基于Budyko假说的呼兰河流域(1960-2020)径流变化气候趋势与归因分析

为解决气候变化与人类活动对寒区河流水文过程的影响机制问题，黑龙江大学水利电力学院团队基于Budyko假说，采用MK检验、小波分析和弹性系数法，揭示了呼兰河流域径流变化的季节差异特征。研究发现：冬季降水与径流同步增加，人类活动主导春、秋、冬季径流变化，夏季则主要受气候变化影响，Budyko框架预测与实测径流变化相关系数达0.8以上。该研究为高纬度季节性冻土区水资源管理提供了科学依据。

　　

在全球气候变化背景下，寒区流域水文过程正经历显著改变。呼兰河作为松花江重要支流，其季节性冻土特征使得水文响应机制尤为复杂。以往研究多关注年尺度径流变化，而对高纬度地区季节性水文过程的差异化响应机制认识不足，特别是冻土退化与人类活动的复合效应亟待量化。

黑龙江大学水利电力学院的研究团队通过61年(1960-2020)气象水文数据，创新性地将Budyko假说与季节性分析相结合。研究采用线性趋势分析、Mann-Kendall(MK)突变检验揭示气候变化特征，运用小波分析解析周期性规律，并基于Budyko弹性系数法定量拆解气候因子与人类活动的贡献率。关键技术包括：1) 基于1km高分辨率气象栅格数据的趋势空间分析；2) R/S分析法计算Hurst指数预测未来趋势；3) 土地利用动态度(LUD)指数评估人类活动强度；4) 改进的Budyko归因模型量化各驱动因子弹性系数。

研究结果方面：

4.1 趋势与突变特征

温度显著上升(0.05显著性水平)，降水呈季节性差异：春夏减少而冬春增加。径流突变点分析显示，春季(1978年)和冬季(2003年)分别受人类活动与气候变化主导。

4.3 周期性变化

小波分析揭示夏季降水-径流存在28年主周期，冬季径流与最高温度呈12年周期共振，反映冻土退化对冬季水文过程的特殊影响。

4.5 径流归因

Budyko框架显示：人类活动贡献率在春(111.5mm)、秋(114.66mm)季显著，而夏季气候变化贡献达62.9mm。地表参数n的弹性系数在春、秋季增长，表明人类活动影响增强。

4.6 干湿特征

干旱指数(AI)显示春季干旱化趋势与径流减少并存，证实水资源过度开采的影响。冬季湿润化(AI降低0.52)与冻土退化导致的地下水补给增加有关。

该研究突破性地揭示了季节性冻土区径流变化的差异化驱动机制：夏季丰水期气候因子主导(贡献率58.7%)，而枯水期人类活动成为决定性因素(贡献率>80%)。研究建立的季节性Budyko模型(R²>0.8)为寒区水资源管理提供了量化工具，特别指出2000-2010年间耕地增加1038km²、林地减少959km²的土地利用变化对水文过程的持续影响。成果对理解高纬度流域"气候-冻土-人类"耦合作用机制具有重要科学价值，为东北地区适应气候变化的的水资源配置提供了理论依据。