安国英等：云南大理地区1989—2019年期间气候变化及对洱海水质的影响
云南大理地区1989—2019年期间气候变化及对洱海水质的影响
安国英,郭兆成,叶佩
（中国自然资源航空物探遥感中心,北京100083）
摘 要
依据1989年至2019年云南大理地区所辖12个气象站点的气候数据和洱海水质监测资料等文献,分析大理地区气候变化特征和洱海富营养化变化趋势,并总结洱海水质综合营养状态指数与降水量、气温的相互关系。结果表明,1989年至2019年期间,大理地区的年平均气温呈波动上升趋势,气候变暖明显,冬季气温升温幅度最大;年降水量总体呈波动下降趋势,秋季降水量减少最为显著。洱海水质的综合营养状态指数及单因子总氮、总磷、高锰酸盐指数等总体呈升高趋势,而水体透明度呈降低趋势;进一步可分成2个阶段,即2003年之前呈快速上升或下降变化趋势;2003年之后呈波动稳定趋势。洱海综合营养状态指数与年平均气温呈正相关,与年降水量呈负相关关系;总氮、水体透明度分别与年平均气温正相关和负相关,与年降水量则呈负相关和正相关;而总磷与冬季平均气温、高锰酸盐指数与夏季或冬季平均气温均呈正相关关系。年内变化上,洱海污染指数、综合营养状态指数在最近的2015—2019年期间呈现6—10月份明显增高,显示非汛期水质明显好于汛期状况。总之,1989—2019年期间,受大理地区气温升高、降水量减少导致入湖水量减少的影响,洱海综合营养状态指数呈升高趋势,湖泊富营养化进程加剧状况没有得到改善,洱海水环境仍然比较脆弱。
关键词
气候变化;水环境;湖泊富营养化;洱海;大理地区
0 引 言
水是基础性的自然资源和战略性的经济资源,水资源的可持续利用是经济和社会可持续发展极为重要的保证。大气降水作为地表水资源的主要来源,决定着流域内的补径排等,不仅影响湖泊每年的水资源量和水环境,而且对区域社会经济发展、环境建设与生态环境治理和恢复有重要意义。大气降水是云南大理地区满足生产、生活用水的地表水主要来源,也是湖塘、窖、池等蓄水的主要水源。洱海地处大理地区的中心地带,大气降水通过地表径流、湖面降水及地下径流进入湖泊,构成其主要水源。气候作为构成生态地质条件的自然要素之一,对掌握国土空间生态状况变化及统筹实施山水林田湖草整体保护、系统修复有重要意义。为科学评估生态系统退化、受损和恢复力程度,中国地质调查局实施了相关的生态地质调查项目。在实施的滇西北生态地质调查项目中,亦将影响生态地质的气候变化进行研究,并将之与洱海水质变化的关系进行探讨,以期为该区生态系统保护、修复建议提供参考。
在全球气候普遍变暖的大背景下,对于大理地区的气候变化,不同学者以不同气候观测资料为基础,进行统计分析。有学者以大理气象站资料为基础,分析了1951—2010年近60年间大理地区的气温变化,认为1991年之前大理地区气温降低,而1991年之后显著增温且升温幅度达到0.058 ℃/a,明显高于同期中国平均气温的增加幅度,期间年总降水量没有明显增加或减少的趋势[1]。而依据苍山十八溪流域4个气象点的降水量观测资料的分析结论,1951—2013年的60多年时间内降水量总趋势在减少,2009年以后进入新的少雨期[2]。另外,根据对洱海流域内1948—2015年雨量站资料分析得出降水量呈逐年减少的趋势,为汛期降水量减少所致,并且年际变化存在丰-枯-丰等多个循环交替[3]。其他研究者认为,进入20世纪90年代之后大理地区呈现气温显著升高、降水量明显减少的趋势或波动变化的极端变化[4⇓-6]。在气候变化对水的影响方面,前人研究主要集中在降水偏多、水资源多,或气温偏低、水资源偏多,或水资源随着气温变高而减少等方面[7⇓⇓⇓⇓⇓-13]。如,洱海流域1961—2010年期间水资源量与降水量之间有显著的正相关关系、与气温呈明显的负相关关系[7];洱海净入湖水量与降水量之间存在稳定的相关性[8-9];洱海年内总磷变化与运行水位存在很好的相关关系,运行水位高时,湖泊总磷低,反之总磷增高[10];年内6至10月份随着降水量增加,水质指数相对较高[10-11],总氮、总磷、藻类、高锰酸盐指数出现峰值[10⇓⇓-13]等。上述研究集中反映气候变化情况与洱海水资源的关系及年内汛期降水对水质污染情况的影响,而考虑长时间序列的气候变化对洱海水质影响的研究成果尚不多见。本文利用最近31年(1989—2019)的大理地区12个气象站资料和多年来洱海水质监测资料,分析气温和降水变化的特征,总结气候变化对洱海水质的影响,为同行和其他研究者提供参考。
