近40年增暖背景下岷江流域降水異常變化

張雪芹，徐曉明，2，李 想，2

（1.中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所陸地表層格局與模擬院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

引言

全球變暖及其影響已成各界關(guān)注的熱點(diǎn)問題。政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）于2021年8月9日最新發(fā)布的第6次評(píng)估報(bào)告（AR6，https：//www.ipcc.ch/assessment-report/ar6/）指出：工業(yè)革命以來，人類活動(dòng)已導(dǎo)致全球平均氣溫升高約1.1℃，且未來20年將達(dá)到或超過1.5℃。持續(xù)升溫加劇了全球水循環(huán)，降水模式發(fā)生改變，永久凍土融化，冰川和冰蓋消融。同時(shí)，強(qiáng)降水、極端干旱、高溫?zé)崂说纫幌盗袠O端事件頻發(fā)，并引發(fā)森林野火、山洪、滑坡、泥石流等一系列災(zāi)害。就山地系統(tǒng)而言，其氣候變化尤為顯著。過去40年，山區(qū)氣溫上升幅度是全球平均水平的3倍［1］；且山區(qū)變暖隨海拔升高而增強(qiáng)［1-2］，這使得山地生態(tài)系統(tǒng)［3-4］、冰凍圈系統(tǒng)［5］、水文系統(tǒng)［6］變化速率加大。

全球變暖背景下的極端降水變化及其空間差異性是氣候變化研究的焦點(diǎn)之一。從全球尺度看，極端降水事件強(qiáng)度加大［7］、頻率增加［8-9］，且未來極端降水將進(jìn)一步增多增強(qiáng)［7，10］。從區(qū)域尺度看，極端降水空間異質(zhì)性大［11-12］。觀測(cè)數(shù)據(jù)分析表明：近幾十年，我國(guó)東北、東南、西北和西藏大部分地區(qū)年降水量增多，且極端降水頻次升高［13-15］；極端降水事件開始時(shí)間顯著提前，結(jié)束時(shí)間顯著推遲［16］；華東、華南、華中和西南部分地區(qū)的極端降水強(qiáng)度明顯增大［17］。部分山區(qū)則表現(xiàn)出降水時(shí)間分布更為集中的特征。具體講，年降水量雖無明顯變化，但夏季降水增多、冬季降水減少；降雨日數(shù)變化不顯著，但極端降水日數(shù)顯著增多［18］。

岷江流域位于青藏高原東南部和四川盆地西部的過渡帶，天然落差巨大。特別是，岷江上游（都江堰以上）、中游（都江堰—樂山）地處我國(guó)西部地質(zhì)、地貌、氣候的陡變帶，地震活動(dòng)強(qiáng)烈，山洪、滑坡、泥石流等山地災(zāi)害頻繁發(fā)生，為山地災(zāi)害高度風(fēng)險(xiǎn)區(qū)［19-20］。氣候變暖背景下，極端天氣頻發(fā)增大了山地災(zāi)害暴發(fā)頻率，尤其是巨災(zāi)和群發(fā)性災(zāi)害發(fā)生概率增大［21-23］。而強(qiáng)降雨不僅擴(kuò)大了山地災(zāi)害鏈的影響范圍，更加快了山地災(zāi)害演化進(jìn)程［24］。為此，利用岷江流域及其周邊地面氣象站點(diǎn)日值觀測(cè)數(shù)據(jù)，分析了1979-2018年增暖背景下流域年、季降水量時(shí)空變化以及極端降水的趨勢(shì)與突變特征，并結(jié)合降水異常年份和旱澇急轉(zhuǎn)出現(xiàn)頻次的檢測(cè)，討論了岷江流域降水異常與西南渦活動(dòng)的關(guān)聯(lián)，及其對(duì)山地災(zāi)害的影響，以期為岷江流域山地災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與防控提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

