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害四川省重點實驗室，成都 610072；2.四川省氣象服務中心，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1357km，流域面積13.6萬km2，河口多年平均流量為1860m3/s。雅礱江發源于巴顏喀拉山南麓，經青海流入四川，于攀枝花市三堆子入金沙江。石渠以上為石渠河，流經丘狀高原地區，河床寬淺，水流漫散。石渠以下稱雅礱江，由山原地貌逐漸進入高山峽谷地帶，為橫斷山區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，因此對該流域面雨量的分析具有十分重要的作用。目前，對流域面雨量及雅礱江已有不少研究[1-8]。袁雅鳴等[9]通過對雅礱江217次降雨過程中雨帶強度和位置變化特征的統計分析，總結出了影響雅礱江流域的過程性雨帶有5種類型，并提出致洪強降雨預報的天氣學判據。陳媛等[10]選取雅礱江流域1960～2004年降水、氣溫及徑流資料，分析降水和氣溫對徑流變化的影響，指出雅礱江流域降水分布地區差異較大，年內分配嚴重不均勻，但年際變化較小。李榮波等[11]對錦屏水文站近60a年徑流量進行計算分析，總結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。以上針對雅礱江流域的研究主要集中在對其天氣特征及徑流變化的分析，而對面雨量時空分布以及雨季開始結束期探討較少。本文利用1981～2017年雅礱江流域18個氣象站點的逐日降水資料，分析了雅礱江流域面雨量時空分布，并計算了流域雨季開始結束期以及強降水頻次分布，研究結果可以為雅礱江流域的排蓄水優化調度、防洪調度等決策提供參考依據。

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18個氣象站逐日降水資料。根據雅礱江流域(如圖1所示)氣候

特征以及水文分區的不同，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個子流域。

1.2 方法

由于雅礱江流域面積較小，氣象站點分布較均勻，面雨量計算方法采用相對簡單的算術平均法，所選用的氣象站點名稱及與子流域的對應關系如表1所示。

表1 雅礱江流域包含的站點

雅礱江流域雨季開始和結束的時間，是水庫運行調度的重要指標。對流域各個站點采用算術平均法分別求出流域上、中、下游的面雨量后，再根據中國雨季監測指標(西南雨季)[12]定義的單站雨季開始結束日期計算標準進行統計。

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20天出現兩次單站雨季開始閾值(K1)≥1，則將第一次出現時的5天中降水量首次>10mm的一天(如果日降水量未超過10mm時，選降水量最大的一天)確定為雨季開始日。

定義單站雨季結束閾值為

(2)

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

2 雅礱江流域面雨量時空分布特征

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變化呈單峰型(圖2)，流域面雨量峰值并不同步，上中游出現在 6 月，上游為 136mm，中游為 174mm；下游出現在7月，為231mm。最少值都出現在12月，面雨量為2～4mm。整個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分布特征

從雅礱江流域各季節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，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滑動平均可知(圖略)，春季整個流域面雨量在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90年代以前流域面雨量偏多，20世紀90年代以后逐漸減小。從流域各季節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。

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。

3 雅礱江流域雨季開始期與結束期確定

從流域各年雨季開始結束期可以看出(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，出現在2000年和2012年，最晚的是6月10日，出現在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，出現在2000年，最晚的是6月15日，出現在2005年。雅礱江下游雨季開始最早是4月22日，出現在2015年，最晚是6月23日，出現在1983年，平均開始日期為5月22日。雅礱江上游雨季平均結束日期為10月11日，最早的是9月14日，出現在2007年，最晚的是10月28日，出現在2003年。雅礱江中游雨季平均結束日期為10月22日，最早的是9月18日，出現在2007年，最晚的是11月20日，出現在1988年。雅礱江下游雨季平均結束日期為10月31日，最早是9月25日，出現在1981年，最晚是11月28日，出現在2007年。從雨季開始、結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。

4 雅礱江流域強降水頻次分布特征

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

表2 雅礱江流域雨季開始結束期

表3 雅礱江流域強降水頻次分布

進一步將強降水面雨量細分為4個等級，分別為20～29.9mm，30～49.9mm，50～69.9mm以及≥70mm。由雅礱江流域各級強降水頻次分布可以看出(表4)，雅礱江流域85%的強降水面雨量集中在30mm以下，30～49.9mm占了14%，50mm以上僅出現在了雅礱江下游，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。37年中流域沒有面雨量≥70mm的強降水出現。

表4 雅礱江流域各等級強降水頻次分布

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在7月，為50.6mm，最小值出現在1月，為3.2mm。雅礱江上游面雨量最大值出現在6月，為21.2mm，7月和8月極大值也在21mm左右；中游最大值出現在5月，達到了34.6mm，其次是7月，達到29.2mm；下游面雨量極大值出現在7月，超過了50mm。上游強降水主要出現在6-8月，中下游出現在5～10月，下游在11月還出現了面雨量超過20mm的強降水。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

計算出流域的關聯度如表6所示，由于雅礱江流域上游強降水出現的次數很少，僅5次，因此與雅礱江中游、下游基本沒有關聯度，即當雅礱江上游出現強降水時，雅礱江中下游基本沒有同時出現強降水。雅礱江中游和下游關聯度為7%，說明當雅礱江中游出現強降水時， 下游很少有時間同時也出現強降水。下游和中游關聯度為 23.2%，因此當雅礱江下游出現強降水時，雅礱江中游有1/5的時間同時也出現強降水。

表6 雅礱江流域各分區面雨量關聯度

5 結論

雅礱江流域面雨量隨月份起伏明顯，年內變化呈單峰型。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，中上游呈穩定趨勢，下游呈減少趨勢，秋季面雨量和春季相當，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。

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