尹 曄，白愛娟，陳子龍，張 敏，劉 皓，鄭自君

(1.中國長江電力股份有限公司智慧長江與水電科學(xué)湖北省重點實驗室，湖北 宜昌 443000；2.成都信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610225；3.四川省涼山州氣象局，四川 西昌 615000)

0 引 言

特殊地貌地形作用下的干熱河谷，以高溫、低濕等特殊氣候條件，受到氣象界的關(guān)注。白鶴灘水電站地處橫斷山脈南北向的深切河谷深處，位于四川涼山州寧南縣和云南昭通巧家縣交界，為典型的干熱河谷地帶。白鶴灘水電站是金沙江下游4個梯級水電站——烏東德、白鶴灘、溪洛渡和向家壩中的第2個，是僅次于三峽水電站的世界第二大水電站，也是我國“西電東輸”的骨干電源點之一[1]。白鶴灘水電站處于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，同時受干熱河谷氣候的影響，表現(xiàn)出特有的高溫和干旱特征。研究表明，受西風(fēng)南支急流和西南季風(fēng)的季節(jié)性交替影響，該河谷區(qū)具有干濕季分明的氣候特征[2-3]。白鶴灘水電站自2011年開工以來，對周邊的生態(tài)地質(zhì)環(huán)境具有顯著影響，2021年蓄水發(fā)電后，大壩上游庫區(qū)的“U”形湖泊，和下游兩岸對峙的“V”形河谷已經(jīng)產(chǎn)生了局地特殊的氣候效應(yīng)。降水量能夠有效增加水電站庫容，但同時當(dāng)短時強降水和暴雨突發(fā)時，會引發(fā)山洪、滑坡和泥石流等次生災(zāi)害，影響壩區(qū)生產(chǎn)和生活的安全。如2012年發(fā)生在白鶴灘水電站由短時極端強降水引發(fā)的“6.28”特大山洪泥石流，造成了7人死亡和33人失蹤的重大災(zāi)害。因此，白鶴灘水電站的降水特征受到了廣泛關(guān)注，掌握壩區(qū)干熱河谷氣候背景下降水量的時空變化，有利于壩區(qū)的氣象防災(zāi)減災(zāi)，降低泥石流等次生災(zāi)害的影響和損失。

降水是影響地表徑流和產(chǎn)生氣象災(zāi)害及次生災(zāi)害的主要原因，壩區(qū)周邊降水變化長期以來備受關(guān)注。秦劍等[4]指出影響金沙江流域的災(zāi)害性天氣主要有高溫、寒潮、降水、雷暴、大風(fēng)和霧等。周長艷等[5]對四川省降水量的分析表明，攀枝花和涼山等地的暴雨日數(shù)和強度增多增強，導(dǎo)致部分地區(qū)洪澇和地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)。陳丹等[6]對四川盆地夏季暴雨時空變化的研究發(fā)現(xiàn)，盆地東部暴雨日呈增加趨勢，但西部相反呈減少趨勢。曾波等[7]對攀西地區(qū)降水的研究表明，其不同等級降水量占總降水量的比例接近，且1961年以來年降水量呈減少趨勢，但是大雨量級以上的降水頻次在攀西局部地區(qū)有增加趨勢。曹輝等[8]研究表明，金沙江流域暴雨的時空分布極不均勻，全流域同時發(fā)生暴雨的概率較低，下游地區(qū)的洪水具有范圍大、時間長的特點。陶麗等[9]對白鶴灘所在的寧南縣強降水研究指出，1960年～2019年平均每年有2～3次極端降水事件，6月和7月是極端降水的高峰期。曹輝等[8]和胥良等[3]研究表明，寧南縣年降水量在500～900 mm之間，且干濕季分明，每年5月～10月為雨季，占年總降水量的9成以上，11月～次年4月為干季，降水稀少。錢鋮等[2]指出，寧南縣近57年來降水量呈明顯上升趨勢，降水集中在5月～10月。袁震洲等[10]對鄰近壩區(qū)巧家縣的研究表明，其降水量和蒸發(fā)量的年、雨季和干季降水量分別呈現(xiàn)顯著上升、上升和下降的趨勢。