岷江流域地形復(fù)雜，尤其是流域上游為典型的高山峽谷區(qū)，氣象站點(diǎn)稀少且分布不均（圖1）。因此，本研究基于ANUSPLIN空間插值軟件，充分利用岷江流域內(nèi)32個(gè)及周邊15個(gè)氣象站點(diǎn)的氣溫和降水量日值數(shù)據(jù)，獲取了足夠精確的研究區(qū)內(nèi)氣溫、降水空間分布及變化格點(diǎn)數(shù)據(jù)。同時(shí)，我們分析了流域內(nèi)32個(gè)氣象站點(diǎn)的極端降水指數(shù)變化趨勢(shì)和突變特征。岷江流域邊界數(shù)據(jù)來源于國(guó)家冰川凍土沙漠科學(xué)數(shù)據(jù)中心（www.ncdc.ac.cn）；氣象數(shù)據(jù)來源于中國(guó)氣象數(shù)據(jù)共享網(wǎng)（http：//data.cma.cn）。其中，流域內(nèi)氣象站點(diǎn)的平均海拔高度為772.3 m，超過1 000 m的6個(gè)站點(diǎn)為：寶興1 009.7 m、汶川1 369.0 m、茂縣1 590.1 m、理縣1 896.7 m、黑水2 400.1 m和松潘2 850.7 m。

圖1 岷江流域及其周邊氣象站點(diǎn)分布Fig.1 Distribution of meteorological stations in the Minjiang River Basin and its surrounding areas

1.2 方法

1.2.1 ANUSPLIN空間插值

常用的空間插值方法包括：克里金方法、反距離加權(quán)法、多元線性回歸法等。它們多適用于站點(diǎn)密度大、地勢(shì)平坦地區(qū)，而在復(fù)雜地形區(qū)域往往插值效果不理想［25］。Hutchinson基于薄盤樣條理論，開發(fā)了專門針對(duì)氣候數(shù)據(jù)的空間插值軟件ANUSPLIN（https：//fennerschool.anu.edu.au/research/products/anusplin）。它在普通薄盤插值的基礎(chǔ)上，充分考慮海拔、距離海岸線距離等因素對(duì)氣候要素的影響，引入了多個(gè)線性協(xié)變量子模型。ANUSPLIN不僅能進(jìn)行多個(gè)表面的空間插值，特別適用于長(zhǎng)時(shí)間序列的氣象數(shù)據(jù)［26］，而且它在復(fù)雜地形地區(qū)的插值精度明顯優(yōu)于常規(guī)插值方法［27-28］。因此，ANUSPLIN在氣候數(shù)據(jù)空間插值上得到廣泛應(yīng)用［29-31］?；贏NUSPLIN軟件，本研究考慮了海拔、距離海岸線距離對(duì)岷江流域氣溫、降水空間分布的影響，采用薄盤光滑樣條法，設(shè)計(jì)了9組空間插值方案（表1）對(duì)岷江流域的氣溫和降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行了空間插值。通過調(diào)整樣條次數(shù)、自變量和因變量轉(zhuǎn)換方式、光滑參數(shù)等，對(duì)比ANUSPLIN日志文件提供的誤差參數(shù)，獲取適用于岷江流域氣溫和降水空間插值最優(yōu)模型，以盡可能提高氣候數(shù)據(jù)在資料稀缺的高山峽谷區(qū)的插值精度。本文岷江流域氣溫空間插值的最優(yōu)模型為：以經(jīng)度、緯度為獨(dú)立變量，以海拔高度為協(xié)變量的3次樣條函數(shù)；岷江流域降水量空間插值的最優(yōu)模型為：以經(jīng)度、緯度、海拔高度為獨(dú)立變量，

表1 ANUSPLIN空間插值方案Table 1 Schemes of spatial interpolation based on ANUSPLIN

距離海岸線距離為協(xié)變量，因變量進(jìn)行對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換的3次樣條函數(shù)。

1.2.2 流域氣候要素代表序列構(gòu)建及波動(dòng)性分析

參考Jones等［32］建立全球和各地區(qū)氣溫變化時(shí)間序列的方法，構(gòu)建了1979-2018年岷江流域氣溫和降水量年變化代表序列。方法如下：

將岷江流域某年（或某季）某氣侯要素（氣溫、降水）距平（V）定義為：

式中：N為流域內(nèi)氣象站點(diǎn)個(gè)數(shù)；ai為第i個(gè)氣象站點(diǎn)該年（或某季）氣侯要素距平（以1981-2010年為標(biāo)準(zhǔn)期）；θi為第i個(gè)氣象站點(diǎn)的緯度。

