徐 火 清，周 佳，孫 然 好，孫 干

(1.中國(guó)三峽建工(集團(tuán))有限公司，四川 成都 610023； 2.中國(guó)科學(xué)院 成都生物研究所，四川 成都 610041；3.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049； 4.中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心 城市與區(qū)域生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100085)

0 引 言

量化人類(lèi)活動(dòng)對(duì)氣候變化的影響，是分析人類(lèi)活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境影響的基礎(chǔ)，也是當(dāng)前氣候?qū)W、生態(tài)學(xué)、地理學(xué)等多個(gè)學(xué)科研究中的熱點(diǎn)話(huà)題[1-3]。壩式水電站建設(shè)作為工程形式的典型人類(lèi)活動(dòng)之一，由于其截流蓄水改變了區(qū)域原有的下墊面類(lèi)型，造成水熱能源空間重新配置，進(jìn)而引起周邊區(qū)域降水、溫度的變化，這種可能產(chǎn)生的局地氣候效應(yīng)引起了學(xué)者們的廣泛關(guān)注[4-9]。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者圍繞壩式水電站建設(shè)對(duì)局地氣候的影響開(kāi)展了大量研究。國(guó)外關(guān)于埃及阿斯旺大壩的氣候效應(yīng)研究表明，蓄水后水庫(kù)附近的氣溫降低，相對(duì)濕度和蒸發(fā)量增大[10-11]；巴西伊泰普水電站建成后，使得庫(kù)區(qū)7月至次年1月的白天氣溫降低0～1.5 ℃，其他月份降低2.0～3.0 ℃，但對(duì)降水的影響不明顯[12]；莫桑比克的卡巴拉巴薩大壩建成后，空氣濕度有一定增加[13]；俄羅斯車(chē)爾尼雪夫斯基大壩建成后，該地區(qū)年平均氣溫由-8.5 ℃上升到-7.0 ℃，冬季最低氣溫由-60.0 ℃上升到-50.0 ℃，而夏季濕度提高33 %[14]。國(guó)內(nèi)針對(duì)大型壩式水電站蓄水對(duì)區(qū)域氣候的影響研究主要集中在長(zhǎng)江中游地區(qū)。例如，多數(shù)研究表明三峽水庫(kù)蓄水后，白天降溫，夜間增溫，夏季降溫，冬季增溫，且年平均氣溫以增溫為主[15-21]。此外，有研究也表明三峽水庫(kù)下墊面水體變化會(huì)對(duì)區(qū)域降水產(chǎn)生影響[20-24]，導(dǎo)致強(qiáng)降水增加，小雨和中雨減少[22]。但也有研究表明水庫(kù)蓄水后年平均氣溫變化較小[25-26]，年降水量也沒(méi)有明顯變化[20，27]，甚至有微弱的削弱降水的作用[26]。

綜上，國(guó)內(nèi)外已有研究均表明壩式水電站由于水庫(kù)蓄水導(dǎo)致的下墊面水體變化，會(huì)對(duì)局地的氣溫、降水等氣象要素產(chǎn)生影響，且不同環(huán)境背景下的氣候效應(yīng)可能并不相同。盡管前人圍繞水電站對(duì)局地氣候的影響做了很多有意義的探討，但學(xué)術(shù)界對(duì)水庫(kù)蓄水導(dǎo)致的局地氣候變化認(rèn)識(shí)并不全面，大多數(shù)研究都是基于少數(shù)氣象觀(guān)測(cè)站點(diǎn)或氣候模式開(kāi)展分析，往往忽視了氣象要素的空間異質(zhì)性和區(qū)域地形地貌的復(fù)雜性，導(dǎo)致相關(guān)結(jié)果不足以表征水庫(kù)蓄水影響區(qū)的氣候變化特征。而利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)雖然在很大程度上能克服“以點(diǎn)代面”的短板，但受制于遙感數(shù)據(jù)的精度和分辨率，在開(kāi)展局地氣候變化研究時(shí)，往往難以實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域氣候變化的精細(xì)化研究[28-31]。基于上述原因，不同學(xué)者的研究結(jié)論并不一致甚至完全相反。此外，相比于單一壩式水電站的大量研究案例，梯級(jí)水電站對(duì)局地氣候的影響研究存在明顯不足，尤其是梯級(jí)水電站蓄水前后局地氣候的時(shí)空變化特征目前并沒(méi)有明確的結(jié)論。