1 研究区概况
云南大理地区位于青藏高原东南缘,坐标范围为98°52'—101°03'E、24°41'—26°42'N,行政区划属大理白族自治州(图1);地处东亚水汽通道上游和孟加拉湾西南季风带的迎风区,具有高原湖泊、大型山脉、盆地、谷地等多种地貌特征,属典型的低纬度高原中亚热带西南季风气候区。区内干湿季节分明,降水年际变化大但区域分布不均,雨季一般集中在5月下旬至10月下旬,雨季降水量约占全年降水量的88.4%,旱季降水量约占全年降水量的11.6%,降水年内分配不均。多年气候资料显示,中部年降水量大于北部和南部,年平均温度由北向南逐步增高,年日照时数由西向东增加。根据该区1981—2010年30年气候平均值统计,年均气温为15.8 ℃,年均日照时数2 332 h,年均降雨量为836 mm[14]。近十多年来大理地区的气温升高,大气降水量持续减少,水资源的供求矛盾突出,有研究者计算了1955—2015年间洱海流域天然水资源量,发现特别是2009年之后连续7a枯水年的水资源量大幅度下降,如2011—2015年平均天然水资源量为4.118×108 m3,较1955—2015年多年平均水资源量8.199×108 m3下降了49.8%,而洱海同期多年平均出水量为7.478×108 m3[15],出入水量差异明显,对区域经济发展、湖泊生态健康、生态环境的恢复等带来诸多不利影响,也可能是导致滇西北湿地退化等生态地质问题的自然因素。
图1大理地区气象站点及洱海位置(据“1:50万中国地质图”修改)
洱海作为大理地区湖泊集中区内最大的湖泊,也是云南省九大高原湖泊之一,是大理风景名胜区和苍山洱海国家级自然保护区和风景名胜区的核心,具有灌溉、供水、旅游、发电、渔业、航运及调节气候等功能,对大理地区的社会经济发展起着重要作用。根据洱海数字化地形测量公布资料[16],当洱海湖面海拔高程为1 972.20 m时,洱海南北长40.6 km,东西宽3.05~8.80 km,最大水深19.5 m,湖面面积257.51 km2,蓄水量23.206亿m3,湖中岛屿面积0.6 km2;湖泊形态特征系数为 0.10,湖泊岸线发展系数为 2.068,湖泊补给系数为10.6,湖泊岸线长127.85 km,湖水停留时间为2.75 a[3,10]。20世纪70年代之前洱海水质良好,20世纪70年代后期开始修建节制闸、水电站后,洱海由自然湖泊变成人工调控湖泊。20世纪80年代后随着经济快速发展,大量生活与生产垃圾、污水直接排入洱海,导致洱海水质严重污染[17];而过量开发水资源和引入银鱼养殖后,洱海生态环境发生变化[18]。进入20世纪90年代后,洱海水质急剧恶化[10,19],富营养化程度增加,湖泊进入中营养甚至富营养初级状态[19⇓-21],多次大面积暴发蓝藻[17⇓⇓⇓-21],局部区域水质下降到地表水Ⅳ类、甚至V类水质[21]。从1996年起,当地政府和相关部门大力治理洱海水质污染问题,实施“减源、截污、修复、再利用”为重点的系列专项治理和生态修复工程[20⇓-22]。经过30余年持续的专项治理,洱海水质下降趋势得到控制。截至2019年,按《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)和国家推荐的湖泊富营养化标准进行评价,洱海水质保持地表水III类,湖泊营养状态指数为42.56,为中营养,未达到洱海水质执行国家地表水环境质量II类标准[23-24]。近十年来洱海的水环境趋于向好,但是在洱海入湖水量减少的背景下,湖泊稀释、自净能力降低,洱海富营养化突出。本文根据滇西北地质生态调查项目中整理的相关资料,深入分析最近31年(1989—2019)来大理地区气温、降水量的变化特征和洱海水质营养化状态演变趋势以及气候变化与洱海营养化状态的关系。