采用變異系數(shù)（CV）分析1979-2018年岷江流域氣候要素（V）代表序列的波動(dòng)性，計(jì)算方法如下：

式中：SV、aV分別為1979-2018年岷江流域氣候要素的標(biāo)準(zhǔn)差和均值。需要注意的是，變異系數(shù)在均值為0時(shí)無意義；當(dāng)均值接近于0時(shí)，可信度較低，需舍去。

1.2.3 氣候要素相對(duì)變化率計(jì)算

由于氣候背景值不同，相同的氣候傾向率對(duì)不同區(qū)域的意義不同。因此，本研究采用更能反映氣候要素變化狀態(tài)的相對(duì)變化率來分析岷江流域氣候變化特征。具體方法如下［33］：

式中：RCV為相對(duì)變化率；TV和aV分別為氣候要素在n年里的年氣候傾向率和平均值。

1.2.4 極端降水指數(shù)

采用WMO氣候變化檢測(cè)和指標(biāo)專家組（ETCCDMI）［34］提出的27個(gè)極端氣候指數(shù)中的11個(gè)極端降水指數(shù)（http：//etccdi.pacificclimate.org/list_27_indices.shtml），分析岷江流域極端降水變化及突變特征（表2）。

表2 極端降水指數(shù)Table 2 Indices for precipitation extremes

為便于分析討論，將上述11個(gè)極端降水指數(shù)劃分為兩類：極端降水強(qiáng)度指數(shù)和極端降水量指數(shù)。其中，極端降水強(qiáng)度指單位時(shí)間或某短時(shí)間段內(nèi)的降水量。因此，本文將最大1日降水量、最大5日降水量和平均日降水強(qiáng)度等3個(gè)指數(shù)劃為極端降水強(qiáng)度指數(shù)。極端降水量指數(shù)則指某一時(shí)間段內(nèi)超過某一極端降水閾值的降水量之和（強(qiáng)降水量、極強(qiáng)降水量和年降水量）；或是達(dá)到某一極端降水閾值的天數(shù)總和（中雨以上日數(shù)、大雨以上日數(shù)、暴雨以上日數(shù)、持續(xù)干期和持續(xù)濕期）。需要說明的是，在后續(xù)討論中，如果持續(xù)干期（CDD）的氣候傾向率為正值，表明氣候有變干趨勢(shì)，因此將其劃為極端降水減少類型；反之亦然。

1.2.5 其他統(tǒng)計(jì)方法

通過線性趨勢(shì)、t檢驗(yàn)［33］等方法分析各站點(diǎn)年、季變化趨勢(shì)及其顯著性；采用M-K檢驗(yàn)［35］和滑動(dòng)t檢驗(yàn)［36］綜合判斷氣溫、降水量和極端降水指數(shù)是否發(fā)生突變；利用Pearson相關(guān)系數(shù)［37］分析西南渦，尤其是九龍渦頻數(shù)與岷江流域年、季降水量以及11個(gè)極端降水指數(shù)的關(guān)聯(lián)。

本文利用年降水量距平與標(biāo)準(zhǔn)差比值檢測(cè)代表站點(diǎn)降水異常年份，具體方法如下：上述比值大于等于1且小于2（大于-2且小于等于-1）即認(rèn)為該年為降水異常偏高（偏低）年份，大于等于2（小于等于-2）即為典型異常偏高（偏低）年份。

本文旱澇急轉(zhuǎn)特指相鄰兩年間年降水量（典型）異常偏低和（典型）異常偏高的轉(zhuǎn)換。

2 分析結(jié)果

2.1 流域增暖背景

1979-2018年，岷江流域多年平均氣溫為9.1℃；氣溫上升趨勢(shì)顯著（0.40℃/10 a），且通過了0.05的顯著性水平檢驗(yàn)（圖2（a））；氣溫變化波動(dòng)大，年均溫變異系數(shù)為6.4%，距平氣溫值最低、最高年份分別為1984年（-1.0℃）、2007年（1.0℃）；1979-1997年，流域氣溫主要為負(fù)距平，之后則基本為正距平所主導(dǎo)。結(jié)合M-K檢驗(yàn)可判斷，1979-2018年流域氣溫在1996年發(fā)生了突變（圖2（b））。同期，四季平均氣溫亦呈顯著升高趨勢(shì)（圖2（c）～（f））。其中，春季升溫幅度最大（0.50℃/10 a），夏季最?。?.34℃/10 a）。各季氣溫長(zhǎng)期變化波動(dòng)大，春、夏、秋季氣溫變異系數(shù)分別為7.9%、3.7%、7.2%?？梢姶杭練鉁夭▌?dòng)最大，秋季次之，夏季最小。此外，由于冬季平均氣溫距平接近于0，其變異系數(shù)可信度低，故此處略去不議。

