周麗?肖世蘭

摘 要：利用沱江流域17個(gè)氣象臺(tái)站降水資料，通過計(jì)算沱江流域58年雨季平均降水量、降水量變異系數(shù)和降水距平百分率等，分析了降水的年際變化特征，并利用ArcGIS10.7中的普通克里金法對(duì)沱江流域的平均降水量和干旱頻次進(jìn)行了空間分析。結(jié)果表明，沱江流域降水量存在年際波動(dòng)變化，各站點(diǎn)的變異系數(shù)在0.19～0.26之間，年際變化較大。沱江流域近58年期間均出現(xiàn)了不同程度的干旱，干旱的發(fā)生次數(shù)呈上漲趨勢(shì)，發(fā)生干旱的頻次由北向南遞減。由此可以為沱江流域干旱事件發(fā)生的監(jiān)測(cè)、評(píng)估、預(yù)警提供科學(xué)依據(jù)，有利于合理利用水資源，實(shí)現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：空間分布；時(shí)間變化；降水量；沱江流域

中圖分類號(hào)：P429 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B文章編號(hào)：2095–3305（2024）01–0-03

近年來，隨著全球氣候變暖，極端天氣事件增多，許多地區(qū)均出現(xiàn)了降水異?，F(xiàn)象，易引發(fā)旱澇，對(duì)流域內(nèi)人民的生產(chǎn)生活造成嚴(yán)重影響。這引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。劉志雄等[1]通過Z指數(shù)和區(qū)域旱澇指數(shù)，確定了區(qū)域典型旱澇年，并探討了旱澇成因。覃方靈等[2]采用Mann-Kendall檢驗(yàn)法和Morlet小波分析法，分析了岷江降水時(shí)空的變化趨勢(shì)、突變及周期。張卓群等[3]運(yùn)用Copula模型分析了黃河流域的干旱特征。還有學(xué)者對(duì)沱江流域的降水進(jìn)行了分析研究，?，摰萚4]采用RClimdex處理軟件，分析了流域汛期極端降水空間分布和時(shí)間變化趨勢(shì)。鞠玉梅[5]通過統(tǒng)計(jì)降水量和洪峰流量，分析了2020年沱江暴雨洪水特性及產(chǎn)生的損失，并提出了防災(zāi)減災(zāi)措施。

沱江是長(zhǎng)江流域的一級(jí)支流，由于降水特性受盆地地形的影響，容易產(chǎn)生旱澇情況，對(duì)沱江流域人民生產(chǎn)生活造成嚴(yán)重影響。選取沱江流域作為研究對(duì)象，通過變異系數(shù)、降水距平百分率、普通克里金等方法對(duì)降水特性進(jìn)行分析，為區(qū)域合理利用水資源，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展作參考。

1 資料和方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

逐日降水?dāng)?shù)據(jù)是由四川省氣象信息中心提供的。剔除了降水缺測(cè)量超過研究時(shí)間段5%的站點(diǎn)；針對(duì)降水缺測(cè)量小于5%的站點(diǎn)，則選擇距離本站較近的站點(diǎn)作為參證站。利用各參證站降水量算術(shù)平均值作為插補(bǔ)站相應(yīng)時(shí)段降水量[6]；考慮到站點(diǎn)降水?dāng)?shù)據(jù)的完整性，最終確定17個(gè)站點(diǎn)。4—10月是我國(guó)汛期，受東亞季風(fēng)的影響，我國(guó)各大地區(qū)相繼進(jìn)入雨季，在此期間降雨量較11月—翌年3月較多，降水量的變化范圍也更大，選取4—10月的降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行分析更直觀[7]，因此，選擇17個(gè)站點(diǎn)1961—2019年4—10月的逐日降水?dāng)?shù)據(jù)為分析對(duì)象（圖1）。

1.2 研究方法

1.2.1 變異系數(shù)

變異系數(shù)表示降水量的相對(duì)變化程度，計(jì)算公式如下：

式（1）中，CV表示降水量變異系數(shù)，當(dāng)CV≤0.1時(shí)，變異程度較小，屬于弱變異范圍；當(dāng)0.1＜CV≤

0.3時(shí)，屬于中度變異范圍；當(dāng)CV＞0.3時(shí)，屬于強(qiáng)變異范圍[8]。

1.2.2 降水距平百分率

降水距平百分率表明在一定時(shí)間段內(nèi)降水量偏離同期多年平均值的程度，能夠看出降水的異常情況，便于總結(jié)區(qū)域的旱澇情況。計(jì)算公式如下：