2 数据来源与研究方法
数据资料包括大理地区的气候数据和洱海水质监测数据等。气候数据主要由大理州气象局公开发布的大理州气候公报数据[14]及所辖大理市、漾濞县、祥云县、宾川县、弥渡县、南涧县、巍山县、永平县、云龙县、洱源县、剑川县、鹤庆县12个县市内对应气象站点的降水量和气温的平均月值、年值数据等[16]综合整理而成。洱海水质监测数据主要为大理州政府和云南省生态环境厅等门户网站发布的洱海水质及主要入湖河流水质年报、月报等资料[23-24]以及其他研究者公开发表文献[10⇓-12,20]的数据综合整理。以常规监测的洱海水质数据为主,参考不同研究机构或其他研究者使用的部分数据[20,25-26]。洱海的常规水质监测从1980年7月起步,经历了早期的平水期、枯水期和丰水期每年3期监测,到后来的2个月1期监测及近年来每月1期的不同频次监测。本文的长时间序列中主要使用年值数据与气候数据进行探讨。水质监测数据受采样时间、地点、气温、降水及入湖径流周围环境等多重因素影响导致数值波动较大,不同研究者给出洱海水质指标的数值差别较大,但是长时间或者年度内的变化趋势相似。
气候季节的划分,以上年12月—本年2月为冬季, 3—5月为春季,6—8月为夏季,9—11月为秋季,生成逐季数据,统计四季的气温平均值和降水量累积值。多年平均值采用大理地区12个站点1981—2010年30年气候平均值[14]。而洱海水质资料包括湖泊污染指数、湖泊综合营养状态指数及湖泊水质总氮、总磷及高锰酸盐指数、水体透明度等观测数据,统计月、年度变化趋势。湖泊综合营养状态指数(TLI(Σ))采用叶绿素a(chla)和总磷(TP)、总氮(TN)、透明度(SD)、高锰酸盐指数(CODMn)等5个指标的营养状态指数,再与TLI(chla)进行加权综合计算,并根据计算结果划分5个等级:TLI(Σ)
式中:TLI(Σ)为综合营养化状态指数;Wj为第j种参数的营养状态指数的相关权重;TLI(j)表示第j种参数的营养状态指数。采用的叶绿素与总磷、总氮、透明度、高锰酸盐指数等参数的营养状态指数计算公式为:
TIL(chla)=10(2.5+1.086lnchla)
(2)
TLI(TP)=10(9.436+1.624lnTP)
(3)
TLI(TN)=10(5.453+1.694lnTN)
(4)
TLI(SD)=10(5.118−1.94lnSD)
(5)
TLI(CODMn)=10(0.109+2.661lnCODMn)
(6)
以chla作为基准参数,则第j种参数的归一化的相关权重计算公式为:
式中:rij为第j种参数与基准chla的相关关系;m为评价参数的个数。中国湖泊的chla与其它参数之间的相关关系rij及rij2取值如表1[27-28]。
表1中国湖泊部分参数与chla的相关系数rij及γ2ij值
而气候、水质要素的变化趋势采用线性拟合回归方程式表示:
Y=a+a1t
(8)
式中:Y为研究要素;t为要素;a为回归常数;a1为线性趋势项,若为正,表示该要素为增加趋势,反之为减少趋势。同时采用查相关系数表法,分析相关系数r的显著性,至少在因子a=0.10置信度下,满足相关系数临界值的要求为相关 (p(|r︱>ra(n-2))=0.10,n为样本组数)。
3 结论和讨论
3.1 大理地区的气候背景
根据大理地区的气象资料统计显示(图2(a1)和(b1)),1989—2019年期间的年平均气温为15.0~16.8 ℃,最低为1992年的15.0 ℃,最高为2019 年的16.8 ℃,年平均气温为16.1 ℃,比地区多年气候平均值[14]偏高0.3 ℃;年降水量为621.0~1 039.4 mm,最小为2011年的621.0 mm,最大为2001年的1 039.4 mm,平均年降水量为822.2 mm,较地区多年气候平均值[14]少13.8 mm,年降水量距平百分率为-1.65%。