圖2 1979-2018年岷江流域年、季氣溫變化及年平均氣溫M-K檢驗(yàn)Fig.2 Trends of annual and seasonal temperature in the Minjiang River Basin and M-K test of the annual temperature from 1979 to 2018

1979-2018年，岷江流域年、季平均氣溫呈普遍升高趨勢(shì)，但升溫幅度區(qū)域差異顯著。流域上游（都江堰以上）年、季平均氣溫相對(duì)變化率高于中下游地區(qū)（都江堰-宜賓），而中下游東部地區(qū)的增溫幅度又大于西部（圖3、圖4）。就流域顯著升溫區(qū)域面積而言，秋季最大，春、夏季次之，冬季最小（圖4）。春、夏、秋季平均氣溫相對(duì)變化率和年平均氣溫相對(duì)變化率空間分布較為一致，即上游大、下游?。磺疑嫌紊焦壬郎胤刃∮谏巾敿捌渲苓厖^(qū)域（圖4（a）～（c））。冬季山谷氣溫相對(duì)變化率則大于山頂（圖4（d））。春季山頂?shù)貐^(qū)的劇烈增暖加速冰川消融，促進(jìn)了滑坡、泥石流等山地災(zāi)害的爆發(fā)。

圖3 1979-2018年岷江流域年平均氣溫相對(duì)變化率Fig.3 Relative change rates of annual temperature in the Minjiang River Basin from 1979 to 2018

圖4 1979-2018年岷江流域季節(jié)平均氣溫相對(duì)變化率Fig.4 Relative change rates of seasonal temperature in the Minjiang River Basin from 1979 to 2018

2.2 流域年、季降水量時(shí)空變化

2.2.1 年、季降水量均值

近40年，岷江流域年降水量分布范圍為468.8～1 575.7 mm，降水高值中心位于流域西南部雅安市的天全縣（1 575.7 mm）、名山區(qū)（1 425.9 mm）和樂山市的洪雅縣（1 387.9 mm）；流域上游左岸茂縣（468.8 mm）、汶川（503.7 mm）兩站點(diǎn)降水最少（圖5）。就季節(jié)而言，岷江流域降水主要集中在夏季（圖6（a）～（d）），降水量為223.1～829.7 mm不等，占全年比例的41.6%～61.2%。32個(gè)站點(diǎn)中，除茂縣、汶川、黑水、松潘和理縣等5個(gè)高山站點(diǎn)（平均海拔高度為2 021.3 m）外，其他站點(diǎn)夏季降水對(duì)全年降水的貢獻(xiàn)率都超過了50%。各季降水量空間分布與年降水量類似，上游表現(xiàn)為西多東少，中下游則中間多、東西兩側(cè)少。

圖5 1979-2018年岷江流域年降水量空間分布Fig.5 Annual precipitation in the Minjiang River Basin from 1979 to 2018

圖6 1979-2018年岷江流域季節(jié)降水量空間分布Fig.6 Seasonal precipitation in the Minjiang River Basin from 1979 to 2018

2.2.2 年、季降水量時(shí)間變化

1979-2018年，岷江流域多年平均降水量為1 083.4 mm；降水距平最低、最高年份分別為1986年（-77.2 mm）、2016年（115.0 mm）；岷江流域年降水量增加顯著，通過了0.05的顯著性水平檢驗(yàn)，增幅高達(dá)21.99 mm/10 a（圖7（a））；1979-1995年，岷江流域年降水量主要為負(fù)距平，之后則主要為正距平。結(jié)合M-K檢驗(yàn)可判斷，降水量在1996年發(fā)生突變，降水增多（圖7（b））。同期，4季降水量亦顯著增加（圖7（c）-（f））：夏季降水量增幅最大（7.94 mm/10 a），秋季次之（5.56 mm/10 a），冬季最?。?.01 mm/10 a）；與各季氣溫變化波動(dòng)相比，降水量變化波動(dòng)更大。四季變異系數(shù)分別為15.9%、14.6%、17.6%和25.1%，可見冬季降水波動(dòng)最大，秋季次之，夏季最小。