受全球氣候變化的影響，各地氣候異常事件和極端降水事件頻發(fā)。在白鶴灘水電站蓄水發(fā)電后，施工建設(shè)已改變了周邊地形和下墊面條件，對于壩區(qū)生態(tài)環(huán)境修復(fù)，水文氣候變化和災(zāi)害性天氣預(yù)警，都需要掌握壩區(qū)降水量的變化特征。因此，在分析金沙江下游河谷降水氣候特征的基礎(chǔ)上，開展白鶴灘水電站降水量多時空變化研究，提高對干熱河谷降水特征的認(rèn)識，深化對壩區(qū)降水氣候條件的理解，具有重要的意義和價值。

1 資料和方法

1.1 研究區(qū)觀測站

白鶴灘水電站建在金沙江下游干熱河谷地的峽谷中，由于水電站選址前該地沒有氣象觀測站，觀測資料的匱乏使得對該地降水變化的認(rèn)識有限。水電站開工建設(shè)后，水利部門陸續(xù)建設(shè)了氣象觀測站，為增強該地區(qū)天氣氣候的認(rèn)識提供了重要數(shù)據(jù)。利用自建站的觀測數(shù)據(jù)分析水電站周邊的降水特征，以及水電站蓄水發(fā)電后的天氣氣候效應(yīng)，具有非常重要的意義。

白鶴灘水電站大壩所處峽谷位于東經(jīng)102°51′～102°59′，北緯27°42′～27°21′，周邊地形和海拔高度如圖1a所示。從上游的葫蘆口大橋至下游的荒田水廠是40多km的南北縱向山谷，統(tǒng)稱為水電站壩區(qū)。水電站在壩區(qū)峽谷建設(shè)的觀測站有新田站、上村梁子站、馬脖子站、六城壩站、騎騾溝站和葫蘆口大橋站，覆蓋壩區(qū)河谷上下游，開展自組網(wǎng)觀測。其中馬脖子站位于河谷東岸，靠近大壩的高地上，騎騾溝站、新田站和葫蘆口大橋站位于大壩上游的河谷地西側(cè)。除騎騾溝站海拔為2 141 m外，其余測站的海拔高度在700～900 m之間，可以代表河谷地的天氣氣候變化。

圖1 白鶴灘水電站周邊的地形高度及放大的壩區(qū)地形和觀測站位置

在水電站壩區(qū)的周邊，中國氣象局建設(shè)的區(qū)域觀測站有云南巧家站、馬洪站和安居站，以及四川省寧南新村站。除巧家站位于上游寬闊的河谷外，其余站均離河谷較遠(yuǎn)，且站址海拔偏高，如寧南新村站、安居站和馬洪站的海拔高度分別為1 344 m、2 578 m和1 686 m。以上4個區(qū)域站在本文中用來與壩區(qū)河谷的降水特征進(jìn)行對比分析。以上所有站點的位置和海拔高度如圖1b所示。

1.2 資料和方法

(1)白鶴灘水電站自建的觀測站數(shù)據(jù)。有6個氣象觀測站，分別為新田、上村梁子、馬脖子、六城壩、騎騾溝和葫蘆口大橋站。除騎騾溝站為日觀測數(shù)據(jù)外，其余站為逐小時數(shù)據(jù)。各站由于建設(shè)時間不同，導(dǎo)致數(shù)據(jù)起始時間不一致，其中新田站從2011年開始，馬脖子站和上村梁子站分別從2014年和2016年開始有觀測數(shù)據(jù)，其余站從2018年開始。為了充分利用數(shù)據(jù)，除對比分析站點差異采用2018年～2020年的數(shù)據(jù)外，其余分析均使用各站觀測以來的所有數(shù)據(jù)。本文還采用了中國氣象局4個區(qū)域觀測站降水量數(shù)據(jù)，為寧南新村、巧家、安居和馬洪站，與壩區(qū)的降水進(jìn)行對比分析。資料分析前，對數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行控制，剔除異常值和缺測值。

(2)本文參照中央氣象臺的降水量分級標(biāo)準(zhǔn)，以小時降水量大于等于20 mm作為短時強降水，以小時降水量大于等于50 mm為極端短時強降水。同時以日降水量超過50 mm為暴雨日，超過100 mm為大暴雨日。此外將大于0 mm的降水稱為有效降水，將有效降水時次占總觀測時次的百分比定義為降水頻率，將短時強降水時次占總觀測時次的百分比定義為短時強降水頻率。

