a）-1， 长江源区减少率为2.4%·（10a）-1~8.2%·（10a）-1。通过上述分析表明， 三江源地区雪雨比呈明显减少趋势， 尤其是21世纪00年代以来减少尤为明显， 其中长江源区西部、 黄河源区西部雪雨比明显减少。
3.3 降雪日数地区差异明显
1961 -2019年三江源地区降雪日数总体呈多-少波动变化， 平均降雪日数为91 天， 减少率为14 d·（10a）-1 ［图5 （a）］， 尤其是1999年以来平均降雪日数57天， 较1961 -1998年减少52天， 澜沧江源区、 黄河源区和长江源区降雪日数也存在明显差异， 平均降雪日数分别为74天、 82天和112天［图5 （b）］， 降雪日数减少率分别为13 d·（10a）-1、 11 d·（10a）-1和19 d·（10a）-1。总体来看， 长江源区降雪日数减少速率明显高于黄河源区和澜沧江源区， 这与长江源区降雪量减少速率明显高于其他两个区域的趋势一致。
三江源地区降雪日数空间分布特点为长江源区曲麻莱、 五道梁及沱沱河一带、 黄河源区中西部降雪日数多于其他地区［图6 （a）］。从各站点降雪日数来看， 囊谦、 同德、 兴海、 贵南和玉树降雪日数34~64天， 其余站点降雪日数75~142天。从三江源地区降雪日数变化趋势［图6 （b）］来看， 各地降雪日数均呈明显减少趋势， 黄河源区玛多、 甘德、 达日， 长江源区曲麻莱、 治多、 五道梁、 沱沱河、 清水河和澜沧江源区杂多降雪日数减少最为明显， 减少率为16~26 d·（10a）-1， 其余站点减少率为4~14 d·（10a）-1， 说明三江源地区各地降雪日数明显减少， 其中玛多、 甘德、 达日降雪日数减少率最为明显。
3.4 降雪量及降雪日数呈双峰型分布
三江源地区年内降雪量呈双峰型分布［图7 （a）］。三江源地区5月和6月平均降雪量分别为31.6 mm和21.9 mm， 是年内降雪量出现最多的2个月。三江源地区各月平均降雪日数占比也呈双峰型分布［图7 （b）］， 降雪日数最多是5月， 占全年降雪日数的15.3%， 其次是4月， 占比为13.7%； 其中小雪易出现在3月和4月， 占比分别为14.0%、 14.1%； 中雪、 大雪以上量级易出现在5月， 占比分别为20.2%和24.0%。由此可见， 三江源地区降雪量和降雪日数均易出现在秋季和春季中末期向夏季转换的时段内。
3.5 降雪量及降雪日数与经纬度和海拔的关系
据相关研究， 积雪的空间分布与地形等因素有密切联系（郭建平等， 2016）， 积雪是由降雪形成的覆盖地球表面上的雪层。因三江源地区降雪量、 降雪日数有着明显的地区差异， 因此进一步分析了降雪量、 降雪日数与经度、 纬度和海拔之间的相关程度（表1 ）。随着海拔的抬升， 降雪量和降雪日数随之增多， 降雪日数随着经度增加而减少， 降雪量、 降雪日数与纬度的相关性不大。
表1 三江源地区降雪量、 降雪日数与经纬度和海拔的相关系数Table 1 The coefficient of correlation of snow， snow days with latitude， longitude， elevation in Three-Rivers-Source region |
| 名称 | 纬度 | 经度 | 海拔 |
|---|---|---|---|
| 降雪量 | -0.177 | -0.036 | 0.479** |
| 小雪量 | -0.101 | -0.002 | 0.409** |
| 中雪量 | -0.090 | 0.052 | 0.351 |
| 大雪以上量级 | -0.090 | 0.051 | 0.351 |
| 降雪日数 | -0.100 | -0.447** | 0.703***** |
| 小雪日数 | -0.095 | -0.323 | 0.637***** |
| 中雪日数 | -0.106 | -0.150 | 0.565**** |
| 大雪以上量级日数 | -0.064 | 0.002 | 0.428* |