圖7 1979-2018年岷江流域年、季降水量變化及年降水量M-K檢驗(yàn)Fig.7 Trends of annual and seasonal precipitation in the Minjiang River Basin and M-K test of the annual precipitation from 1979 to 2018

2.2.3 年、季降水量空間變化

1979-2018年，岷江流域年、季降水量變化區(qū)域差異顯著（圖8、圖9）。流域年降水量自北向南呈“增多-減少”交替出現(xiàn)。流域上游和中游西部高山地區(qū)整體表現(xiàn)為年降水量增多，而流域東南部盆地區(qū)域則呈減少趨勢(shì)。其中，上游牟尼溝東部、中游寶興河和天全河子流域年降水量相對(duì)變化率最大，下游青衣江下游、青神縣周邊為年降水量減少幅度最大區(qū)域。

圖8 1979-2018年岷江流域年降水量相對(duì)變化率Fig.8 Relative change rates of annual precipitation in the Minjiang River Basin from 1979 to 2018

各季降水量相對(duì)變化率差異顯著（圖9（b）～（e））。其中，春季除流域下游東部降水減少外，其它絕大部分區(qū)域降水量增加，特別是上游西北部增加趨勢(shì)顯著。春季降水相對(duì)變化率自東向西遞增，降水相對(duì)變化率增加最高區(qū)域超過30%。夏季降水量以減少趨勢(shì)為主，其中，上游黑水河子流域和下游樂山市周邊減少幅度最大。秋季除青衣江子流域降水減少外，其他區(qū)域降水增加，其中宜賓市周邊降水增幅最大。冬季流域絕大部分區(qū)域降水減少。

圖9 1979-2018年岷江流域季節(jié)降水量相對(duì)變化率Fig.9 Relative change rates of seasonal precipitation in the Minjiang River Basin from 1979 to 2018

2.3 流域極端降水變化

2.3.1 極端降水指數(shù)變化趨勢(shì)

1979-2018年，岷江流域中下游成都平原南部，較多站點(diǎn)呈現(xiàn)出極端降水量減少、極端降水強(qiáng)度減弱趨勢(shì)（圖10）。其中，蒲江和洪雅的極端降水量顯著減少，具體表現(xiàn)為中雨以上日數(shù)、強(qiáng)降水量或極強(qiáng)降水量顯著減少；新津、邛崍、彭山和青神4站極端降水強(qiáng)度顯著減弱，最大1日降水量或最大5日降水量呈減少趨勢(shì)，且通過了0.05顯著性水平檢驗(yàn)；而龍泉驛、丹棱、夾江和井研均表現(xiàn)為極端降水量減少、極端降水強(qiáng)度減弱趨勢(shì)。

部分高山站點(diǎn)則表現(xiàn)為極端降水量增多、極端降水強(qiáng)度增強(qiáng)趨勢(shì)（圖10）。流域海拔最高的站點(diǎn)松潘位于松潘高原，其平均日降水強(qiáng)度顯著增大、大雨以上日數(shù)和強(qiáng)降水量顯著增多；而在岷江流域下游，位于大涼山西北側(cè)的馬邊中雨以上日數(shù)顯著增多。

圖10 1979-2018年岷江流域32個(gè)氣象站點(diǎn)極端降水指數(shù)變化趨勢(shì)Fig.10 Trends of indices for precipitation extremes at 32 meteorological stations in the Minjiang River Basin from 1979 to 2018

2.3.2 極端降水指數(shù)突變特征

1979-2018年，除理縣站外，岷江流域上游其他4個(gè)站點(diǎn)的極端降水指數(shù)突變特征均為極端降水強(qiáng)度增強(qiáng)或極端降水量增多（以下分別簡(jiǎn)稱為“增強(qiáng)”、“增多”）；中下游除崇州、龍泉驛、蘆山和馬邊外，其他23個(gè)氣象站點(diǎn)均表現(xiàn)為極端降水強(qiáng)度減弱或極端降水量減少（以下分別簡(jiǎn)稱為“減弱”、“減少”）（圖11）。極端降水突變?cè)龆嗷蛟鰪?qiáng)的站點(diǎn)（松潘、黑水、茂縣、汶川、崇州、龍泉驛、蘆山和馬邊）的平均海拔高度為1 314.2 m；而向極端降水突變減少、減弱方向突變的氣象站點(diǎn)平均海拔高度為667.4 m。