图2大理地区1989—2019年期间年平均气温和年降水量及最大值、最小值曲线及线性变化趋势线
1989—2019年期间气温总体呈波动上升趋势(图2(a1)—(a3)),年平均气温、年平均气温最低值和最高值的变化倾向率分别为0.039 4 ℃/a、0.050 0 ℃/a和0.018 9 ℃/a,三者的变化趋势均达到a=0.05的显著相关(|r|> r0.05(n-2)=0.355 0,n=31,p
r0.05(n-2)=0.355 0,n=31,p
0.10)。1997年后平均年降水量的波动更剧烈,如2001年、2008年、2016年达到峰值,而对应的2006年、2014年则是低谷值,较1997年前更为极端,不仅平均年降水量的波动更大,且极端天气(最大和最小降水量)出现更加频繁。总体来说,1989—2019年期间大理地区气温升高、降水量显著减少,对于以大气降水为主要补给源的河流、湖泊的补给、径流和排泄极为不利,水资源的供需矛盾越来越突出,加剧了洱海的治理和保护的难度。
3.2 气温的变化特征
根据1989—2019年期间年平均气温距平的年际变化的多阶主值函数关系,将变化趋势分成4个时段(图3):第一时段(1989—1997年)为气温偏低时段,该时段的年气温平均为15.5 ℃,较多年气候平均值低0.3 ℃,9年中有7年在气候平均值之下;第二时段(1998—2004年)为接近多年气候平均值时段,年平均气温为15.9 ℃,比多年气候平均值略高0.1 ℃,7年中有4年高于或等于气候平均值;第三时段(2005—2013年)为快速上升的高温时段,该时段年平均气温为16.2 ℃,较多年气候平均值高0.4 ℃,9年中有7年在气候平均值之上;第四时段(2014—2019年)为显著高温时段,年平均气温达到16.5 ℃,较多年气候平均值高0.7 ℃,6年呈持续高温。年平均气温总体持续升高。
图3大理地区1989—2019年期间年平均气温距平分布及变化趋势线
从1989—2019年间气温随季节的变化(图4和表2)看,春季的平均气温为17.0 ℃,夏季为21.2 ℃,秋季为16.2 ℃、冬季为9.6 ℃,比地区多年气候平均值分别高出0.3 ℃、0.1 ℃、0.2 ℃和0.3 ℃;春、夏、秋、冬四季平均气温总体呈现波动上升的趋势,其变化倾向率分别为 0.044 8 ℃/a、0.033 1 ℃/a、0.030 0 ℃/a 和 0.057 5 ℃/a,线性变化趋势均达到因子a=0.05的相关水平(r>r0.05(n-2)=0.355 0,n=31,p
图4大理地区1989—2019年期间四季平均气温曲线及线性变化趋势线
表2大理地区1989—2019年期间年代际四季平均气温与距平
从不同年代际及距平温度的变化(表2)可知,大理地区气候平均值20世纪90年代的年平均值和春、夏、秋、冬四季均为负距平或零,为温度偏低时段;2000年之后均为正距平,为温度偏高时段,并且冬、春两季的距平值大于夏、秋两季的距平值,2011—2019年四季增温幅度远大于2001—2010年代际。年代际的年平均气温的极值变化特征(表3)显示,不同年代际的年平均气温的最低、最高气温均增加,且两者之间的差值减少;不同站点的年代际间的最低年平均气温在剑川分别是1992年、2004年、2011年,而最高年平均气温在南涧分别是1998年、2006年、2019年,最低和最高年平均气温均呈现增高的趋势并且两者之差呈波动减少的趋势,最低温度在不同年代际具持续增高的特征,而最高温度表现为波动增加,2001—2010年期间略低,而后2011—2019年期间最低、最高年平均气温均达到最高值。
表3大理地区1989—2019年期间不同站点年平均气温极值
3.3 降水量的变化特征