國(guó)家氣象中心針對(duì)不同區(qū)域規(guī)定的降水距平百分率評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)存在一定的差異，結(jié)合沱江流域?qū)嶋H情況，綜合調(diào)整后采取的降水距平百分率干旱等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示[10]：

1.2.3 普通克里金法

普通克里金法又稱地統(tǒng)計(jì)法，是一種無偏估計(jì)的插值方法。其原理是利用已知樣本的加權(quán)平均值估計(jì)未知點(diǎn)值，使得估計(jì)值等于實(shí)際值的數(shù)學(xué)期望值，且方差最小。計(jì)算公式如下：

式（3）中：Z為降雨量的預(yù)測(cè)值；λ表示克里金法權(quán)重系數(shù)；Z（Xi）表示實(shí)測(cè)點(diǎn)Xi處的降雨量[10]。

2 結(jié)果與分析

2.1 降水的時(shí)間變化特性分析

2.1.1 降水總量的年際變化特征

利用17個(gè)站點(diǎn)1961—2019年的逐日降水?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算沱江流域雨季各站點(diǎn)降水量的變異系數(shù)（表2）。

由表2可知，各站點(diǎn)的變異系數(shù)分布在0.19～0.26，屬于中度變異的范圍，降水量年際變化較大，容易出現(xiàn)旱澇災(zāi)害。各站點(diǎn)變異系數(shù)平均值為0.22。資陽、自貢、富順、安岳、樂至的變異系數(shù)均小于平均值，說明降水量的年際波動(dòng)相對(duì)較小。其中，富順的變異系數(shù)最小，為0.19，表明富順的降水量年際變化最小，其相對(duì)于其余16個(gè)站點(diǎn)較為穩(wěn)定，發(fā)生極端氣候事件的概率最低。

德陽、彭州、新都、綿竹、金堂、廣漢的變異系數(shù)均大于平均值，說明降水量的年際波動(dòng)相對(duì)較大。其中，德陽與金堂的變異系數(shù)最大，為0.26。說明德陽與金堂的降水量年際變化最大，相對(duì)于其他站點(diǎn)更不穩(wěn)定，更容易發(fā)生旱澇事件。

2.1.2 降水距平百分率干旱等級(jí)的時(shí)間變化特征

沱江流域1961—2019年雨季降水距平百分率如圖2所示。由圖2可以看出，首先，沱江流域1969年、1972年、1986年、1993—1994年、1996—1997年、2000年、2002—2004年、2006年、2011年、2017年共14年的降水量相對(duì)同期的降水平均值偏少，降水距平百分率-15%，均出現(xiàn)了不同程度的干旱情況，個(gè)別時(shí)期出現(xiàn)2年或3年連續(xù)干旱的情況。在58年間，發(fā)生干旱的年份有14年，出現(xiàn)干旱的頻率為24.1%。出現(xiàn)輕旱的頻率為22.4%，分別是1969年、1972年、1986年、1993—1994年、1996—1997年、2000年、2002—2004年、2011年、2017年共13年。出現(xiàn)中旱的頻率為1.7%，只有2006年發(fā)生了中旱。沒有出現(xiàn)重旱、特旱。

其次，降水距平百分率自20世紀(jì)60～70年代呈波動(dòng)下降，70年代初到90年代初較少出現(xiàn)干旱，90年代初以后干旱增多。此外，也有降水量相對(duì)同期平均降水量偏多的情況，1961—1962年、1974年、2013年、2018年的降水距平百分率均在20%以上，則會(huì)出現(xiàn)洪澇的問題。

最后，在沱江流域近58年期間，干旱事件的發(fā)生次數(shù)呈上漲趨勢(shì)。2006年降水距平百分率為-33.17%，其干旱的深度和廣度均屬沱江流域58年之最。

2.2 降水的空間分布特征

2.2.1 降水總量的空間分布特征

根據(jù)沱江流域降水量空間分布圖（圖3）可知，該流域降水總量在828～903 mm之間，屬于濕潤(rùn)地區(qū)，發(fā)生洪澇災(zāi)害的概率較大。沱江流域降水量存在空間分布不均勻的特點(diǎn)，導(dǎo)致不同地區(qū)發(fā)生旱澇的情況不同[2]。

