1981～2017年雅礱江流域面雨量變化特征分析

宋雯雯，郭 潔，袁 媛，陶 麗

(1.高原與盆地暴雨旱澇災(zāi)害四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610072；2.四川省氣象服務(wù)中心，成都 610072)

引言

雅礱江是金沙江的最大支流，是中國水能資源最富集的河流之一，全長1571km，四川境內(nèi)1357km，流域面積13.6萬km2，河口多年平均流量為1860m3/s。雅礱江發(fā)源于巴顏喀拉山南麓，經(jīng)青海流入四川，于攀枝花市三堆子入金沙江。石渠以上為石渠河，流經(jīng)丘狀高原地區(qū)，河床寬淺，水流漫散。石渠以下稱雅礱江，由山原地貌逐漸進(jìn)入高山峽谷地帶，為橫斷山區(qū)北南向的主要河系之一。北部高原為干冷的大陸性氣候，四季不明顯，干濕兩季分明，大部分地區(qū)全年均可降雪；流域中部和南部為干濕分明的亞熱帶氣候，氣候垂直變化明顯。雅礱江位居全國十三大水電基地第3位，水能資源極為豐富，因此對(duì)該流域面雨量的分析具有十分重要的作用。目前，對(duì)流域面雨量及雅礱江已有不少研究[1-8]。袁雅鳴等[9]通過對(duì)雅礱江217次降雨過程中雨帶強(qiáng)度和位置變化特征的統(tǒng)計(jì)分析，總結(jié)出了影響雅礱江流域的過程性雨帶有5種類型，并提出致洪強(qiáng)降雨預(yù)報(bào)的天氣學(xué)判據(jù)。陳媛等[10]選取雅礱江流域1960～2004年降水、氣溫及徑流資料，分析降水和氣溫對(duì)徑流變化的影響，指出雅礱江流域降水分布地區(qū)差異較大，年內(nèi)分配嚴(yán)重不均勻，但年際變化較小。李榮波等[11]對(duì)錦屏水文站近60a年徑流量進(jìn)行計(jì)算分析，總結(jié)出年際徑流突變年份以及趨勢特征，得出在未來年份中年徑流有遞增趨勢。以上針對(duì)雅礱江流域的研究主要集中在對(duì)其天氣特征及徑流變化的分析，而對(duì)面雨量時(shí)空分布以及雨季開始結(jié)束期探討較少。本文利用1981～2017年雅礱江流域18個(gè)氣象站點(diǎn)的逐日降水資料，分析了雅礱江流域面雨量時(shí)空分布，并計(jì)算了流域雨季開始結(jié)束期以及強(qiáng)降水頻次分布，研究結(jié)果可以為雅礱江流域的排蓄水優(yōu)化調(diào)度、防洪調(diào)度等決策提供參考依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料

降雨資料采用1981～2017年雅礱江流域內(nèi)18個(gè)氣象站逐日降水資料。根據(jù)雅礱江流域(如圖1所示)氣候

特征以及水文分區(qū)的不同，將雅礱江劃分為雅礱江上游(雅江以上)、雅礱江中游(雅江至錦屏)、雅礱江下游(錦屏以下)3個(gè)子流域。

1.2 方法

由于雅礱江流域面積較小，氣象站點(diǎn)分布較均勻，面雨量計(jì)算方法采用相對(duì)簡單的算術(shù)平均法，所選用的氣象站點(diǎn)名稱及與子流域的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。

表1 雅礱江流域包含的站點(diǎn)

雅礱江流域雨季開始和結(jié)束的時(shí)間，是水庫運(yùn)行調(diào)度的重要指標(biāo)。對(duì)流域各個(gè)站點(diǎn)采用算術(shù)平均法分別求出流域上、中、下游的面雨量后，再根據(jù)中國雨季監(jiān)測指標(biāo)(西南雨季)[12]定義的單站雨季開始結(jié)束日期計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

定義單站雨季開始閾值為

(1)

式(1)中，K1為單站雨季開始閾值，R為5天滑動(dòng)累積降水量，R1為5～10月候降水量的平均值。單站雨季開始日期定義為自4月開始，任意連續(xù)20天出現(xiàn)兩次單站雨季開始閾值(K1)≥1，則將第一次出現(xiàn)時(shí)的5天中降水量首次>10mm的一天(如果日降水量未超過10mm時(shí)，選降水量最大的一天)確定為雨季開始日。

定義單站雨季結(jié)束閾值為

(2)

式(2)中，K2為單站雨季結(jié)束閾值，R為5天滑動(dòng)累積降水量，R2為1～12月候降水量的平均值。單站雨季結(jié)束日期定義為自9月開始，任意連續(xù)20天內(nèi)單站雨季結(jié)束閾值(K2)均<1，則第一次出現(xiàn)時(shí)的當(dāng)天確定為雨季結(jié)束日。