(3)降水集中度的分析方法。降水集中度是用來表征單站降水量時間分配的屬性，是衡量降水特性的一個指標(biāo)。參照張錄軍等[11]用矢量方位角定義的降水集中度和集中期指數(shù)，分析壩區(qū)降水在一年72個候中的分布特征。該方法能夠反映降水總量在研究時段內(nèi)各個月或候的集中程度，并說明一年中最大月或候降水量的出現(xiàn)時間。當(dāng)集中度指數(shù)小，接近0時，表示降水分散在更多的雨日內(nèi)，當(dāng)集中度大，接近1時，代表降水集中在少數(shù)的時段內(nèi)。計算公式為

(1)

(2)

式中，CNi和Di分別為研究時段內(nèi)的降水集中度和集中期；Ri為研究時段內(nèi)總降水量。

該方法將任一候降水量rij當(dāng)成復(fù)數(shù)的模，Rxi和Ryi分別為復(fù)數(shù)實部和、虛部和，表示為

(3)

(4)

2 研究結(jié)果分析

白鶴灘水電站壩區(qū)受青藏高原和云貴高原大地形、峽谷地形的影響，加上工程建設(shè)和庫區(qū)蓄水對下墊面條件的改變，其局地水熱循環(huán)和大氣流場復(fù)雜，導(dǎo)致壩區(qū)的天氣氣候異常多變。白鶴灘水電站的建設(shè)在未來很長時間或持續(xù)性地對局地小氣候和周邊地區(qū)產(chǎn)生影響，因此水電站的氣候特征，尤其是降水變化特征，是值得關(guān)注的重要問題。

本文根據(jù)壩區(qū)的降水量觀測數(shù)據(jù)，分析降水的季節(jié)性變化、日變化和年際變化，以及降水集中度特征，其次分析壩區(qū)短時強降水和暴雨的強度和頻次特征，對比壩區(qū)和周邊地區(qū)降水的差異性，以掌握壩區(qū)降水變化的特殊性。

2.1 壩區(qū)降水基本特征

水電站河谷區(qū)2018年～2020年的年平均降水量、降水日數(shù)和日雨量變化，如表1所示，分析壩區(qū)降水的基本特征。由表1可知，壩區(qū)的平均年降水量在650～840 mm，年降水量偏少的測站是葫蘆口大橋站，為653 mm，年降水量最多的是馬脖子站，達(dá)到836 mm。非河谷區(qū)測站的年降水量顯著增加，如巧家站達(dá)到905 mm，寧南新村站達(dá)1 058 mm，比壩區(qū)年降水量增加了約200 mm。由此可見，在相同的大氣環(huán)流和氣候背景條件下，壩區(qū)河谷降水量比周邊地區(qū)偏少。與周長艷等[5]得到的攀西地區(qū)800～1 200 mm的年降水量相比，壩區(qū)降水量也明顯偏少，體現(xiàn)了干熱河谷區(qū)降水量顯著偏少的特征。

表1 2018年～2020年壩區(qū)及周邊各站平均年降水量、降水日數(shù)和日降水量

分析表1中各站的年平均降水日數(shù)和平均日降水量。壩區(qū)年平均降水日數(shù)為79～99 d，平均日降水量為7.0～8.4 mm，但各站降水差異較大，且平均降水日數(shù)和平均日降水量呈不對稱分布特征。如騎騾溝站降水日數(shù)是最少的，為79 d，但是平均日降水量卻是壩區(qū)最高的，達(dá)8.3 mm，與年平均降水日數(shù)最多的馬脖子站相近，說明該站降水強度大；新田站是平均日降水量最少的測站，僅有7.0 mm，但年平均降水日數(shù)卻高達(dá)97 d，因此其降水強度相對較弱。巧家站平均日降水量達(dá)9.2 mm，顯著高于壩區(qū)測站平均值約1.5 mm。寧南新村站年平均降水日數(shù)達(dá)120 d，比壩區(qū)多20 d以上，平均日降水量比壩區(qū)最高值還高0.4 mm。由此可見，壩區(qū)相較于周邊地區(qū)而言，具有降水量少，降水日數(shù)少，以及平均降水弱，體現(xiàn)了“干”熱河谷的氣候特征。