* 、 **、 ****、 *****分别表示通过了0.1、 0.05、 0.01及0.0001的信度检验 |
3.6 气候变暖对降雪的影响
受全球气候变暖影响， 三江源地区年平均气温和年最低气温增温速率分别为0.4 ℃·（10a）-1和0.5 ℃·（10a）-1 ［图8 （a）， （b）］， 其中冬季、 春季最低气温增温率为0.3~0.5 ℃·（10a）-1。总体来看， 三江源地区自20世纪90年代末期开始变暖， 21世纪00年代以来显著变暖， 其中澜沧江源区、 长江源区变暖趋势显著高于黄河源区。三江源地区变暖速率高于青藏高原增温速率（李林等， 2004； 易湘生等， 2011）。
1961 -1986年整个三江源地区平均降雪量167.9 mm， 1987 -1997年平均降雪量169.6 mm， 1998 -2019年平均降雪量109.8 mm。从1986 -1997年与1961 -1985年各站点降雪量差值［图9 （a）］来看， 黄河源区的同德、 河南、 玛沁、 久治、 玛多、 班玛和贵南降雪量增加1.7~27.3 mm， 其余站点减少5.4~23.5 mm； 长江源区降雪量减少5.6~32.6 mm； 澜沧江源区囊谦降雪量增加3.1 mm， 杂多减少2.7 mm。从1998-2019年与1986 -1997年三江源地区降雪量差值［图9 （b）］来看， 三江源地区各站点降雪量均减少， 尤其是黄河源区降雪量减少最明显， 减少35.5~103.6 mm， 其次是长江源区降雪量减少27.1~97.6 mm， 澜沧江源区降雪量减少29.1~65.5 mm。从三江源地区降雪日数不同时段差值［图9 （c）， （d）］来看， 1987 -1997年与1961 -1986年长江源区降雪日数减少最为明显（减少13~21天）， 其次是黄河源区大部（减少3~14天）， 澜沧江源区减少3~7天； 1998 -2019年与1986 -1997年降雪日数差值来看， 三江源地区各地降雪日数均减少， 其中长江源区降雪日数减少最为明显（减少41~83天）， 其次是黄河源区（减少23~72天）， 澜沧源区减少33~55天。
三江源地区属高寒地区， 降雪时段主要集中出现在春季、 秋季和冬季。通过降雪量与气温的相关分析表明： 在季节尺度上， 春季、 秋季和冬季气温与降雪量存在显著负相关关系， 据相关研究结论， 1998年是青海气温突变年份， 1998年以来气温升温趋势明显（易湘生等， 2011； 柳媛普等， 2007）， 降水量呈显著增多趋势， 尤其是2000年以来降水增多趋势明显［图8 （c）］。由此可知， 受气候变暖影响， 三江源地区液态降水增多， 固态降水减少， 随着春季、 秋季和冬季平均气温、 最低气温的升高， 研究区降雪量和降雪日数随之减少。综上所述， 降雪的多寡直接影响积雪的深浅， 气温的变化直接影响积雪的消融。受气候持续变暖影响， 研究区降雪量和降雪日数呈减少趋势， 尤其对1998年以来的降雪量及降雪日数的影响更为剧烈。
3.7 冷季降雪量对春季径流量的影响
气候变化是河川径流变化的重要原因， 降水的年际变化势必影响径流的年际变化（汤秋鸿等， 2019）。为了进一步说明春季径流量与降雪量的关系， 利用长江源区、 黄河源区、 澜沧江源代表水文站春季径流量与冷季降雪量的对比关系来反映二者之间的联系。1961 -2019年直门达站［图10 （a）］、 唐乃亥站［图10 （b）］、 香达站［图10 （c）］春季平均径流量分别为177.0 m3·s-1、 385.2 m3·s-1和73.8 m3·s-1， 其中黄河源区春季流量以11.1 m3·s-1·（10a）-1的速率减少， 而长江源区和澜沧江源区流量分别以8.4 m3·s-1·（10a）-1和2.7 m3·s-1·（10a）-1的速率在增加。黄河源区、 澜沧江源区冷季降雪量以0.1~0.7 mm·（10a）-1的速率在减少， 长江源区以0.9 mm·（10a）-1的速率在增加。从逐年降雪量与径流量的对比分析来看， 冷季降雪量多的年份， 春季径流量也随之增大。此外三江源地区春季降水量有所增加， 但雪雨比减少趋势明显， 因此液态降水有利于径流量的增加， 加之澜沧江源区、 长江源区变暖趋势显著高于黄河源区， 促使积雪融化， 一定程度上有效补充春季径流量， 致使研究区春季径流量的变化存在一定的区域性差异， 其中长江源区、 澜沧江源区流量呈增加趋势， 而黄河源区呈减少趋势， 这与孟宪红等（2020）、 刘晓娇等（2020）、 张士峰等（2011）的研究结论一致。