彭州、什邡、德陽、廣漢、金堂、新都、簡(jiǎn)陽一帶的降水量在828～851 mm之間，相較沱江流域其他地區(qū)來說降水量偏少，更容易出現(xiàn)旱災(zāi)。富順、自貢一帶的降水量在889～903 mm之間，降水量相對(duì)較多，更容易出現(xiàn)暴雨。且該區(qū)域位于沱江流域下游，匯集來自上游的地表徑流，加上地勢(shì)低平、排水不暢，易導(dǎo)致洪澇事件的發(fā)生?？傮w來說，流域南部降水量最多，降水量由沱江流域南北部向中部遞減，在金堂縣一帶達(dá)到最低值。

2.2.2 降水距平百分率干旱等級(jí)的空間分布特征

利用克里金插值法中的相等間隔法得到17個(gè)站點(diǎn)干旱頻次圖（圖4）?？梢钥闯觯髡军c(diǎn)發(fā)生干旱的平均次數(shù)為17次，其中，大于平均次數(shù)的站點(diǎn)有德陽、彭州、新都、綿竹、簡(jiǎn)陽、廣漢、榮縣、威遠(yuǎn)、安岳共9個(gè)站點(diǎn)，更易發(fā)生干旱事件，新都的干旱發(fā)生頻次最高，為21次。小于平均次數(shù)的站點(diǎn)有資陽、仁壽、自貢、資中、富順、樂至共6個(gè)站點(diǎn)，更不易發(fā)生干旱事件，富順發(fā)生干旱的頻次最低，為14次?？傮w來說，沱江流域北部相比南部更容易發(fā)生干旱事件，并且發(fā)生干旱的頻率由北向南遞減。

3 結(jié)論

通過對(duì)沱江流域1961—2019年雨季逐日降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：

（1）沱江流域降水量存在年際波動(dòng)變化，各站點(diǎn)的變異系數(shù)分布在0.19～0.26，年際變化較大，容易出現(xiàn)干旱或洪澇災(zāi)害，并且近年來降水量的波動(dòng)幅度相比于過去更大。在沱江流域近58年期間均出現(xiàn)了不同程度的干旱情況，干旱事件的發(fā)生次數(shù)呈上漲趨勢(shì)，2006年是最干旱的一年。

（2）沱江流域南部降水量最高，降水量由流域南北部向中部遞減，在金堂縣一帶達(dá)到最低值。沱江流域北部相比南部更易發(fā)生干旱事件，并且發(fā)生干旱的頻次由北向南遞減。

（3）在全球氣候變暖的大背景下，出現(xiàn)了越來越多的極端天氣問題。沱江流域的干旱呈加重趨勢(shì)，雨季是干旱情況更易發(fā)生的時(shí)段，在對(duì)流域降水特性進(jìn)行研究時(shí)，需加大對(duì)季節(jié)尺度干旱變化的重視程度。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉志雄，肖鶯.長(zhǎng)江上游旱澇指標(biāo)及其變化特征分析[J].長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，2012，21（3）：310-314.

[2] 覃方靈，敖天其，陳婷，等.近56年岷江降水時(shí)空演變特征分析[J].水力發(fā)電，2021，47（7）：24-29，82.

[3] 張卓群，馮冬發(fā)，侯宇恒.基于Copula函數(shù)的黃河流域干旱特征研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2022，36（1）：66-72.

[4] 祝瑩，敖天其，陳婷，等.沱江流域汛期極端降水事件時(shí)空演變特征[J].水電能源科學(xué)，2021，39（7）：1-4，15.

[5] 鞠玉梅.2020年沱江暴雨洪水分析[J].四川水利，2022，43 （2）：152-153，181.

[6] 韋開，王全九，周蓓蓓，等.基于降水距平百分率的陜西省干旱時(shí)空分布特征[J].水土保持學(xué)報(bào)，2017，31（1）：318-322.

[7] 朱乾根，林錦瑞，壽紹文，等.天氣學(xué)原理和方法[M].北京：氣象出版社，2000.

[8] 徐建華.計(jì)量地理學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2014.

[9] 國(guó)家氣候中心.氣象干旱等級(jí)：GB/T 20481—2006[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

[10] 符靜，易臻照，趙莎.基于GIS空間插值的降水分布模擬方法比較研究[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電，2021（1）：94-97，104.