2.2 降水的多時間尺度變化特征

2.2.1 降水的季節(jié)性變化

根據(jù)白鶴灘水電站壩區(qū)各站自觀測以來的月降水量和降水日數(shù)，分析壩區(qū)降水的季節(jié)變化，如圖2所示。由圖2可知，發(fā)現(xiàn)5月～10月壩區(qū)河谷地降水量偏多，月平均降水量超過100 mm，為壩區(qū)的雨季。各站月降水量和降水天數(shù)的變化均呈雙峰分布，峰值分別在6月～7月和9月，前者的降水峰值可達(dá)200 mm以上，為河谷的主雨季，后者的峰值略低。在干季壩區(qū)降水量極少，尤其是12月至次年1月，幾乎無降水出現(xiàn)，總量趨近于0。在干濕季過渡的4月和11月，降水量分別出現(xiàn)陡增和陡降，表現(xiàn)出明顯的干濕季轉(zhuǎn)換。此外，壩區(qū)各站在9月～10月降水日數(shù)和降水量持續(xù)較多，呈現(xiàn)西南地區(qū)特有的秋綿雨特征。總之，壩區(qū)降水時段集中，表現(xiàn)出干熱河谷干濕季分明且轉(zhuǎn)換明顯的特點。

圖2 水電站壩區(qū)站以及寧南新村站和巧家站月平均降水日數(shù)和平均月降水量變化

對比壩區(qū)河谷與周邊地區(qū)降水季節(jié)的差異，分析其降水的特殊性。壩區(qū)月降水量從4月開始快速增加，在6月～7月達(dá)到月降水量和降水天數(shù)的峰值。相對于我國長江中下游地區(qū)7月～8月主汛期[11]，雨帶徘徊在四川和漢江流域，且盛夏8月降水達(dá)到年最大值[12-13]，以及初夏6月降水量相對較少的降水特征，壩區(qū)在6月降水量明顯偏多，說明壩區(qū)河谷除雨季降水集中外，還有主雨季出現(xiàn)時間偏早的特征。對照周長艷等[5]指出的川西南山地5月～9月為雨季，壩區(qū)的秋雨比較明顯，表現(xiàn)為上村梁子站和馬脖子站10月降水日數(shù)略低于9月，但降水量開始明顯降低。如騎騾溝站10月降水量為53.4 mm，比9月降水量的131.7 mm降低了78.3 mm，但降水日數(shù)為11 d，僅比9月減少了2 d，表明10月雖然降水量減少，但陰雨天較多，與攀西5月～9月的雨季相比，水電站壩區(qū)河谷具有秋綿雨特征。到了11月壩區(qū)雨季降水戛然而止，雨量陡降到40 mm以下，干季特征明顯增強，表明從11月開始壩區(qū)進(jìn)入干季。壩區(qū)各站8月降水量相對偏少，如馬脖子站8月降水量比6月和7月平均下降了約60 mm，上村梁子站減少了70 mm以上，而且8月降水量還低于9月，加上8月氣溫高、蒸發(fā)強，因此壩區(qū)8月伏旱季特征明顯，這與我國其他地區(qū)8月汛期降水的峰值形成鮮明對比。總之，壩區(qū)干季為11月至次年4月，干濕季轉(zhuǎn)換明顯，雨季降水集中在5月～10月，其中6月～7月和9月是月降水的峰值，8月伏旱季特征明顯。初夏6月降水量偏多，顯示降水集中時段偏早，8月伏旱季明顯，降水偏少，且壩區(qū)10月還呈現(xiàn)秋綿雨的特征，以上體現(xiàn)了壩區(qū)“干”熱河谷特殊的降水季節(jié)變化特征。