根据1989—2019年间降水量年际变化距平百分率的多项式函数关系,将变化趋势分成2段(图5):第一时段(1989—2005年)为偏多时段,其年降水量平均值为875.4 mm,较多年气候平均值多39.4 mm,17年中仅有5年低于多年平均降水量,且1997年之前降水量平均值略低于1997年之后平均值;第二时段(2006—2019年)为减少时段,其年降水量平均值为757.6 mm,比多年气候平均值低78.4 mm,14年中仅有3年高于多年气候平均值,且2011—2012年之前呈减少趋势,之后略有上升,到2017年之后再次下降。年降水量总体为波动下降的趋势。
图5大理地区1989—2019年期间年降水量距平百分率分布及变化趋势线
1989—2019年31年间季节降水量统计均显示减少的趋势(图6和表4),春季为105 mm,夏季为465 mm,秋季为218 mm,冬季为34.0 mm,其降水量距平百分率分别为0.74%、0.31%、-6.85%和0.97%,秋季降水量明显减少,冬、春、夏三季增加量不足1%,相对保持着基本稳定;并且31年间降水量减少的线性变化趋势中秋季降水量达到a=0.02的显著相关(|r|>r0.02(n-2)=0.415 8,n=31,p
0.10)。夏、秋两季降水量占全年的75.26%~91.40%,平均83.29%;冬、春两季降水量仅占24.76%~9.60%,平均为16.71%。
图6大理地区1989—2019年期间四季降水量曲线及线性变化趋势线
不同年代际的年均降水量总体上呈减少的趋势(表4),与多年气候平均值相比,20世纪90年代的年均降水量多5.26%, 2001—2010年间的年均降水量仅多1.32%,而2011—2019年间的年均降水量却减少13.22%。从季节上对比,夏、秋两季随年代际而减少,冬季随年代际呈增-减-略增趋势,春季随年代际表现为减-增-明显减少波动。从年代际的季节变化看,20世纪90年代,冬、夏、秋三季降水量分别多16.61%、7.93%和5.55%,春季降水量减少9.16%;2001—2010年代际则相反,冬、夏、秋三季降水量分别减少了15.93%、0.19%和5.08%,而春季降水量增加27.40%;2011—2019年间,春、夏、秋三季连旱,降水量分别减少22.95%、5.17%、27.50%,冬季仅增加了3.14%。
表4大理地区1989—2019年期间年代际的四季降水量与降水量距平百分率
不同年代际的四季变化中,夏、秋两季的降水量是持续减少的,而冬、春两季的降水量呈减-增-减的波动式变化。同样,大理地区不同站点和区内年代际的降水量极值显示,最小值逐渐减少,与冬、春两季降水量的变化趋势一致;而最大值波动减少,与夏、秋两季降水量的变化趋势相似。而大理地区不同年代际的年降水量极值变化特征(表5)显示,年降水量的最小值呈减少、最大值呈略多-多-少的趋势波动,且两者之间的差值在减少;不同观测站年代际间的最小年降水量,在宾川分别是1997年、2010年、2014年,而最大年降水量分别是1999年的鹤庆、2001年的永平、2018年的鹤庆,最小降水量在不同年代际是持续减少的,而最大降雨量呈波动减少趋势,并且2011—2019年期间不同站点最小或最大降水量最小。
表5大理地区1989—2019年期间不同站点年代际的降水量极值
上述降水量的持续减少,直接导致区内入湖河流的断流增多。根据大理州水质监测断面资料[31],在2014年内逐月考核的29条入湖河流的32个断面中,5月份发生断流的河流比例最高为44.8%,8月份发生断流的比例最低为6.8%,平均达30.5%;2019年内逐月考核的29条入湖河流的36~33个断面①中,5月份断流河流发生率最高为75.9%,8月份最低为10.9%,平均达36.8%,相比2014年内月考核入湖河流断面中断流发生率高了6.3%。由于降水量减少,洱海运行水位受到严格控制。根据洱海2011—2019年期间最高、最低水位资料[32]统计,年内水位变幅为1.55~0.90 m,其中最大变幅2011年为1.55 m,最小2016年仅0.90 m,远低于规定1.70 m水位变幅。入湖水量持续减少,水流动减缓和更换周期变慢,减少了水体中营养盐的稀释作用,不仅降低了湖泊的自净能力,也降低了湖泊对气候的调节功能,而且加剧用水供需矛盾,易引发洱海水质和生态环境的进一步恶化。