長(zhǎng)江流域目前以三峽水電站、金沙江下游梯級(jí)水電站為核心的水庫(kù)群已基本建成。這些水利工程在帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也勢(shì)必會(huì)對(duì)區(qū)域的氣候造成影響。然而，目前的研究絕大多數(shù)圍繞長(zhǎng)江中游的三峽水電站展開(kāi)，對(duì)長(zhǎng)江上游的金沙江江段較少涉及。本次研究以位于金沙江下游川、滇金沙江干熱河谷植被區(qū)的向家壩-溪洛渡梯級(jí)水電站為例，采用ANUSPLIN(Australian National University Spline)專(zhuān)業(yè)氣候數(shù)據(jù)空間插值方法[32-34]獲取氣溫、降水?dāng)?shù)據(jù)，進(jìn)而分析水庫(kù)蓄水對(duì)所在流域氣候的影響程度及時(shí)空響應(yīng)規(guī)律，以期揭示大型梯級(jí)水電站對(duì)流域氣候的影響。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于金沙江下游向家壩-溪洛渡梯級(jí)水電站所在流域(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“向家壩-溪洛渡流域”)，地理位置介于27.37°N～28.90°N，102.83°E～104.42°E之間，總面積約1.12萬(wàn)km2，跨四川、云南兩省(見(jiàn)圖1)。其中，向家壩水電站總裝機(jī)容量6 000 MW，于2012年完成蓄水，是目前國(guó)內(nèi)已運(yùn)營(yíng)的第五大水電站；溪洛渡水電站總裝機(jī)容量12 600 MW，于2013年完成蓄水，是目前國(guó)內(nèi)已運(yùn)營(yíng)的第三大水電站[35]。兩個(gè)水電站庫(kù)區(qū)通常在每年6～9月汛期期間水位處于最低；9～12月維持在正常蓄水位高水位運(yùn)行；1～5月為供水期，水位逐步回落。其中，蓄放水期間，向家壩水電站的水位垂直落差為10 m，而溪洛渡水電站則為60 m。

圖1 向家壩-溪洛渡梯級(jí)水電站所在流域位置Fig.1 Location of Xiangjiaba-Xiluodu cascade hydropower stations

該流域所在的區(qū)域?qū)倌蟻啛釒夂騾^(qū)，年均氣溫介于13～18 ℃，年降水量介于732～1 028 mm，山高谷深的地勢(shì)造成了水熱條件垂直變化顯著[36]。區(qū)內(nèi)大部分地區(qū)屬亞熱帶常綠闊葉林帶中的川、滇金沙江干熱河谷植被區(qū)，且東、西部差異明顯，西部為典型干熱河谷區(qū)，以干熱河谷植被和稀樹(shù)灌草叢植被為主；東部則較為濕潤(rùn)，植被以亞熱帶常綠闊葉林為主[37]。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文采用的氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家氣象信息中心(http：∥data.cma.cn)，涉及向家壩-溪洛渡流域內(nèi)及周邊地區(qū)的38個(gè)氣象站點(diǎn)。由于庫(kù)區(qū)在2013年完成蓄水，為了盡可能排除研究時(shí)段不一致帶來(lái)的影響，保持蓄水前后相同的時(shí)間跨度是必要的[8]。因此，本文將研究時(shí)段確定為蓄水前、后各8 a，總時(shí)間跨度為16 a(2005年1月1日至2020年12月31日)，包括氣溫和降水兩項(xiàng)氣候指標(biāo)。將觀(guān)測(cè)日數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)，得到各季節(jié)、各年度的數(shù)據(jù)。其中，季節(jié)劃分為3～5月為春季，6～8月為夏季，9～11月為秋季，12月至次年2月為冬季。

此外，90 m分辨率的DEM數(shù)據(jù)(GDEM DEM產(chǎn)品)下載自中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)(http：∥www.gscloud.cn)。