2.2.2 降水的日變化特征

日變化是氣象要素在一日內(nèi)有規(guī)律的周期變化，在降水上表現(xiàn)為晝夜之間強弱交替。騎騾溝站無小時降水量的觀測數(shù)據(jù)，壩區(qū)其余測站小時降水頻率的日變化如圖3所示。由圖3可知，壩區(qū)降水頻率日變化顯著，最高頻率為0.41%～0.50%，最低頻率僅為0.06%。相較于多雨的西南其他地區(qū)，壩區(qū)具有干熱、雨時少和降水頻率低的特征。對比分析各站降水頻率的差異，發(fā)現(xiàn)降水頻率最高的是馬脖子站(圖3c)，降水頻率達(dá)到0.50%，出現(xiàn)在凌晨04∶00～06∶00。其次是上村梁子站和新田站，在04∶00～05∶00降水頻率達(dá)到最大值，為0.48%。相反在白天的14∶00～18∶00出現(xiàn)降水頻率日變化的低谷，最低降水頻率出現(xiàn)在六城壩，為0.06%，其余站接近0.1%以上。分析中發(fā)現(xiàn)，壩區(qū)降水頻率的日變化呈現(xiàn)出顯著的單峰單谷型，降水頻率最高的時段在夜間23∶00至次日早上09∶00，峰值出現(xiàn)在凌晨04∶00～06∶00，體現(xiàn)了其多夜雨的特征。在白鶴灘水電站的調(diào)研中也多次發(fā)現(xiàn)，壩區(qū)降水表現(xiàn)出“經(jīng)常晚上下雨，白天?！钡奶卣?。對比壩區(qū)降水日變化與其余地區(qū)的差異，發(fā)現(xiàn)其降水單峰的日變化特征，不同于宇如聰?shù)忍岢龅奈覈袞|部地區(qū)清晨和午后的雙峰形[14]，也不同于青藏高原大部分地區(qū)下午和午夜雙峰并存的模態(tài)。壩區(qū)降水日變化的單峰型，比四川盆地降水午夜的峰值約晚4個小時，如陳林琳等[12]和周長艷等[15]提出的雅安“雨城”降水日變化峰值出現(xiàn)在24∶00。因此，壩區(qū)降水日變化具有單峰形和凌晨04∶00～05∶00降水頻率高的日變化特征，是壩區(qū)河谷地形作用于降水云體活動的結(jié)果。

圖3 壩區(qū)各站總降水頻率和短時強降水頻率的逐小時變化

2.2.3 降水的年際變化特征

近年來各地降水格局發(fā)生了顯著變化，且區(qū)域性差異增大，旱澇事件多發(fā)，由此分析壩區(qū)降水量的年際變化特征，各站的年降水量變化曲線如圖4所示。由圖4可知，壩區(qū)降水量年際差異大，表現(xiàn)為2016年后，各站年降水量持續(xù)降低，在2019年達(dá)到近年降水量的極小值，比2016年和2017年降水量減少了約400 mm，其中年降水量最少的騎騾溝站，2019年降水量只有287 mm，其余站年降水量在450～600 mm，顯著低于其他年份，更低于周邊的寧南新村站，是壩區(qū)降水嚴(yán)重偏少的年份。2020年壩區(qū)降水量開始明顯增加，騎騾溝站降水量2019年后陡增到800 mm左右，在年降水量上表現(xiàn)為旱澇急轉(zhuǎn)。寧南新村站2017年以來的年降水量顯著高于壩區(qū)各站，每年的降水量均超過壩區(qū)各站200 mm以上。由于壩區(qū)觀測時間短，已有數(shù)據(jù)僅顯示降水年際差異大，旱澇不均和旱澇急轉(zhuǎn)的明顯特征，但不足以獲得壩區(qū)降水變化的長期趨勢。

圖4 2016年～2020年壩區(qū)和周邊各站年降水量的變化曲線

2.3 壩區(qū)降水集中度和集中期

2.3.1 壩區(qū)降水集中度分析

降水集中度是定量分析降水集中特征的參數(shù)，本文以候降水資料為基礎(chǔ)，計算壩區(qū)各年的降水集中度指數(shù)，其變化曲線如圖5所示。從圖5a可看出，壩區(qū)各站的降水集中度年際波動明顯。馬脖子站的最小值為2016年0.60，最大值為2019年0.75，平均值為0.65；騎騾溝站的降水集中度平均值為0.70，是各站中最高的。新田站的最低值為2016年的0.53，最高值為2019年的0.74，平均值為0.66。對比分析，周邊地區(qū)降水集中度指數(shù)明顯降低，如圖5b顯示的巧家站降水集中度平均值為0.64，比壩區(qū)的降水集中度都偏低。寧南新村站降水集中度變化波動小，平均值為0.67。

