1981～2017年雅砻江流域面雨量变化特征分析

宋雯雯，郭 洁，袁 媛，陶 丽

(1.高原与盆地暴雨旱涝灾害四川省重点实验室，成都 610072；2.四川省气象服务中心，成都 610072)

引言

雅砻江是金沙江的最大支流，是中国水能资源最富集的河流之一，全长1571km，四川境内1357km，流域面积13.6万km2，河口多年平均流量为1860m3/s。雅砻江发源于巴颜喀拉山南麓，经青海流入四川，于攀枝花市三堆子入金沙江。石渠以上为石渠河，流经丘状高原地区，河床宽浅，水流漫散。石渠以下称雅砻江，由山原地貌逐渐进入高山峡谷地带，为横断山区北南向的主要河系之一。北部高原为干冷的大陆性气候，四季不明显，干湿两季分明，大部分地区全年均可降雪；流域中部和南部为干湿分明的亚热带气候，气候垂直变化明显。雅砻江位居全国十三大水电基地第3位，水能资源极为丰富，因此对该流域面雨量的分析具有十分重要的作用。目前，对流域面雨量及雅砻江已有不少研究[1-8]。袁雅鸣等[9]通过对雅砻江217次降雨过程中雨带强度和位置变化特征的统计分析，总结出了影响雅砻江流域的过程性雨带有5种类型，并提出致洪强降雨预报的天气学判据。陈媛等[10]选取雅砻江流域1960～2004年降水、气温及径流资料，分析降水和气温对径流变化的影响，指出雅砻江流域降水分布地区差异较大，年内分配严重不均匀，但年际变化较小。李荣波等[11]对锦屏水文站近60a年径流量进行计算分析，总结出年际径流突变年份以及趋势特征，得出在未来年份中年径流有递增趋势。以上针对雅砻江流域的研究主要集中在对其天气特征及径流变化的分析，而对面雨量时空分布以及雨季开始结束期探讨较少。本文利用1981～2017年雅砻江流域18个气象站点的逐日降水资料，分析了雅砻江流域面雨量时空分布，并计算了流域雨季开始结束期以及强降水频次分布，研究结果可以为雅砻江流域的排蓄水优化调度、防洪调度等决策提供参考依据。

1 资料与方法

1.1 资料

降雨资料采用1981～2017年雅砻江流域内18个气象站逐日降水资料。根据雅砻江流域(如图1所示)气候

特征以及水文分区的不同，将雅砻江划分为雅砻江上游(雅江以上)、雅砻江中游(雅江至锦屏)、雅砻江下游(锦屏以下)3个子流域。

1.2 方法

由于雅砻江流域面积较小，气象站点分布较均匀，面雨量计算方法采用相对简单的算术平均法，所选用的气象站点名称及与子流域的对应关系如表1所示。

表1 雅砻江流域包含的站点

雅砻江流域雨季开始和结束的时间，是水库运行调度的重要指标。对流域各个站点采用算术平均法分别求出流域上、中、下游的面雨量后，再根据中国雨季监测指标(西南雨季)[12]定义的单站雨季开始结束日期计算标准进行统计。

定义单站雨季开始阈值为

(1)

式(1)中，K1为单站雨季开始阈值，R为5天滑动累积降水量，R1为5～10月候降水量的平均值。单站雨季开始日期定义为自4月开始，任意连续20天出现两次单站雨季开始阈值(K1)≥1，则将第一次出现时的5天中降水量首次>10mm的一天(如果日降水量未超过10mm时，选降水量最大的一天)确定为雨季开始日。

定义单站雨季结束阈值为

(2)

式(2)中，K2为单站雨季结束阈值，R为5天滑动累积降水量，R2为1～12月候降水量的平均值。单站雨季结束日期定义为自9月开始，任意连续20天内单站雨季结束阈值(K2)均<1，则第一次出现时的当天确定为雨季结束日。

2 雅砻江流域面雨量时空分布特征

2.1 雅砻江流域面雨量的月分布特征

雅砻江流域月面雨量的年内变化呈单峰型(图2)，流域面雨量峰值并不同步，上中游出现在 6 月，上游为 136mm，中游为 174mm；下游出现在7月，为231mm。最少值都出现在12月，面雨量为2～4mm。整个流域面雨量主要集中5～9月，总量为500～850mm，占年面雨量的84%左右；11月至翌年2月较少，总量为16～27mm，仅占年面雨量的2%。

2.2 雅砻江流域面雨量的季节分布特征

从雅砻江流域各季节面雨量的空间分布可知(图3)，春季流域面雨量空间分布变化不大，流域西北部面雨量在115mm左右，流域其余地区在125mm左右。夏季流域面雨量明显增大，且由北向南增多，流域上游在450mm左右，流域中下游超过了550mm，夏季流域面雨量占全年的80%以上。秋季面雨量和春季相当，上、中、下游面雨量分别在170mm、180mm、190mm左右。冬季流域面雨量明显减小，不超过20mm。从流域面雨量5a滑动平均可知(图略)，春季整个流域面雨量在100～150mm左右，上游和中游春季面雨量最大值都出现在1999年。夏季上、中、下游面雨量差异明显，上游最小，其次是中游，最多的是下游。秋季在20世纪90年代以前流域面雨量偏多，20世纪90年代以后逐渐减小。从流域各季节气候倾向率可以看出，春季，流域面雨量呈增加趋势，中上游为7mm/10a，下游为13mm/10a；夏季，中上游面雨量基本无变化，下游为-26mm/10a，面雨量呈减少趋势；秋季，上游变化趋势不明显，中游和下游呈减少趋势，气候倾向率分别为-7mm/10a和-13mm/10a；冬季，整个流域面雨量变化不大，以上气候趋势变化均通过了95%的信度检验。