2 研究方法

本文將以實(shí)際觀(guān)測(cè)氣候數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)資料，采用ANUSPLIN插值方法模擬氣象降水參數(shù)，采用PELT(Pruned Exact Linear Time)、CV(Coefficient of Variation)和Trend指標(biāo)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，所有數(shù)據(jù)方法不涉及主觀(guān)評(píng)價(jià)。同時(shí)，以水利蓄水造成的區(qū)域下墊面變化作為唯一變量，來(lái)探究庫(kù)區(qū)氣候的變化程度，從而客觀(guān)分析水庫(kù)蓄水導(dǎo)致的氣候效應(yīng)。

2.1 ANUSPLIN空間插值方法

ANUSPLIN樣條插值方法由Wahba于1979年提出，經(jīng)過(guò)幾代優(yōu)化改進(jìn)后形成了現(xiàn)在可引入相關(guān)協(xié)變量因子的局部薄盤(pán)光滑樣條，極大地提高了模型性能與模擬精度[38-39]。其理論模型為

Zi=f(xi)+bTyi+ei

(1)

式中：Zi為i位置的氣象值；xi為d維向量樣條的獨(dú)立變量；f為xi的未知光滑函數(shù)；yi為p維向量獨(dú)立協(xié)變量；b為yi的p維向量系數(shù)；ei表示滿(mǎn)足期望值為0且方差為wiσ2的自變量隨機(jī)誤差；wi為已知的相對(duì)誤差方差；σ2通常表示未知的誤差方差，為常數(shù)。

本次研究中，38個(gè)氣象站點(diǎn)的氣溫和降水分別采用2次和3次樣條，為平衡數(shù)據(jù)保真度與曲面粗糙度以最大似然法GML(Generalised Max Likelihood)確定光滑參數(shù)，獲取了流域16 a涵蓋年和季節(jié)160幅氣候格網(wǎng)數(shù)據(jù)。

2.2 時(shí)間突變檢驗(yàn)

突變檢驗(yàn)是一種用于識(shí)別一個(gè)時(shí)間序列數(shù)據(jù)存在一個(gè)或多個(gè)未知位置變化點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)方法。本次研究采用Killick等提出的PELT 算法診斷向家壩-溪洛渡流域氣溫和降水隨時(shí)間變化特征。研究表明PELT方法相較于傳統(tǒng)的OP(Optimal Partitioning)和BS(Binary Segmentation)方法，速度更快，精確性更高，尤其是在識(shí)別多突變點(diǎn)中具有較大優(yōu)勢(shì)[40]。

2.3 變異系數(shù)和趨勢(shì)斜率

為了研究梯級(jí)水電站蓄水對(duì)局地氣候的影響，將研究時(shí)段劃分為蓄水前(2005～2012年)和蓄水后(2013～2020年)兩個(gè)階段進(jìn)行分析。本研究采用逐像元計(jì)算流域變異系數(shù)(CV)的方法來(lái)衡量氣候變化的波動(dòng)程度，并比較蓄水前后的空間格局的變化，進(jìn)而通過(guò)計(jì)算趨勢(shì)斜率(Trend)來(lái)評(píng)估氣溫、降水的變化速率，從而揭示梯級(jí)水電站對(duì)流域氣候的影響程度[38]。

(2)

(3)

2.4 精度驗(yàn)證

十折交叉檢驗(yàn)方法具有減小過(guò)擬合和獲取更多有效信息的優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)被大量應(yīng)用于測(cè)試算法準(zhǔn)確性[41-43]。本次研究將模型模擬的溫度、降水與地面觀(guān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行相關(guān)分析，采用十折交叉檢驗(yàn)方法來(lái)判斷模型的精度，即將輸入數(shù)據(jù)集隨機(jī)分成10份，輪流將其中9份作為訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)，1份作為測(cè)試驗(yàn)證數(shù)據(jù)，依據(jù)訓(xùn)練的模型參數(shù)計(jì)算預(yù)測(cè)結(jié)果，并提取與測(cè)試數(shù)據(jù)相應(yīng)的預(yù)測(cè)值，將預(yù)測(cè)值和測(cè)試驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)行比較。