综上所述,大理地区在1989—2019年期间呈现出年平均气温升高、年降水量减少趋势, 与西南地区1989—2019年气温上升、降水量减少的趋势相类似[33]。从年代际间对比,2011—2019年区内气温显著增高、降水明显减少,特别是秋季降水量的减少,导致蓄水减少,入湖水量减少从而降低水体自净能力;持续升高的温度有利于蓝藻生长,温度高和降水少双重因素引发的气候变化,给洱海的治理、保护和生态恢复带来巨大压力。
3.4 洱海水质变化趋势及其与气候变化的关系
1989—2019年期间洱海水质综合营养状态指数(TLI(∑))变化总体呈上升趋势(图7),而且明显分成2个阶段:(1)2003年之前,即1989—2002年期间的快速上升期,湖泊富营养化状态大致为贫营养状态。虽然1990和1991年略微超过贫营养界线,但基本上各污染物指数均控制在良好范围内,湖泊呈现较为健康的状态,营养状态指数在25~31之间。(2)2003年之后,即2003—2019年期间的持续波动时期。从2002年开始水质剧烈恶化,到2003年综合营养状态指数最高达42.71,之后随着洱海治理力度的不断加大和多年治理成果的逐步显现,持续恶化的趋势得到遏制;到2008年营养状态指数有所降低,洱海的富营养化状态转变为长期中营养状态;而2015年之后,综合营养状态指数又呈现小幅上升趋势,这与2009年之后持续的气温上升和降水量的不断减少导致的入湖水量减少密切相关。同时,反映湖泊富营养化状况的总氮(TN)、总磷(TP)、高锰酸盐指数(CODMn)和水体透明度(SD)等重要指标的变化趋势(图8)也与TLI(∑)具有相似的变化情况。
图7洱海1989—2019年期间营养状态指数曲线及线性变化趋势线
图8洱海1989—2019年期间总氮、总磷、高锰酸盐指数和水体透明度曲线及线性变化趋势线
1989—2019年期间,水体透明度值呈下降趋势,湖泊总氮、总磷和高锰酸盐指数呈上升趋势,各指标随时间的变化大小不一,随时间变化的趋势明显,透明度、总氮和高锰酸盐指数的变化趋势均达到a=0.001的强相关 (|r|>r0.001(n-2)=0.562 0,n=31,p
r0.10(n-2)=0.300 9,n=31,p
从洱海水质综合营养状态指数及单因子总氮、总磷、高锰酸盐指数、透明度等与大理地区年平均气温变化、年降水量的相关关系(图9)可以看出,随着温度的升高,洱海水质的综合营养状态指数值及总氮、总磷、高锰酸盐指数也升高,水体透明度降低,并且年平均气温与综合营养状态指数及总氮、水体透明度年值存在较好的相关性,满足因子a=0.001的正或负相关关系(|r|>r0.001(n-2)=0.562 0,n=31,p
0.10),但是总磷与冬季平均温度、高锰酸盐指数与夏季或冬季平均气温的相关关系,均满足因子a=0.05的正相关关系(|r|>r0.05(n-2)=0.355 0,n=31,p
r0.05(n-2)=0.355 0,n=31,p
0.10)。
图9大理地区1989—2019年期间年平均气温、年降水量与洱海水质参数的相关关系
气候变化对洱海水质的影响除上述长时间序列的影响外,对年内不同月份或季节的影响更为显著。根据湖泊富营养化评价指标总氮、总磷及高锰酸盐指数等及水体透明度的不同年度内逐月的监测数据,与环境公报确定的综合污染指数(WPI)、综合营养状态指数最近5年间(2015—2019年)逐月的监测平均值结果(图10)比对,显示在年中6—10月指标明显升高,与前人研究得到的非汛期洱海水质明显好于汛期的结果[10,12-13,21,25,34]一致,洱海水质随季节变化的状况没有改变。
图10洱海不同年度内水质参数逐月变化曲线