在高寒地区， 气温通过引起冰川和积雪消融的间接影响方式调控补给河流的径流量。从研究区冷季降雪量和径流量的相关分析结果表明（表2 ）， 降雪量与径流量存在正相关系， 尤其是3个子源区春季降雪量与径流量具有显著的正相关关系， 且春季降雪量与5月径流亦呈显著正相关关系， 三江源地区春季的雪雨比73.5%， 春季降雪量占比高， 随着气温的回升， 促使积雪消融， 有效补给5月径流量， 结合王珂等（2020）研究结论， 3 -5月融雪径流在河川径流占的比例高达60%~80%， 表明融雪径流在河川径流当中占据重要作用。此外三江源地区地处人口稀少的高海拔地区， 径流的变化更多地取决于气候变化， 冷季降雪量偏多且气温降低的时间越早， 就会延迟降雪融化形成径流量的时间， 且通过径流与降雪量的相关关系来看， 径流量相对于降雪量的响应滞后， 这与刘希胜等（2016）得出的结论一致。
表2 三江源地区降雪量与径流量的相关系数Table 2 The coefficient of correlation of snow with runoff in Three-Rivers-Source region |
| 区域 | 1月 | 2月 | 3月 | 4月 | 5月 | 10月 | 11月 | 12月 | 春季降雪量与5月径流量 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 长江源区 | 0.104 | -0.010 | 0.013 | -0.021 | 0.048 | 0.258* | 0.145 | -0.036 | 0.284* |
| 黄河源区 | -0.032 | 0.027 | -0.106 | 0.130 | 0.226 | 0.352* | 0.357 | -0.167 | 0.397* |
| 澜沧江源区 | 0.133 | 0.194 | 0.296* | 0.219 | 0.022 | 0.163 | -0.092 | 0.019 | 0.310* |
*表示通过0.05的显著性水平检验 |
4 结论
利用三江源地区19个气象站1961 -2019年逐日降水、 气温等数据， 对三江源地区降雪量、 降雪日数以及雨雪比的时空分布特征进行了分析， 并进一步探究了三江源地区降雪量与春季径流量的关系， 主要结论如下：
（1） 三江源地区降雪量总体特征表现为自西向东减少， 高海拔地区降雪量多于低海拔地区， 降雪量、 降雪日数和雪雨比均呈减少趋势， 其中长江源区西部、 黄河源区西部降雪量、 降雪日数以及雪雨比减少速率明显高于其他地区减少速率。
（2） 三江源地区各月降雪量及降雪日数均呈双峰型分布， 5月是降雪量和降雪日数出现最多的月份； 三江源地区降雪量和降雪日数主要出现在秋中末、 春季中末期以及夏初转换时段内， 其余时段相对偏少。
（3） 气候变暖是三江源地区降雪量、 降雪日数减少的主要原因， 自1998年以来， 研究区各站点降雪量均表现为减少趋势， 尤其是黄河源区各站点降雪量减少速率高于其他地区减少速率。
（4） 三江源地区年内冷季降雪量与春季径流量具有正相关关系， 冷季降雪量多的年份， 径流量也随之增大， 且径流量对于降雪量响应滞后。同时春季径流量的变化存在一定的区域性差异， 长江源区流量显著增加， 而黄河源区则为减少趋势。
此外， 由于高原上气象观测站往往建立在城镇或海拔较低的地区， 加之高原地形复杂， 难以全面地揭示三江源地区气候变化对河川径流的影响， 在降水产流及降雪对径流的响应规律的原因分析中， 本文未能对研究区下垫面及其他气象因素对径流的影响做出全面分析， 尚待今后进一步研究。