本次研究采用ANUSPLIN模型，以經(jīng)緯度為自變量、海拔為協(xié)變量，對(duì)2005～2020年氣溫和降水變量進(jìn)行模擬，獲取160幅90 m空間分辨率的圖層，采用平均絕對(duì)誤差(MAE)、平均相對(duì)誤差(MRE)以及均方根誤差(RMSE)3種指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估[38，44]。公式如下：

(4)

(5)

(6)

式中：n為氣象站點(diǎn)數(shù)量；Ts為模擬值；To為觀(guān)測(cè)值。

3 結(jié)果及分析

3.1 插值結(jié)果及質(zhì)量評(píng)價(jià)

由表1可見(jiàn)，采用ANUSPLIN方法模擬向家壩-溪洛渡流域氣候，能獲得較為精準(zhǔn)的結(jié)果。就氣溫而言，夏季氣溫模擬精度最高，冬季最低；就降水而言，模擬結(jié)果剛好與氣溫相反，冬季精度最高，夏季最低。綜合來(lái)看，采用ANUSPLIN模型對(duì)向家壩-溪洛渡梯級(jí)水電站所在流域高溫的模擬效果優(yōu)于低溫，對(duì)旱季降水的模擬效果優(yōu)于雨季。

表1 十折交叉驗(yàn)證結(jié)果Tab.1 The results by 10-fold cross-validation

3.2 氣候要素變化特征及趨勢(shì)

3.2.1年度和季節(jié)變化

圖2表明2005～2020年期間，向家壩-溪洛渡梯級(jí)水電站所在流域年均氣溫介于11.68～12.81 ℃之間，以12.25 ℃為中位數(shù)。夏季氣溫最高，且蓄水后呈微弱上升趨勢(shì)；冬季氣溫最低，且蓄水后增溫趨勢(shì)最為明顯；春、秋季氣溫接近，大多介于11.58～13.82 ℃之間，且在蓄水前后均呈降溫趨勢(shì)。夏季最高溫出現(xiàn)在蓄水初期的2013年，冬季最低溫出現(xiàn)在蓄水前的2011年。在2005～2012年壩式梯級(jí)水電站蓄水前，流域年平均氣溫呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，在蓄水后的2013～2020年，下降幅度有所加大。

圖2 2005～2020年向家壩-溪洛渡流域氣候特征Fig.2 Climatic characteristics in Xiangjiaba-Xiluodu Basin during 2005 to 2020

就降水而言，2005～2020年期間降水隨時(shí)間變化較為波動(dòng)，年降水介于585～1 239 mm之間，以968 mm為中位數(shù)。年降水量最低、最高值分別出現(xiàn)在蓄水前的2011年和蓄水后的2018年。夏季最高降水量出現(xiàn)在2018年，冬季最低降水量則出現(xiàn)在蓄水初期的2013年。流域內(nèi)降水夏季高、冬季低，且春、秋季節(jié)降水量相當(dāng)，但秋季降水更為波動(dòng)。在2005～2012年未蓄水以前，除冬季降水呈微弱升高趨勢(shì)之外，其余皆呈下降趨勢(shì)，且年降水減少速率最高，其次為春季降水；蓄水以后，夏、秋、冬三季的降水量均呈增加趨勢(shì)，而春季和年降水繼續(xù)保持減少趨勢(shì)，但減少幅度明顯減緩，尤其是年降水量減少速率減緩幅度最大。

3.2.2突變分析

PELT方法識(shí)別的年度和季節(jié)氣候參數(shù)的變化情況表明(見(jiàn)圖3)：2005～2020年期間，向家壩-溪洛渡流域春、秋季氣溫及年均氣溫均未發(fā)生突變；夏季氣溫在蓄水后的2014，2016年發(fā)生2次突變；冬季氣溫則存在2009，2011，2013年3個(gè)突變點(diǎn)，尤其是2013年之后，流域內(nèi)冬季氣溫明顯升高。

圖3 2005～2020年向家壩-溪洛渡流域溫度和降水突變結(jié)果Fig.3 Abrupt results of temperature and precipitation in Xiangjiaba-Xiluodu Basin during 2005 to 2020