圖11 1979-2018年岷江流域32個(gè)氣象站點(diǎn)極端降水指數(shù)突變特征Fig.11 Abrupt changes in the indices for precipitation extremes of 32 meteorological stations in the Minjiang River Basin from 1979 to 2018

極端降水突變“增多”和“增強(qiáng)”往往相伴出現(xiàn)，“減少”和“減弱”亦然。但過去40年，天全和邛崍降水突變卻表現(xiàn)“異?！?。天全站作為岷江流域年平均降水量的高值中心，其極端降水量突變減少，但極端降水強(qiáng)度增強(qiáng)。具體表現(xiàn)為：大雨以上日數(shù)、持續(xù)濕期、強(qiáng)降水量、極強(qiáng)降水量和年總降水量均于1992年和2005年前后兩次突變減??；而日降水強(qiáng)度則在1998年突變?cè)鰪?qiáng)。邛崍則是極端降水強(qiáng)度減弱而極端降水量增多：其最大5日降水量于1988年突變減少；持續(xù)濕期在1984年突變?cè)鲩L(zhǎng)；暴雨以上日數(shù)在1995年和2006年突變?cè)龆啵粯O強(qiáng)降水量則在1983年和2007年突變?cè)龆唷?/p>

2.3.3 年降水量異常特征

1979-2018年，岷江流域內(nèi)32個(gè)氣象站點(diǎn)共出現(xiàn)392次年降水量異常，平均每年有30%的氣象站點(diǎn)年降水量（典型）異常偏高（偏低）。其中，年降水量典型異常偏低年份出現(xiàn)14次（4%），異常偏低年份182次（46%），異常偏高年份164次（42%），典型異常偏高年份32次（8%）。近20年（1999-2018年），流域年降水量典型異常偏低、典型異常偏高年份出現(xiàn)頻次較前20年（1979-1998年）顯著增多（表3），為前20年的近2倍。

表3 1979-2018年岷江流域內(nèi)32個(gè)氣象站點(diǎn)降水異常年份和旱澇急轉(zhuǎn)出現(xiàn)頻次Table 3 Frequency of drought-flood shift and abnormal annual precipitation at 32 meteorological stations in the Minjiang River Basin from 1979 to 2018

相較于前20年，近20年岷江流域旱澇急轉(zhuǎn)總發(fā)生頻次沒有發(fā)生顯著改變，但旱澇急轉(zhuǎn)的方向發(fā)生了明顯改變。此處旱澇急轉(zhuǎn)指相鄰兩年，降水（典型）異常偏低年與降水（典型）異常偏高年的轉(zhuǎn)變。1979-2018年，流域32個(gè)氣象站點(diǎn)中，有19個(gè)氣象站點(diǎn)由降水（典型）異常偏低年轉(zhuǎn)為降水（典型）異常偏高年（即：由旱轉(zhuǎn)澇）23次；有19個(gè)氣象站點(diǎn)由降水（典型）異常偏高年轉(zhuǎn)為（典型）異常偏低年（即：由澇轉(zhuǎn)旱）25次（表3）。但是，1979-1998年，澇轉(zhuǎn)旱頻次更多（17次，占總頻次的70.8%）；1999-2018年，則以旱轉(zhuǎn)澇為主（16次，占總頻次的66.7%）。

3 討論

3.1 岷江流域降水異常與西南渦活動(dòng)的關(guān)聯(lián)