圖5 壩區(qū)和周邊站2016年～2020年降水集中度和集中期的年際變化曲線

將壩區(qū)的降水集中度，與相同算法在其他地區(qū)的結(jié)果進(jìn)行對比，說明壩區(qū)降水變化的特殊性。袁瑞強等[16]在山西省降水的分析中，確定當(dāng)?shù)亟邓卸葹?.59～0.64。王紀(jì)軍等[17]表明河南省平均降水集中度為0.515，即使在多水年降水集中度偏高，平均值也只達(dá)到0.56。張錄軍等[11]的研究指出，長江上游地區(qū)降水集中度強，多年平均值為0.51，全流域平均的降水集中度為0.39。張林梅等[18]指出的新疆地區(qū)降水集中度為0.205，劉向培等[19]提出的我國平均的降水集中度為0.38。通過以上對比我國干旱半干旱區(qū)、華北和長江中下游等不同氣候條件下的降水集中度，均發(fā)現(xiàn)壩區(qū)的降水集中度指數(shù)顯著偏高，揭示了降水期集中的事實，說明壩區(qū)特殊的干熱河谷地區(qū)主雨季時段短，降水量高度集中是其重要的降水季節(jié)變化特征。

2.3.2 壩區(qū)降水集中期分析

壩區(qū)降水集中期的變化特征見圖5c、5d。從圖5c和5d可知，新田站2018年之前的降水集中期穩(wěn)定在第40～41候，候降水量的最大時段為7月15日～25日，2019和2020年的降水集中期略偏遲，出現(xiàn)在第43候的8月1日～5日，多年平均的降水集中期為第42候。馬脖子站和巧家站的降水集中期與新田站降水集中期變化特征相似，說明壩區(qū)的降水集中期與周邊地區(qū)一致。張錄軍等[11]對長江流域降水的研究表明，其上游降水集中期出現(xiàn)相對較晚，多年平均值為第40候，而中下游地區(qū)降水集中期相對較早，多年平均的最大降水日期出現(xiàn)在第33候。因此壩區(qū)降水集中期與長江上游相似，比張林梅等[18]提出的新疆等地第38候的降水集中期明顯偏早，比長江中下游地區(qū)的第33候明顯偏晚。

2.4 壩區(qū)短時強降水和暴雨的變化特征

2.4.1 壩區(qū)短時強降水變化特征

隨著各地氣候異常事件的增多，暴雨和極端降水事件的機率增大。短時強降水在快速增加水電站庫容的同時，也容易在周邊的坡地誘發(fā)滑坡、泥石流和崩塌等次生地質(zhì)災(zāi)害。從短時強降水和暴雨的頻次上，分析壩區(qū)強降水事件的變化特征，如圖3所示。從圖3可知，壩區(qū)短時強降水發(fā)生次數(shù)少，頻率非常低，在0.1%以下，主要出現(xiàn)在上村梁子站的04∶00、馬脖子站的16∶00和24∶00，六城壩站的10∶00和23∶00，以及葫蘆口大橋站的01∶00～06∶00。因此壩區(qū)短時強降水發(fā)生頻率低，且集中在夜間，尤其是凌晨前后。壩區(qū)2016年～2020年短時強降水總時次數(shù)如圖6所示，從圖6可以發(fā)現(xiàn)，壩區(qū)短時強降水總時次數(shù)最多的為馬脖子站，有13個時次，最少的上村梁子站有6個時次，且集中發(fā)生在雨季的5月～9月。與8月降水量偏少相對應(yīng)，新田站和馬脖子站8月短時強降水的時次數(shù)也偏少，騎騾溝站8月的短時強降水次數(shù)比7月少，與6月持平。新田站和上村梁子站的短時強降水時次數(shù)較少，其中新田站6月、7月和9月短時強降水各發(fā)生了2次，5月還發(fā)生了1次極端短時強降水；上村梁子站在7月和9月各發(fā)生了2次短時強降水，在6月和8月各出現(xiàn)1次短時強降水。相比較而言，馬脖子站和騎騾溝站的短時強降水時次數(shù)較多，尤其是馬脖子站在9月共出現(xiàn)了5次短時強降水，騎騾溝站在7月出現(xiàn)了4次短時強降水。5年中僅有新田站出現(xiàn)過1次極端短時強降水，在2018年5月17日19時，小時降水量達(dá)60.1 mm。從圖6還可得知，各站短時強降水平均雨量主要在20～40 mm。