降水量除了在冬季不存在突變外，在其余季節(jié)均存在突變。其中，春季形成2010，2013年2個(gè)突變點(diǎn)，且在蓄水后的2013～2020年期間的降水波動(dòng)增加；夏季降水同樣在2013年發(fā)生突變后，流域內(nèi)降水明顯升高；秋季降水存在2個(gè)突變點(diǎn)，分別發(fā)生在2009年和2012年。年降水量存在2009年和2013年2個(gè)突變點(diǎn)，相應(yīng)存在2009～2012年的少雨期，以及2013年之后的相對(duì)多雨期。

3.3 蓄水前后氣候要素的空間對(duì)比分析

3.3.1氣溫變化

由圖4可以看出，向家壩-溪洛渡流域的氣溫變異指數(shù)(CV)呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性差異。具體來(lái)說(shuō)，無(wú)論在蓄水前還是蓄水后，流域內(nèi)春、夏、秋季的氣溫變異均主要以弱變異為主；但冬季氣溫的變異較大，以中等變異為主，且西部和東南部邊緣呈現(xiàn)出強(qiáng)變異特征。蓄水后，冬季氣溫的變異有所減弱，尤其是金沙江兩側(cè)的庫(kù)區(qū)，大多數(shù)區(qū)域氣溫變異由中等變異轉(zhuǎn)為弱變異。年均氣溫變異在蓄水前后的變化不明顯，均主要以弱變異為主。

圖4 向家壩-溪洛渡流域蓄水前和蓄水后氣溫變異系數(shù)分布Fig.4 Coefficient of variation index for temperature in Xiangjiaba-Xiluodu Basin before and after the reservoirs impoundment

向家壩-溪洛渡流域氣溫在蓄水前后的變化速率分析結(jié)果表明(見(jiàn)圖5)：蓄水后，冬季升溫最為明顯，升溫速率為0.18 ℃/a，尤其是金沙江沿岸以外區(qū)域；夏季總體也呈升溫趨勢(shì)，但不如冬季明顯，升溫速率僅為0.02 ℃/a，以流域南部為主要增溫區(qū)；春、秋季均表現(xiàn)為顯著降溫，近乎覆蓋流域全區(qū)，降溫速率分別為-0.09 ℃/a 和-0.11 ℃/a。就年均氣溫來(lái)說(shuō)，蓄水后，整個(gè)流域的降溫速率有所加大，由蓄水之前的-0.05 ℃/a，變?yōu)樾钏蟮?0.07 ℃/a，且就空間分布來(lái)看，蓄水后流域內(nèi)金沙江沿岸兩側(cè)的氣溫降低速率最高。

圖5 向家壩-溪洛渡流域氣溫在蓄水前和蓄水后的變化趨勢(shì)Fig.5 Trend analysis of temperature in Xiangjiaba-Xiluodu Basin before and after the reservoirs impoundment

3.3.2降水變化

由圖6可以看出，向家壩-溪洛渡流域的降水變異系數(shù)(CV)同樣呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性差異。蓄水前，除冬季金沙江沿岸兩側(cè)區(qū)域降水呈現(xiàn)強(qiáng)變異特征外，其余季節(jié)和區(qū)域的降水變異均以中等變異為主。蓄水后，春季流域內(nèi)降水的變異變化不明顯，仍以中等變異為主；冬季除金沙江沿岸兩側(cè)區(qū)域由強(qiáng)變異轉(zhuǎn)為中等變異外，其余區(qū)域仍以中等變異為主；而夏、秋季降水變異在流域西部地區(qū)明顯降低，由中等變異變?yōu)槿踝儺?。就年降水量?lái)說(shuō)，蓄水后，流域內(nèi)的降水變異有所減弱，主要發(fā)生在西部地區(qū)，由蓄水前的中等變異轉(zhuǎn)為弱變異，而其他地區(qū)跟蓄水前一致，仍以中等變異為主。

圖6 向家壩-溪洛渡流域蓄水前和蓄水后降水變異系數(shù)分布Fig.6 Coefficient of variation index for precipitation in Xiangjiaba-Xiluodu Basin before and after the reservoirs impoundment