西南低渦是造成我國(guó)西南地區(qū)強(qiáng)降水的重要天氣系統(tǒng)［38-40］。根據(jù)源地可將西南低渦分為小金渦、九龍渦、盆地渦3類。其中，小金渦發(fā)生頻次最少，且其生命史多低于24 h，較難產(chǎn)生強(qiáng)降水；盆地渦位于104.5°E以東區(qū)域，在岷江流域范圍之外；九龍渦發(fā)生頻次最多，移除源地個(gè)數(shù)也最多，其平均造成的降水量亦最大［41］。慕丹等［42］提出的九龍渦范圍（99°～104°E，26°～32°N），包含了岷江流域大部分區(qū)域。因此，本研究參考慕丹等統(tǒng)計(jì)的1986-2015年九龍渦頻數(shù)資料［42］，將其與同時(shí)段岷江流域32個(gè)氣象站點(diǎn)的年、季降水量以及11個(gè)極端降水指數(shù)進(jìn)行了相關(guān)分析，以探究岷江流域（極端）降水和九龍渦頻數(shù)的關(guān)聯(lián)。

從區(qū)域平均來看，九龍渦頻數(shù)和岷江流域春季降水量顯著正相關(guān)，通過了0.01顯著性檢驗(yàn)；九龍渦頻數(shù)和岷江流域年降水量，夏、秋、冬季降水量無顯著相關(guān)關(guān)系。從站點(diǎn)分析發(fā)現(xiàn)，流域中上游大部分站點(diǎn)的春季降水量和九龍渦頻數(shù)正相關(guān)，眉山以南站點(diǎn)則均呈負(fù)相關(guān)（圖12（a））。除最大1日降水量和持續(xù)濕期，其他9個(gè)極端降水指數(shù)和九龍渦頻數(shù)正相關(guān)的氣象站點(diǎn)數(shù)均達(dá)一半以上。其中，最具代表性的極端降水指數(shù)為大雨以上日數(shù)，除崇州、溫江、天全、滎經(jīng)、夾江、井研和馬邊站外，其他25個(gè)氣象站點(diǎn)的大雨以上日數(shù)均和九龍渦動(dòng)正相關(guān)（圖12（b））。1986-2015年，九龍渦頻數(shù)顯著增多，氣候傾向率達(dá)5個(gè)/10 a，通過了0.01顯著性檢驗(yàn)。1979-2018年，岷江流域上游降水增多增強(qiáng)或由九龍渦活動(dòng)更加頻繁引起。

圖12 1986-2015年岷江流域32個(gè)氣象站點(diǎn)春季降水量、大雨以上日數(shù)與九龍渦頻數(shù)的相關(guān)分析Fig.12 Correlation between spring precipitation，number of heavy rain days，and Jiulong Vortex frequency at 32 meteorological stations in the Minjiang River Basin from 1986 to 2015

3.2 岷江流域降水異常與山地災(zāi)害的關(guān)聯(lián)

由前面分析可得知，1979-2018年，岷江流域上游山地增溫尤為顯著；上游年平均降水量和春、秋季平均降水量顯著增多，且高山站點(diǎn)極端降水量增多，極端降水強(qiáng)度增強(qiáng)。這種溫濕組合構(gòu)成了滑坡、泥石流等山地災(zāi)害發(fā)生、發(fā)展的有利條件，即氣溫升高將促進(jìn)高山冰雪消融，提供了較好的水源條件；極端降水量增多和降水強(qiáng)度增大，則為滑坡、泥石流等山地災(zāi)害的啟動(dòng)提供了有利的動(dòng)力條件。此外，1999-2018年，岷江流域極旱轉(zhuǎn)極澇現(xiàn)象顯著增多，比前20年的發(fā)生頻次多1倍有余。而旱澇急轉(zhuǎn)，特別是極旱轉(zhuǎn)為極澇現(xiàn)象將更易引發(fā)山地災(zāi)害。極旱條件下土壤含水量減少、土壤粘性降低、土層疏松，滑坡、泥石流等山地災(zāi)害啟動(dòng)所需的降水閾值下降；轉(zhuǎn)為極澇之后，在強(qiáng)降水激發(fā)下，山地災(zāi)害更易爆發(fā)，災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)加劇。因此，過去40年岷江流域上游增溫增濕、極端降水增多增強(qiáng)、旱轉(zhuǎn)澇發(fā)生頻次顯著增多等致災(zāi)因素共同作用，使得岷江流域，尤其是上游地區(qū)的孕災(zāi)環(huán)境越來越容易引發(fā)山地災(zāi)害。