2 雅礱江流域面雨量時(shí)空分布特征

2.1 雅礱江流域面雨量的月分布特征

雅礱江流域月面雨量的年內(nèi)變化呈單峰型(圖2)，流域面雨量峰值并不同步，上中游出現(xiàn)在 6 月，上游為 136mm，中游為 174mm；下游出現(xiàn)在7月，為231mm。最少值都出現(xiàn)在12月，面雨量為2～4mm。整個(gè)流域面雨量主要集中5～9月，總量為500～850mm，占年面雨量的84%左右；11月至翌年2月較少，總量為16～27mm，僅占年面雨量的2%。

2.2 雅礱江流域面雨量的季節(jié)分布特征

從雅礱江流域各季節(jié)面雨量的空間分布可知(圖3)，春季流域面雨量空間分布變化不大，流域西北部面雨量在115mm左右，流域其余地區(qū)在125mm左右。夏季流域面雨量明顯增大，且由北向南增多，流域上游在450mm左右，流域中下游超過了550mm，夏季流域面雨量占全年的80%以上。秋季面雨量和春季相當(dāng)，上、中、下游面雨量分別在170mm、180mm、190mm左右。冬季流域面雨量明顯減小，不超過20mm。從流域面雨量5a滑動(dòng)平均可知(圖略)，春季整個(gè)流域面雨量在100～150mm左右，上游和中游春季面雨量最大值都出現(xiàn)在1999年。夏季上、中、下游面雨量差異明顯，上游最小，其次是中游，最多的是下游。秋季在20世紀(jì)90年代以前流域面雨量偏多，20世紀(jì)90年代以后逐漸減小。從流域各季節(jié)氣候傾向率可以看出，春季，流域面雨量呈增加趨勢，中上游為7mm/10a，下游為13mm/10a；夏季，中上游面雨量基本無變化，下游為-26mm/10a，面雨量呈減少趨勢；秋季，上游變化趨勢不明顯，中游和下游呈減少趨勢，氣候傾向率分別為-7mm/10a和-13mm/10a；冬季，整個(gè)流域面雨量變化不大，以上氣候趨勢變化均通過了95%的信度檢驗(yàn)。

2.3 雅礱江流域面雨量的年分布特征

圖4為雅礱江流域年平均面雨量分布，由圖可知，雅礱江流域面雨量由北向南逐漸增多。雅礱江上游平均面雨量為657mm，中游為846mm，下游為1017mm。從流域面雨量的氣候變化趨勢可以看出(圖5)，上游和中游年平均面雨量都呈上升趨勢，氣候傾向率分別為12.7mm/10a、3.1mm/10a，下游年平均面雨量呈下降趨勢，氣候傾向率為-23.8mm/10a，且都通過了95%的信度檢驗(yàn)。

3 雅礱江流域雨季開始期與結(jié)束期確定

從流域各年雨季開始結(jié)束期可以看出(表2)，雅礱江上游雨季平均開始日期為5月14日，最早的是4月7日，出現(xiàn)在2000年和2012年，最晚的是6月10日，出現(xiàn)在2010年。雅礱江中游雨季平均開始日期為5月8日，最早的是4月4日，出現(xiàn)在2000年，最晚的是6月15日，出現(xiàn)在2005年。雅礱江下游雨季開始最早是4月22日，出現(xiàn)在2015年，最晚是6月23日，出現(xiàn)在1983年，平均開始日期為5月22日。雅礱江上游雨季平均結(jié)束日期為10月11日，最早的是9月14日，出現(xiàn)在2007年，最晚的是10月28日，出現(xiàn)在2003年。雅礱江中游雨季平均結(jié)束日期為10月22日，最早的是9月18日，出現(xiàn)在2007年，最晚的是11月20日，出現(xiàn)在1988年。雅礱江下游雨季平均結(jié)束日期為10月31日，最早是9月25日，出現(xiàn)在1981年，最晚是11月28日，出現(xiàn)在2007年。從雨季開始、結(jié)束期的氣候傾向率可知，上、中、下游的雨季開始期分別提前了-5.2天/10a、-2.4天/10a和-4.5天/10a，而雨季結(jié)束期上游和下游分別推遲了2.3天/10a和0.9天/10a，中游變化不明顯,以上變化趨勢也通過了95%的信度檢驗(yàn)。

4 雅礱江流域強(qiáng)降水頻次分布特征

定義日面雨量≥20mm為強(qiáng)降水面雨量，由雅礱江流域強(qiáng)降水面雨量頻次分布可以看出(表3)，雅礱江流域強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在6～9月，37年共出現(xiàn)369次，占總次數(shù)的90%以上，7月出現(xiàn)次數(shù)最多，達(dá)到130次，占總次數(shù)的33%，其次是8月，達(dá)到97次，6月達(dá)到82次。11月至次年4月基本沒有強(qiáng)降水出現(xiàn)，5月和10月出現(xiàn)次數(shù)較少。雅礱江上游37年僅出現(xiàn)了5次強(qiáng)降水，年平均0.1次，僅占總次數(shù)的1%；雅礱江中游共出現(xiàn)了90次，年平均2.4次，占總次數(shù)的23%；雅礱江下游37年共出現(xiàn)了298次，年平均8次，占總次數(shù)的76%。