向家壩-溪洛渡流域降水在蓄水前后的變化速率分析結(jié)果表明(見(jiàn)圖7)：蓄水前，除冬季外，季節(jié)降水均呈現(xiàn)下降特征；蓄水后，夏、秋、冬季的降水均顯著增加，尤其以冬季增加幅度最大，多數(shù)區(qū)域降水年增加速率介于0～5 mm/a之間，且春季降水下降的速率也明顯減弱。就年降水量來(lái)說(shuō)，蓄水后，整個(gè)流域的降水下降速率明顯降低，由蓄水之前的-31.28 mm/a大幅下降至-0.58 mm/a，且金沙江沿岸兩側(cè)庫(kù)區(qū)的降水下降幅度最大。就降水空間分布格局來(lái)看，春、夏、秋季均呈現(xiàn)出北高南低的特征；且相比于蓄水前，北部區(qū)域的降水量降水趨勢(shì)增加幅度較南部區(qū)域大。

圖7 向家壩-溪洛渡流域降水在水庫(kù)蓄水前和蓄水后的變化趨勢(shì)Fig.7 Trends of precipitation in Xiangjiaba-Xiluodu Basin before and after the reservoirs impoundment

4 討 論

4.1 梯級(jí)水庫(kù)蓄水對(duì)氣候的影響

本次研究表明，金沙江下游向家壩-溪洛渡梯級(jí)水電站蓄水后，氣溫呈現(xiàn)的特征與長(zhǎng)江中游地區(qū)庫(kù)區(qū)“冬季增溫，夏季降溫”的特征并不完全一致。向家壩-溪洛渡梯級(jí)水電站在蓄水后，冬季氣溫明顯增加，這與其他多數(shù)學(xué)者的研究結(jié)果一致[19-20]。主要原因是蓄水后庫(kù)區(qū)下墊面由原來(lái)的陸地轉(zhuǎn)變?yōu)樗?，水位抬升，水面擴(kuò)大，而水體的輻射性質(zhì)、熱容、導(dǎo)熱率等均與陸地明顯不同，比熱容增大，保溫效應(yīng)顯著，從而導(dǎo)致冬季氣溫增加[19]。同時(shí)本研究還表明，就向家壩-溪洛渡梯級(jí)水電站所在的整個(gè)流域來(lái)說(shuō)，夏季呈微弱的增溫趨勢(shì)，且西部典型干熱河谷區(qū)的增溫效應(yīng)最強(qiáng)，而東部濕潤(rùn)區(qū)域呈微弱的降溫趨勢(shì)。東部濕潤(rùn)型區(qū)域夏季降溫的趨勢(shì)與其他長(zhǎng)江中游水電站庫(kù)區(qū)的多數(shù)研究結(jié)果一致[21]，但干熱河谷區(qū)卻呈增溫趨勢(shì)，說(shuō)明水庫(kù)蓄水對(duì)于不同區(qū)域氣溫的影響并不一致。此外，向家壩-溪洛渡梯級(jí)水電站蓄水后，整個(gè)流域的年平均氣溫下降趨勢(shì)較蓄水前有所增大，主要原因是流域內(nèi)冬、夏季的增溫效應(yīng)不如春、秋季降溫效應(yīng)明顯。本研究年平均氣溫呈弱的下降趨勢(shì)，與周毅等[7]的研究結(jié)論基本一致，但與其他以增溫為主要趨勢(shì)的研究并不一致[15-21]，可能還是跟研究區(qū)的差異有關(guān)。

向家壩-溪洛渡梯級(jí)水電站蓄水也對(duì)流域降水產(chǎn)生了明顯影響。蓄水后，年降水量和春季降水的下降速率跟蓄水前相比大幅度減緩，而夏、秋、冬季的降水量在蓄水后均呈增加趨勢(shì)；春、夏季降水以及年降水均在蓄水后發(fā)生了突變。作為典型的河道型水庫(kù)，蓄水后水體面積擴(kuò)大，造成水汽與風(fēng)場(chǎng)的變化，引起局地水循環(huán)變化，進(jìn)而導(dǎo)致降水的變化[45-46]。本次研究的結(jié)論與大多數(shù)研究一致，即蓄水后庫(kù)區(qū)降水量較蓄水前增加[22-24]，但與部分學(xué)者得出的蓄水后降水量未發(fā)生明顯變化[20，27]，甚至有微弱削弱降水作用[18，24]的結(jié)果并不一致。究其原因，除了因?yàn)楸敬窝芯渴腔诹饔虺叨?，而其他研究多是基于站點(diǎn)尺度外，干熱河谷區(qū)不同于濕潤(rùn)區(qū)也可能是重要因素。

