王鵬云，曾 艷，李萬(wàn)春，王 輝，余凌翔

(1.云南省昆明農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站，云南昆明650032;2.云南省氣候中心，云南昆明650034)

滇池流域包括五華、盤(pán)龍、官渡、西山、呈貢、晉寧、嵩明7個(gè)縣區(qū)，面積2 920 km2［1］，流域多年平均水資源量 5.73 億m3［2］。流域自然降水是滇池的主要補(bǔ)水方式，降雨量時(shí)空分布及其變化直接影響流域內(nèi)徑流和水資源總量。近年來(lái)，隨著昆明經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展和人口急劇增長(zhǎng)，生產(chǎn)、生活用水不斷增加，水資源供需矛盾突出，研究滇池流域降雨量時(shí)空分布和大氣水資源潛力，對(duì)提高滇池流域水資源利用率具有重要意義。

在降雨量、水資源和大氣水汽特征及分布研究中，郭利丹等采用降水量模比系數(shù)差積曲線(xiàn)，分析降雨量和水資源分布特征［3－4］;李帥等研究了降雨量、可降水量和大氣水汽資源分布與演變［5－7］;張利平等用 NCEP/NCAR 格點(diǎn)資料，研究大氣水汽含量和大氣可降水量特征及其變化趨勢(shì)［8－10］;達(dá)布希拉圖等利用探空資料，分析空中水資源的分布及應(yīng)用潛力［11－12］。近年來(lái)，隨著 GPS探測(cè)技術(shù)的發(fā)展，眾多學(xué)者對(duì)GPS水汽數(shù)據(jù)反演大氣可降水量進(jìn)行了研究［13－15］。但在滇池流域降雨量和水資源利用研究中，主要是分析流域降雨量時(shí)間分布和流域內(nèi)水資源可持續(xù)利用［3，16－17］。筆者利用昆明、呈貢、晉寧、太華山、嵩明5個(gè)氣象站的降雨量資料，分析滇池流域降雨量年際變化和豐枯特征，并用探空數(shù)據(jù)研究大氣可降水量和大氣水資源潛力，為水資源規(guī)劃和管理提供支持。

1 資料和方法

1.1 資料選取 所用資料包括1971～2009年昆明、呈貢、晉寧、太華山、嵩明氣象站的月降雨量、年降雨量和降雨日數(shù)資料，以及2006～2009年昆明氣象站地面至高空22 000 m的月平均氣壓、相對(duì)濕度和溫度等探空數(shù)據(jù)。

1.2 分析方法

1.2.1 降雨量變化。用5個(gè)氣象站1971～2009年年降雨量，分年代計(jì)算5個(gè)站年降雨量變異系數(shù)，并分析降雨量年際變化和月變化。采用降雨量模比差積曲線(xiàn)，分析降雨量豐、枯變化，其計(jì)算公式為:

式中，Kic為降雨量模比差積;ki為模比值，R為第 ii年降雨量為1971～2009年降雨量平均值。

1.2.2 大氣可降水量計(jì)算。利用昆明站2006～2009年地面至高空22 000 m的月平均氣壓、相對(duì)濕度和溫度探空資料計(jì)算整個(gè)大氣柱的大氣可降水量(PWV)，PWV由下式計(jì)算:

式中，PWV為大氣可降水量(mm);g為重力加速度(9.8 m/s2)，p為氣圧 (Pa);z為高度(m);ρw為絕對(duì)濕度(kg/m3);q為比濕(kg/kg)。用梯形公式對(duì)(3)進(jìn)行化簡(jiǎn)，得PWV計(jì)算公式。

1.2.3 大氣水資源潛力計(jì)算。大氣水資源潛力按下式計(jì)算:

式中，S為大氣水資源潛力(%);V為降水比率(%)，V=R/RP×100%，其中，R為月平均實(shí)際降雨量(mm);Rp為月可能降水量(mm)，Rp=PWVm－max×D，式中，D 為月平均降雨日數(shù);PWVm－max為月平均最大可降水量(mm)，PWVm－max=MAX(PWVi)(i=1，2，3，…，12)，式中，PWVi為月平均大氣可降水量(mm)，按(3)式計(jì)算而得。

2 結(jié)果與分析

2.1 降雨量變化特征

2.1.1 年際變化。1971～2009年滇池流域5個(gè)氣象站平均年降雨量為977.9 mm，1999年平均年降雨量最多，為1 254.8 mm;1987年平均年降雨量最少，為722.7 mm，年際最大差幅為532.1 mm(圖1)，降雨量變異系數(shù)為0.16;降雨量10年滑動(dòng)平均值顯示，20世紀(jì)70～80年代平均年降雨量呈下降趨勢(shì)，90年代平均年降雨量呈上升趨勢(shì);在80和90年代降雨量年際變化大，變異系數(shù)分別為0.19和0.17;從2003年起，平均年降雨量開(kāi)始出現(xiàn)下降趨勢(shì)，變異系數(shù)為0.15，至2009年降雨量10年滑動(dòng)平均值下降至940.0 mm。