2.3 雅砻江流域面雨量的年分布特征

图4为雅砻江流域年平均面雨量分布，由图可知，雅砻江流域面雨量由北向南逐渐增多。雅砻江上游平均面雨量为657mm，中游为846mm，下游为1017mm。从流域面雨量的气候变化趋势可以看出(图5)，上游和中游年平均面雨量都呈上升趋势，气候倾向率分别为12.7mm/10a、3.1mm/10a，下游年平均面雨量呈下降趋势，气候倾向率为-23.8mm/10a，且都通过了95%的信度检验。

3 雅砻江流域雨季开始期与结束期确定

从流域各年雨季开始结束期可以看出(表2)，雅砻江上游雨季平均开始日期为5月14日，最早的是4月7日，出现在2000年和2012年，最晚的是6月10日，出现在2010年。雅砻江中游雨季平均开始日期为5月8日，最早的是4月4日，出现在2000年，最晚的是6月15日，出现在2005年。雅砻江下游雨季开始最早是4月22日，出现在2015年，最晚是6月23日，出现在1983年，平均开始日期为5月22日。雅砻江上游雨季平均结束日期为10月11日，最早的是9月14日，出现在2007年，最晚的是10月28日，出现在2003年。雅砻江中游雨季平均结束日期为10月22日，最早的是9月18日，出现在2007年，最晚的是11月20日，出现在1988年。雅砻江下游雨季平均结束日期为10月31日，最早是9月25日，出现在1981年，最晚是11月28日，出现在2007年。从雨季开始、结束期的气候倾向率可知，上、中、下游的雨季开始期分别提前了-5.2天/10a、-2.4天/10a和-4.5天/10a，而雨季结束期上游和下游分别推迟了2.3天/10a和0.9天/10a，中游变化不明显,以上变化趋势也通过了95%的信度检验。

4 雅砻江流域强降水频次分布特征

定义日面雨量≥20mm为强降水面雨量，由雅砻江流域强降水面雨量频次分布可以看出(表3)，雅砻江流域强降水主要出现在6～9月，37年共出现369次，占总次数的90%以上，7月出现次数最多，达到130次，占总次数的33%，其次是8月，达到97次，6月达到82次。11月至次年4月基本没有强降水出现，5月和10月出现次数较少。雅砻江上游37年仅出现了5次强降水，年平均0.1次，仅占总次数的1%；雅砻江中游共出现了90次，年平均2.4次，占总次数的23%；雅砻江下游37年共出现了298次，年平均8次，占总次数的76%。

表2 雅砻江流域雨季开始结束期

表3 雅砻江流域强降水频次分布

进一步将强降水面雨量细分为4个等级，分别为20～29.9mm，30～49.9mm，50～69.9mm以及≥70mm。由雅砻江流域各级强降水频次分布可以看出(表4)，雅砻江流域85%的强降水面雨量集中在30mm以下，30～49.9mm占了14%，50mm以上仅出现在了雅砻江下游，有4次，占1%。其中雅砻江上游最大面雨量在20～29.9mm，没有30mm以上的面雨量出现。37年中流域没有面雨量≥70mm的强降水出现。

表4 雅砻江流域各等级强降水频次分布

从雅砻江流域各月面雨量极值可以看出(表5)，流域面雨量最大值出现在7月，为50.6mm，最小值出现在1月，为3.2mm。雅砻江上游面雨量最大值出现在6月，为21.2mm，7月和8月极大值也在21mm左右；中游最大值出现在5月，达到了34.6mm，其次是7月，达到29.2mm；下游面雨量极大值出现在7月，超过了50mm。上游强降水主要出现在6-8月，中下游出现在5～10月，下游在11月还出现了面雨量超过20mm的强降水。流域12月和1月面雨量极值在10mm以下。

表5 雅砻江流域各月面雨量极值

计算出流域的关联度如表6所示，由于雅砻江流域上游强降水出现的次数很少，仅5次，因此与雅砻江中游、下游基本没有关联度，即当雅砻江上游出现强降水时，雅砻江中下游基本没有同时出现强降水。雅砻江中游和下游关联度为7%，说明当雅砻江中游出现强降水时， 下游很少有时间同时也出现强降水。下游和中游关联度为 23.2%，因此当雅砻江下游出现强降水时，雅砻江中游有1/5的时间同时也出现强降水。

表6 雅砻江流域各分区面雨量关联度

5 结论

雅砻江流域面雨量随月份起伏明显，年内变化呈单峰型。流域春季面雨量在100～150mm左右，且呈增加趋势，夏季面雨量占全年的80%以上，中上游呈稳定趋势，下游呈减少趋势，秋季面雨量和春季相当，中游和下游呈减少趋势，冬季流域面雨量不超过20mm，且变化趋势不明显。流域年平均面雨量由北向南逐渐增多，上游和中游呈上升趋势，下游呈下降趋势。

雅砻江流域雨季平均开始日期上游为5月14日，中游为5月8日，下游为5月22日；雨季平均结束日期上游为10月11日；中游为10月22日，下游为10月31日。流域雨季开始期呈提前趋势；雨季结束期上游和下游有推迟趋势，中游变化趋势不明显。

雅砻江流域强降水面雨量频次分布显示，雅砻江流域强降水主要出现在6～9月；雅砻江流域85%的强降水面雨量集中在30mm以下，50mm以上仅出现在了雅砻江下游，37年中流域没有面雨量≥70mm的强降水出现。流域面雨量最大值出现在7月，最小值出现在1月。雅砻江流域上游的强降水与中游、下游的基本没有关联度；下游强降水和中游关联度为23.3%，即下游出现强降水时，雅砻江中游有1/5的时间同时也出现强降水。