4.2 不足與展望

(1) 向家壩-溪洛渡梯級(jí)水電站蓄水在短時(shí)間內(nèi)迅速改變了庫(kù)區(qū)原有的陸面覆蓋特征，然而區(qū)域氣候環(huán)境響應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜、長(zhǎng)期的過(guò)程。由于受到蓄水時(shí)間節(jié)點(diǎn)的限制，本研究?jī)H使用蓄水前后8 a的數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)估壩式梯級(jí)水電站蓄水對(duì)區(qū)域氣候的影響，從時(shí)序上來(lái)說(shuō)，時(shí)間仍然相對(duì)較短。因此，本研究所獲得的規(guī)律還有待基于更長(zhǎng)時(shí)間的分析和驗(yàn)證。

(2) 本次研究采用的ANUSPLIN模型盡管獲得了較高的模擬精度，但未來(lái)仍需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行建模分析、具體設(shè)計(jì)，通過(guò)算法的改進(jìn)以獲得更好的效果。因此，怎樣改進(jìn)空間插值分析算法以獲得更優(yōu)更合理的結(jié)果需要進(jìn)一步的研究與探討。

(3) 遙感技術(shù)的發(fā)展為區(qū)域氣候數(shù)據(jù)的獲取提供了一種新的來(lái)源，但直接使用遙感反演的氣象數(shù)據(jù)，往往會(huì)受限于數(shù)據(jù)分辨率的影響。因此，多源數(shù)據(jù)融合以及如何在保證數(shù)據(jù)精度的前提下提高數(shù)據(jù)分辨率以適應(yīng)特定的研究區(qū)同樣值得深究。

5 結(jié) 論

本次研究采用ANUSPLIN模型模擬2005～2020年向家壩-溪洛渡壩式梯級(jí)水電站所在流域的氣溫和降水參數(shù)，進(jìn)而基于PELT算法識(shí)別氣溫、降水的突變情況，并在空間上定量分析了二者在蓄水前后的變異指數(shù)和變化速率，主要結(jié)論如下：

(1) 采用ANUSPLIN模型對(duì)向家壩-溪洛渡流域的氣候模擬能獲得較高精度，且該模型對(duì)高溫的模擬效果優(yōu)于低溫，對(duì)旱季的模擬效果優(yōu)于雨季。

(2) 水庫(kù)蓄水導(dǎo)致梯級(jí)水電站所在流域的年均氣溫下降幅度有所增大，由蓄水前的年均下降0.05 ℃，變?yōu)樾钏蟮哪昃陆?.07 ℃。就季節(jié)來(lái)看，蓄水后，冬季氣溫增幅最大，增溫幅度為0.18 ℃/a；夏季次之，為0.02 ℃/a；而春、秋季均表現(xiàn)為降溫，降溫幅度分別為-0.09 ℃/a和-0.11 ℃/a。

(3) 蓄水后，流域春季和年降水量降低趨勢(shì)極大減緩，年降水量的減少速率由蓄水前的-31.28 mm/a大幅下降至蓄水后的-0.58 mm/a；春季降水的減少速率也大幅放緩，由蓄水前的-14.26 mm/a下降至蓄水后的-5.49 mm/a；而夏、秋、冬三季的降水量在蓄水后均呈增加趨勢(shì)。

(4) 從突變檢驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，梯級(jí)水電站蓄水對(duì)冬、夏季氣溫的影響大于春、秋季，冬、夏季氣溫均在蓄水后發(fā)生突變；除冬季外，其余季節(jié)以及年均降水量在水庫(kù)蓄水后都發(fā)生了突變。