表2 雅礱江流域雨季開始結(jié)束期

表3 雅礱江流域強(qiáng)降水頻次分布

進(jìn)一步將強(qiáng)降水面雨量細(xì)分為4個(gè)等級(jí)，分別為20～29.9mm，30～49.9mm，50～69.9mm以及≥70mm。由雅礱江流域各級(jí)強(qiáng)降水頻次分布可以看出(表4)，雅礱江流域85%的強(qiáng)降水面雨量集中在30mm以下，30～49.9mm占了14%，50mm以上僅出現(xiàn)在了雅礱江下游，有4次，占1%。其中雅礱江上游最大面雨量在20～29.9mm，沒有30mm以上的面雨量出現(xiàn)。37年中流域沒有面雨量≥70mm的強(qiáng)降水出現(xiàn)。

表4 雅礱江流域各等級(jí)強(qiáng)降水頻次分布

從雅礱江流域各月面雨量極值可以看出(表5)，流域面雨量最大值出現(xiàn)在7月，為50.6mm，最小值出現(xiàn)在1月，為3.2mm。雅礱江上游面雨量最大值出現(xiàn)在6月，為21.2mm，7月和8月極大值也在21mm左右；中游最大值出現(xiàn)在5月，達(dá)到了34.6mm，其次是7月，達(dá)到29.2mm；下游面雨量極大值出現(xiàn)在7月，超過了50mm。上游強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在6-8月，中下游出現(xiàn)在5～10月，下游在11月還出現(xiàn)了面雨量超過20mm的強(qiáng)降水。流域12月和1月面雨量極值在10mm以下。

表5 雅礱江流域各月面雨量極值

計(jì)算出流域的關(guān)聯(lián)度如表6所示，由于雅礱江流域上游強(qiáng)降水出現(xiàn)的次數(shù)很少，僅5次，因此與雅礱江中游、下游基本沒有關(guān)聯(lián)度，即當(dāng)雅礱江上游出現(xiàn)強(qiáng)降水時(shí)，雅礱江中下游基本沒有同時(shí)出現(xiàn)強(qiáng)降水。雅礱江中游和下游關(guān)聯(lián)度為7%，說明當(dāng)雅礱江中游出現(xiàn)強(qiáng)降水時(shí)， 下游很少有時(shí)間同時(shí)也出現(xiàn)強(qiáng)降水。下游和中游關(guān)聯(lián)度為 23.2%，因此當(dāng)雅礱江下游出現(xiàn)強(qiáng)降水時(shí)，雅礱江中游有1/5的時(shí)間同時(shí)也出現(xiàn)強(qiáng)降水。

表6 雅礱江流域各分區(qū)面雨量關(guān)聯(lián)度

5 結(jié)論

雅礱江流域面雨量隨月份起伏明顯，年內(nèi)變化呈單峰型。流域春季面雨量在100～150mm左右，且呈增加趨勢，夏季面雨量占全年的80%以上，中上游呈穩(wěn)定趨勢，下游呈減少趨勢，秋季面雨量和春季相當(dāng)，中游和下游呈減少趨勢，冬季流域面雨量不超過20mm，且變化趨勢不明顯。流域年平均面雨量由北向南逐漸增多，上游和中游呈上升趨勢，下游呈下降趨勢。

雅礱江流域雨季平均開始日期上游為5月14日，中游為5月8日，下游為5月22日；雨季平均結(jié)束日期上游為10月11日；中游為10月22日，下游為10月31日。流域雨季開始期呈提前趨勢；雨季結(jié)束期上游和下游有推遲趨勢，中游變化趨勢不明顯。

雅礱江流域強(qiáng)降水面雨量頻次分布顯示，雅礱江流域強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在6～9月；雅礱江流域85%的強(qiáng)降水面雨量集中在30mm以下，50mm以上僅出現(xiàn)在了雅礱江下游，37年中流域沒有面雨量≥70mm的強(qiáng)降水出現(xiàn)。流域面雨量最大值出現(xiàn)在7月，最小值出現(xiàn)在1月。雅礱江流域上游的強(qiáng)降水與中游、下游的基本沒有關(guān)聯(lián)度；下游強(qiáng)降水和中游關(guān)聯(lián)度為23.3%，即下游出現(xiàn)強(qiáng)降水時(shí)，雅礱江中游有1/5的時(shí)間同時(shí)也出現(xiàn)強(qiáng)降水。