2.1.2 月變化。在滇池流域，雨季開(kāi)始期平均為5月24日，雨季結(jié)束期平均為10月23日，在11月～次年4月的干季，降雨量差異較小，各月平均降雨量在15.9～41.5 mm，降雨量?jī)H占全年降雨量的13.3%，自然降水補(bǔ)給量少;在5～10月的雨季期，降雨量差異顯著，太華山降雨量最多，各月平均降雨量為95.1～241.3 mm;呈貢降雨量最少，各月平均降雨量為66.9～171.9 mm，少于其他各站;嵩明、昆明、晉寧各月平均降雨量在71.8 ～212.8 mm(圖2)。

2.1.3 豐、枯變化。由1971～2009年降雨量模比差積曲線(xiàn)和5年滑動(dòng)平均曲線(xiàn)(圖3)可知，滇池流域降雨量豐、枯變化明顯，1971～1987年為豐水期，1988～1998年為枯水期，1999～2008年為豐水期;2005年以來(lái)，5年滑動(dòng)平均曲線(xiàn)呈下降趨勢(shì)，雖然仍處于豐水期，但已經(jīng)呈現(xiàn)出枯水的趨勢(shì)，尤其是2009年，滇池流域5個(gè)氣象站的平均年降雨量為615.7 mm，僅占多年平均降雨量的63%，降雨量模比差積為－0.01，屬枯水年份。因此，近5年自然降雨對(duì)滇池的補(bǔ)給量減少，水資源供需矛盾進(jìn)一步突出。

2.2 大氣水資源潛力 按(3)式計(jì)算地面至高空22 000 m整層大氣柱的大氣可降水量PWV，并按相應(yīng)公式計(jì)算滇池流域月平均最大可能降水量、月平均可降水量、降水比率和大氣水資源潛力。由表1可見(jiàn)，滇池流域在5～10月的汛期，最大可能降水量為66.0～77.8 mm，月平均降雨日數(shù)為4.2 ～8.1 d;而在干季，最大可能降水量為 18.4 ～50.6 mm，月平均降雨日數(shù)僅有1.0 ～2.1 d。

表1 1971～2009年滇池流域月平均最大可能降水量和降雨日數(shù)

對(duì)比分析滇池流域月平均可降水量和實(shí)際降水量(圖4和表2)發(fā)現(xiàn)，全年大氣水資源潛力在23.8% ～72.3%，與實(shí)際降雨量相比，可利用水資源較為豐富，特別在4～10月，大氣水資源潛力均在60%以上;在汛期5～10月，大氣可降水量為270～630 mm，實(shí)際降雨量為85～210 mm，此期間的降水比率為28.7% ～38.8%，大氣水資源潛力為61.2% ～71.3%;在11月份～次年4月份大氣可降水量為17.7～88.1 mm，實(shí)際降雨量為 12.6 ～37.0 mm，大氣水資源潛力為23.8% ～72.3%，變化幅度大，其中，大氣水資源潛力最大的是4月份，這是因?yàn)?月正值雨季開(kāi)始前，大氣水汽含量多。與雨季相比，雖然干季的大氣水資源潛力要低得多，但可利用率大，如果通過(guò)人工增雨的方法，將大氣水資源利用率提高1%，可增加降雨量22.3 mm，這對(duì)于滇池補(bǔ)水具有重要的作用。

表1 1971～2009年滇池流域月平均降水比率和大氣水資源潛力

3 結(jié)論與討論

大氣降水是滇池流域可利用水的主要來(lái)源，研究流域內(nèi)降雨量時(shí)空分布和空中水資源潛力是合理利用水資源、保證社會(huì)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要條件。通過(guò)對(duì)滇池流域降雨量分布和水資源潛力的研究表明，滇池流域降雨量年際變幅大，20世紀(jì)80和90年代降水集中而不穩(wěn)定，年際變化劇烈，這對(duì)滇池水利資源利用和保護(hù)產(chǎn)生不利影響;從2003年起，平均年降雨量開(kāi)始出現(xiàn)下降趨勢(shì);在降雨量豐年和枯年變化中，1988～1998年出現(xiàn)連續(xù)11年的枯水期，雖然近10年為豐水期，但5年滑動(dòng)平均曲線(xiàn)已呈下降趨勢(shì);大氣可降水量與實(shí)際降雨量相比，可利用水資源較為豐富，其中，在4和10月農(nóng)業(yè)生產(chǎn)關(guān)鍵期，大氣水資源豐富，可以通過(guò)人工增雨等方式，開(kāi)發(fā)空中水資源，提高空中水資源利用率，增加滇池的自然降水布局量。

在研究中，用昆明氣候基準(zhǔn)站探空數(shù)據(jù)分析大氣可降水量，同時(shí)昆明氣候基準(zhǔn)站已經(jīng)積累了2年GPS水汽資料，今后可用GPS水汽資料，進(jìn)一步分析大氣水汽和大氣可降水量的演變規(guī)律。

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