圖6 壩區(qū)和寧南新村站2016年～2020年短時強降水和極端短時強降水的總時次數(shù)以及短時強降水的平均降水量

2.4.2 壩區(qū)暴雨的變化特征

2016年～2020年壩區(qū)及周邊的暴雨日數(shù)如圖7所示，將壩區(qū)的暴雨日數(shù)與周邊站和其他地區(qū)進(jìn)行對比，分析壩區(qū)暴雨時空變化特征。從圖7可知，5年中壩區(qū)暴雨日數(shù)最多的是馬脖子站和騎騾溝站，均為8 d，新田站和上村梁子站暴雨日數(shù)較少，分別為6 d和3 d。鄰近壩區(qū)的寧南新村站暴雨日數(shù)為10 d。從季節(jié)變化上看，壩區(qū)8月暴雨日數(shù)明顯比7月和9月少，新田站和馬脖子站在8月未出現(xiàn)暴雨，在10月及以后各站也未有暴雨的記錄。周長艷等[5]對四川暴雨日數(shù)的統(tǒng)計表明，盆地西部年平均暴雨為6 d，盆地東北部超過4 d，川西南山地的涼山州南部和攀枝花年暴雨日數(shù)超過4 d。此處分析的壩區(qū)5年暴雨日數(shù)只有6～8 d，顯著低于四川盆地各地，也低于攀西地區(qū)[5]，是四川省暴雨日數(shù)明顯偏少的地區(qū)。

圖7 壩區(qū)各站、寧南新村和巧家站2016年～2020年逐月暴雨日數(shù)、大暴雨日數(shù)和暴雨日降水量的變化

分析圖7中壩區(qū)及周邊的大暴雨次數(shù)，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)5年來共出現(xiàn)大暴雨2次，分別在騎騾溝站的7月和巧家站的6月。根據(jù)降水觀測記錄，這2次大暴雨的日降水量分別達(dá)110.0 mm和106.5 mm，也是壩區(qū)自觀測以來的極端降水量。第一次騎騾溝站的大暴雨中，只有1 d的強降水量，達(dá)到110 mm。第二次巧家站的大暴雨從2016年6月10日開始，持續(xù)7 d，累計過程降水量為178 mm；6月15日降水量最大，達(dá)到106.5 mm，降水持續(xù)性強。因此，在白鶴灘水電站的干熱河谷區(qū)，暴雨和大暴雨等強降水發(fā)生頻率低，暴雨日少，且以短時降水為主，體現(xiàn)了壩區(qū)河谷強降水較少發(fā)生的特征。

2.5 壩區(qū)極端降水的變化特征

由于水電站壩區(qū)的觀測時間短，強降水事件出現(xiàn)次數(shù)較少。根據(jù)日降水量，統(tǒng)計2018年～2020年各站的極端降水事件，并獲取極端降水事件的過程雨量和持續(xù)時間，如表2所示。由表2可知，壩區(qū)極端事件中過程降水量最大值和日降水量的最大值達(dá)到110 mm，出現(xiàn)在騎騾溝站。極端降水事件中的降水持續(xù)天數(shù)通常為1～2 d。極端日降水量的最小值是六城壩站，為56 mm。壩區(qū)極端降水事件中的2018年7月6日，騎騾溝站和安居站都出現(xiàn)了日極端降水量，分別達(dá)到110 mm和90 mm，且安居站連續(xù)12 d出現(xiàn)降水，過程降水量達(dá)241 mm，但騎騾溝站只有1 d出現(xiàn)降水。2020年9月6日壩區(qū)的極端降水事件是研究時段中最為突出的，新田站、馬脖子站和六城壩站都出現(xiàn)了極端強降水量，最大值在馬脖子站達(dá)97 mm。寧南新村站的日極端降水事件中，有持續(xù)7 d的降水記錄，但主要降水量集中在1～2 d，且過程降水量為105 mm，達(dá)到大暴雨的量級，比壩區(qū)降水的連續(xù)性明顯偏強。