根據(jù)已發(fā)表文獻(xiàn)，本文統(tǒng)計(jì)了近年來岷江流域典型山地災(zāi)害事件及其成因（表4）。分析發(fā)現(xiàn)，除強(qiáng)降水外，近20年岷江流域大部分滑坡、泥石流等山地災(zāi)害多疊加了地震的影響。近幾十年，岷江流域發(fā)生了1976年松潘-平武大地震、2008年汶川地震、2013年蘆山地震以及2017年九寨溝地震等多次震級(jí)達(dá)7.0級(jí)及以上的強(qiáng)震。上述歷史強(qiáng)震為流域山地災(zāi)害活動(dòng)提供了大量松散的固體物源；暴雨過程則是誘發(fā)災(zāi)害的動(dòng)力因素。例如，2013年7月9日四川省發(fā)生特大暴雨洪災(zāi)，43縣日降水量達(dá)暴雨級(jí)別，15縣達(dá)大暴雨級(jí)別，1縣達(dá)特大暴雨級(jí)別。受此次強(qiáng)降水和特殊地質(zhì)條件影響，都江堰市中興鎮(zhèn)五里坡發(fā)生特大型高位滑坡災(zāi)害（表4）。因此，強(qiáng)降水和地震的共同作用，尤其是疊加旱澇急轉(zhuǎn)是造成岷江流域特別是上游山地災(zāi)害發(fā)生的重要原因。

表4 岷江流域典型山地災(zāi)害事件Table 4 Typical mountain disaster events in the Minjiang River Basin

極端天氣氣候事件及其引發(fā)的次生山地災(zāi)害嚴(yán)重威脅著區(qū)域可持續(xù)發(fā)展，特別是地處高山峽谷區(qū)的岷江流域上游。因此，今后在科學(xué)研究方面，需加強(qiáng)災(zāi)害發(fā)生機(jī)理、極端天氣氣候事件影響等研究；開展岷江流域，尤其是上游地區(qū)的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，為川藏鐵路等重大工程建設(shè)的防災(zāi)避災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)；在能力建設(shè)方面，政府部門應(yīng)建立健全災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警體系建設(shè)，制定臨災(zāi)預(yù)案以合理規(guī)避山地災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)論

本研究聚焦岷江流域地形復(fù)雜性和地面觀測(cè)資料稀缺性，在ANUSPLIN空間插值過程中充分考慮了海拔、距海岸線距離等非地帶性因素對(duì)岷江流域氣溫、降水空間分布的影響，分析了1979-2018年增暖背景下岷江流域降水時(shí)空變化、極端降水指數(shù)變化趨勢(shì)和突變特征，檢測(cè)了降水異常年份，并據(jù)此討論了氣候變化對(duì)典型山地災(zāi)害事件的影響。主要結(jié)論如下：

（1）1979-2018年，岷江流域普遍顯著增溫，區(qū)域年平均氣溫增幅達(dá)0.4℃/10 a，并于1996年發(fā)生突變。相較于下游盆地，上游山地年、季平均氣溫增幅更大，且山頂及其周邊區(qū)域大于山谷。

（2）流域年降水量顯著增多（21.99 mm/10 a），于1996年發(fā)生突變；降水量增多主要發(fā)生于春、秋兩季，且春季增幅最為顯著。降水增多區(qū)域主要位于流域上游、中游西部山地。

（3）流域高山站點(diǎn)極端降水增多、降水強(qiáng)度增強(qiáng)，中下游低海拔站點(diǎn)則相反；1999-2018年，流域年降水量典型異常偏低、典型異常偏高年份出現(xiàn)頻次均顯著高于前20年；且前20年，流域內(nèi)的旱澇急轉(zhuǎn)主要表現(xiàn)為“由澇轉(zhuǎn)旱”，近20年則表現(xiàn)為以“由旱轉(zhuǎn)澇”為主。

（4）岷江流域（極端）降水增多與西南渦，特別是九龍渦活動(dòng)更為頻繁有關(guān)；流域上游“增暖增濕”、極端降水增多增強(qiáng)、“由旱轉(zhuǎn)澇”頻現(xiàn)的氣候條件，與歷史強(qiáng)震提供的豐富物源相疊加，加大了滑坡、泥石流等山地災(zāi)害的發(fā)生概率，使得本就脆弱的岷江流域上游山地災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)加劇。