上述洱海营养状态的变化,是人类活动与气候变化影响的综合体现。从气候变化来看,降水量、气温及旱涝变化,影响出入湖水量及湖水的滞留时间,进而影响洱海水质。随着全社会对生态环境保护意识增强以及政府主导专项治理和生态保护措施的实施,减缓甚至遏制了由于不合理开发活动造成洱海污染及洱海流域生态环境遭受的破坏,也减缓甚至遏制了湖泊富营养化快速发展的进程;2003年之后湖泊营养状态指数一直处于中营养状态,并且在一定范围内的波动变化,说明湖泊富营养化进程加剧的状况并没有改善,洱海水环境依然比较脆弱。
4 结论
通过对1989—2019年期间云南大理地区气候背景中降水量和气温的年、四季变化特征以及洱海水质综合营养状态指数、总氮、总磷、高锰酸盐指数、水体透明度的变化趋势分析,得到以下认识:
(1)1989—2019年期间,大理地区年平均气温及最低气温、最高气温均呈现升高的趋势,最低气温变化倾向率最大,三者的变化趋势均达到0.05置信度的显著相关。年降水量及最小、最大年降水量均呈降低趋势,前二者变化趋势达到0.05置信度的显著相关,后者未达到0.10置信度的相关性。气温显著升高、降水量显著减少,这是全球气候变化在大理地区的区域响应特征。
(2)从大理地区最近31年(1989—2019年)的季节变化来看,大理地区春、夏、秋、冬四季平均气温总体波动上升,冬季增温最高、秋季增温最小,冬、春两季增温超过夏、秋两季,变化趋势达到0.01置信度的显著相关。降水量春、夏、秋、冬四季总体呈减少趋势,仅秋季降水量变化倾向达到0.02置信度的显著相关;秋季降水量距平百分率为-6.85%,明显减少,冬、春和夏三季降水量距平百分率增加不足1%,相对保持稳定。从年代际看,2011—2019年是年平均气温显著升高、年降水量明显减少变化最大的时段。
(3)对应于气候变化,1989—2019年期间洱海湖泊营养化程度呈升高趋势。综合营养状态指数及单因子总氮、总磷、高锰酸盐指数呈增长趋势,而水体透明度呈降低趋势,且明显分成2个阶段:2003年之前,呈快速上升或降低变化阶段;2003年之后呈波动稳定状态,反映经过综合治理洱海水质快速恶化的趋势得到缓解甚至遏制,但是湖泊营养状态仍保持中营养程度,湖泊富营养化加剧的状况没有改善,水环境依然脆弱。
(4)洱海水质营养状态与气候变化的相关分析显示,洱海水质年综合营养状态指数与年平均气温呈正相关、与年降水量呈负相关;总氮、水体透明度分别与年平均温度呈显著正相关、负相关,与年降水量呈显著负相关、正相关,而总磷与冬季气温、高锰酸盐指数与夏季或冬季气温呈显著正相关。在最近2015—2019年5年间,洱海综合富营养状态指数和污染指数在6—10月间明显升高,与已知的汛期内污染状况高于非汛期的前期成果一致。
本文分析了大理地区年降水量和年平均气温变化对洱海水质的影响,洱海水质监测数据以年值为主,没能对长时间序列中逐季度或逐月的水质数据与气候变化的相关关系进行更为细致的分析,这需要在今后的工作中积累更多相关数据后再开展研究。
参考文献：
[1]刘翔卿, 王雷, 刘阳, 等.1951-2010年云贵高原大理和丽江气温、降水的气候特征分析[J].气候与环境研究, 2018, 23(5):513-523.
[2]翟羽佳,周常春, 刘春学.苍山十八溪流域近60年降水量时空分布特征分析[J]. 云南大学学报(自然科学版), 2017, 39(4):618-623.
[3]李芸,李宝芬, 张坤, 等.云南高原湖泊洱海流域年降水量时空分布特征研究[J]. 中国水利水电科学研究院学报, 2017, 15(3):234-240.
[4]丁文荣.环洱海地区气候变化特征研究[J]. 长江流域资源与环境, 2016, 25(4):599-605.
[5]夏范燕,吴巩胜, 李丽, 等.近50年内滇西北极端气候变化[J]. 云南师范大学学报(自然科学版), 2014, 34(3):64-69.
[6]申文斌,王龙, 杨蕊, 等.大理地区极端气候事件长期变化特征研究[J]. 人民珠江, 2018, 39(7):45-50.
[7]黄慧君,王永平, 李庆红.洱海流域近50年气候变化特征及其对洱海水资源的影响
[J].气象, 2013, 39(4): 436-442.