表2 壩區(qū)及周邊各站2018年～2020年的日極端降水事件

統(tǒng)計壩區(qū)及周邊各站2018年～2020年的小時極端降水事件(見表3)，發(fā)現(xiàn)所有站中最大小時降水量出現(xiàn)在新田站，于2018年5月17日19時降水量達(dá)到60 mm，是該站觀測歷史的極值，也是壩區(qū)短時強降水的極大值。壩區(qū)其余各站，包括寧南新村站和巧家站，短時強降水的極大值多為30～44 mm，最小的上村梁子站為25 mm，表現(xiàn)出壩區(qū)降水分布不均勻，隨機性和局地區(qū)強，且降水量弱的特征。從時間上說，壩區(qū)短時強降水的極大值多集中在夜間，如上村梁子站發(fā)生在23∶00，馬脖子站出現(xiàn)在04∶00，與壩區(qū)夜雨頻繁的特征相對應(yīng)。發(fā)生在日間的極端強降水事件較少，六城壩站和巧家站分別出現(xiàn)在上午10∶00和下午16∶00。從季節(jié)上說，壩區(qū)極端短時強降水除了在6月～7月多發(fā)外，還易出現(xiàn)在9月。總之，壩區(qū)的極端短時強降水和暴雨事件發(fā)生少，出現(xiàn)在夜間的機率大，且在雨季5月～9月的分布上具有隨機性。

表3 壩區(qū)及周邊各站2018年～2020年的小時極端降水事件

3 結(jié)論與討論

本文以白鶴灘水電站壩區(qū)的典型干熱河谷為例，通過將壩區(qū)各站與周邊地區(qū)的降水對比，分析了該河谷地帶降水的變化特征，得出如下結(jié)論：

(1)壩區(qū)降水基本特征表現(xiàn)為，雨季集中在5月～10月，具有干濕季分明和雨季集中，以及雨日少、降水量小的“干”熱河谷特點。壩區(qū)降水的季節(jié)變化，表現(xiàn)為雨季降水有6月～7月和9月兩個峰值，6月是月降水量的最大值，表明壩區(qū)主雨季比其他地區(qū)略偏早。4月和11月壩區(qū)河谷的降水分別陡增和陡降，表明干濕季轉(zhuǎn)換明顯。盛夏8月中降水量和降水天數(shù)偏少，表明壩區(qū)伏旱季明顯。10月降水日數(shù)和降水量持續(xù)，表明壩區(qū)有秋綿雨的特征。壩區(qū)河谷降水主雨季時間短，降水期高度集中。

(2)壩區(qū)河谷降水的日變化表現(xiàn)為夜雨頻繁，降水時次傾向于集中在凌晨04∶00～05∶00，呈單峰單谷形。與長江流域和青藏高原常見的降水日變化雙峰形不同，比四川盆地夜雨集中在午夜前后的峰值偏晚，是干熱河谷區(qū)特殊的降水日變化。壩區(qū)年降水量自2016年以來逐年持續(xù)偏少，在2019年達(dá)到近年的最低值，2020年降水量開始增加，因此壩區(qū)降水年際差異大，旱澇不均和旱澇急轉(zhuǎn)現(xiàn)象時發(fā)。

(3)壩區(qū)短時強降水、暴雨和極端降水事件的分析表明，該河谷區(qū)強降水事件發(fā)生頻率低，2016年～2020年短時強降水共有13個時次，暴雨有8 d，日降水量超過100 mm的大暴雨和小時降水量超過50 mm的極端短時強降水僅出現(xiàn)過2次。與周邊和攀西地區(qū)相比，壩區(qū)強降水過程明顯偏少，且夜發(fā)性強，隨機分布在雨季的5月～9月。

白鶴灘水電站建于金沙江河谷地帶，能夠代表干熱河谷的降水特征。受限于水電站河谷氣象觀測時間較短，本研究主要展現(xiàn)了近幾年來降水的變化特征，隨著觀測時間序列的增長，有必要對該地區(qū)強降水變化的氣候特征進(jìn)行深入研究。