[8]王永平,黄慧君, 李庆红.洱海净入水量与降水量关系分析[J]. 大理科技, 2006(1):29-33.
[9]王祖兴,黄慧君.洱海流域降水量及旱涝变化对洱海水资源的影响[J]. 大理科技, 2005(2):34-38.
[10]彭文启,王世岩, 刘晓波.洱海水质评价[J]. 中国水利水电科学研究院学报, 2005, 3(3):192-198.
[11]郑国强,于兴修, 江南, 等.洱海水质的演变过程及趋势[J]. 东北林业大学学报, 2004, 32(1):99-102.
[12]唐建明.洱海水质分析及预测[M]//中国环境科学学会,中国环境保护产业协会. 第十三届世界湖泊大会论文集. 北京: 中国农业大学出版社, 2010:1675-1682.
[13]王杰,赵茜, 谢永红, 等. 2008-2014年洱海水质变化特征[M]//中国水利学会2017学术年会论文集. 北京: 中国水利学会, 2017:1061-1066.
[14]大理州政府.气候公报[EB/OL].http://www.dali.gov.cn/dlrmzf/c100639/common_list.shtml[2020-03-12]-[2019-06-24].
[15]林芸,唐亚松, 刘刚, 等.洱海流域水资源量变化趋势分析[J]. 云南水力发电, 2018, 34(6):4-7.
[16]大理白族自治州地方志编纂委员会.大理州年鉴[M]. 昆明: 云南民族出版社, 1989-2019.
[17]杜宝汉.亲历洱海保护二十年[M]. 政协大理白族自治州委员会文史和学习委员会. 大理州文史资料第十四辑洱海保护. 昆明: 云南民族出版社, 2010:114-141.
[18]梁袁华.洱海网箱养鱼始末[M].政协大理白族自治州委员会文史和学习委员会. 大理州文史资料第十四辑洱海保护. 昆明: 云南民族出版社, 2010:90-93.
[19]杜宝汉.洱海富营养化研究[J]. 云南环境科学, 1997, 16(2):30-33.
[20]颜昌宙,金相灿, 赵景柱, 等.云南洱海的生态保护及可持续利用对策[J]. 环境科学, 2005, 26(5):38-42.
[21]董云仙,李杰君, 左永福, 等.洱海水环境现状与治理对策[J]. 云南环境科学, 2004, 23(增1): 101-103.
[22]施贵兴.央视《新闻联播》聚焦洱海保护治理成效[N]. 大理日报(汉),2019-09-11(1).
[23]云南省生态环境厅.云南省环境状况公报[EB/OL]. http://sthjt.yn.gov.cn.
[24]大理州环境生态局.环境状况公报[EB/OL].http://www.dali.gov.cn/dlrmzf/c100638/common_list.shtml[2020-06-05]-[2019-06-24].
[25]郭宏龙.洱海水环境历史变化规律探讨[J]. 环境科学导刊, 2018, 37(4):22-25.
[26]王显丽.基于水生态承载力的洱海流域TMDL总量研究[D]. 乌鲁木齐: 新疆农业大学, 2015.
[27]王明翠,刘雪芹, 张建辉.湖泊富营养化评价方法及分级标准[J]. 中国环境监测, 2002, 18(5):47-49.
[28]金相灿.中国湖泊环境(第一册)[M]. 北京: 海洋出版社, 1995:275-278.
[29]林学椿,于淑秋.近40年我国气候趋势[J]. 气象, 1990, 16(10):16-22.
[30]龙红.气候变暖对云南省冬作物影响[J]. 云南农业科技, 2006, 21(5):9-11.
[31]大理州人民政府.水污染防治州级考核断面水质情况[EB/OL]. http://zs.kaipuyun.cn/s[2020-04-24]-[2019-02-11].
[32]大理水务局.水资源公报[EB/OL]. http://www.dali.gov.cn/dlrmzf/c102607/common_list.shtml[2020-08-13]-[2020-08-04].
[33]中国气象局.中国气候变化蓝皮书(2020):我国生态气候总体趋好
[EB/OL]. http://www.cma.gov.cn/kppd/kppdqxyr/kppdjsqx/202008/t20200828_561907.html
[34]杜宝汉.洱海水理化特性及其变化探讨[J]. 海洋与湖沼, 1989, 20(6):538-543.