1961-2010年怒江流域降雨时空变化

洪美玲, 何士华

(昆明理工大学 电力工程学院, 昆明 650500)

基于全球气候变暖的影响，水文循环改变了水资源的时空重分配。虽然怒江流域人口与经济体稀疏，但怒江流域作为我国西南重要水系之一，降雨变化特征复杂，了解该流域降雨时空变化特征，对当地制定防洪与排涝等策略具有重要意义。

目前，对怒江流域的研究成果较多，大部分集中在按区段划分研究，在整个流域多尺度综合时空方面的降雨变化研究较少。刘新有等[1]利用泰森多边形法、小波分析法、R/S分析法研究怒江流域云南区段降雨时空变化；刘春录[2]对怒江州怒江流域的降雨特性从年内降雨、垂直方向分布、地形影响分布特性进行研究；樊辉等[3]运用TFPW-MK检验和重复迭代变化诊断等方法，分析了近几十年来怒江流域气候要素空间格局和变化特征；姚治君等[4]利用非参数统计检验方法对怒江流域降水、平均气温及径流等要素单调变化趋势进行显著性检验，并基于各要素时空变化特点，分析降水和气温的变化对径流变化可能存在的影响；罗贤等[5]对怒江流域近50 a来中上游枯季径流变化及其对气候变化的响应进行研究分析。本文利用流域内6个站点的降雨资料，通过反距离权重插值法、Kendall非参数检验、线性回归分析法分析怒江流域的降雨时空变化特征。

1 资料与方法

1.1 研究区概况

怒江流域位于我国西南部位，发源于西藏自治区北部唐古拉山南麓的安多县境内，呈北西—南东向流经西藏自治区、云南省，出境后流经缅甸汇入印度洋，属于国际河流。怒江干流上至今没有一座水电站、拦河坝，保持着高度的自然性。

怒江从河源至河口全长3 240 km2，中国部分2 013 km2，整体上多年平均降雨量为896 mm。怒江流域总地势西北高、东南低，高原、高山、峡谷、盆地交错，地形多变复杂。上游地处青藏高原东南部，除海拔5 500～6 000 m的高大雪峰外山势平缓，河谷平浅，湖沼广布，属于高原地貌；中游处于青藏高原向云贵高原过渡的横断山区，地势海拔在3 000 m以上，山高谷深，河道纵比降大，水流湍急；下游怒江州泸水县六库镇以南为云贵高原区，地势多为山丘、盆谷、坝子，海拔在1 700～2 000 m。怒江流域狭长，支流众多，两岸支流大多垂直入江，干支流构成羽状水系。上游河流补给以冰雪融水为主，进入云南境内，水量以雨水补给为主，大部分集中在夏季，干湿两季分明，时空分布不均，水力资源较为丰富。

流域气候类型多样且复杂多变，气温总体上由北向南递增。怒江上游属于高原气候区，气温较低，常年降雨较少；怒江中游立体气候突出，降雨量增加；怒江下游地区主要受西南海洋季风气候和东南季风气候影响，气温上升，多雨，流域中下游区属于季风气候区[6]。怒江流域独特的峡谷地形和气候条件形成我国西南与东南亚重要的生态廊道。

1.2 研究区资料

怒江流域共有13个雨量站点，但由于较多站点缺测时间较长，插补精度差，本次研究选用流域内分布较均匀的6个站点，数据采用全国气象数据共享网提供的怒江流域那曲、索县、丁青、贡山、保山、临沧6个雨量站点1961—2010年24 h降雨资料，其中缺失数据由周围站点降雨序列插补得到。研究区内站点分布如图1所示。

1.3 研究方法

流域的年际降雨变化主要从年降雨量的分布、降雨的季节分配、全年降雨日数、降雨的年际变化(最大年降水量与最小年降水量的比值)方面来分析，指标参考于水利部黄河水利委员会发布的关于黄河流域降水特征分析一文。唐亦汉等[7]在近50 a珠江流域降雨多尺度时空变化特征及其影响一文中也采用了年均降雨量和年降雨日率两个指标来分析珠江流域的年际将于变化。

图1 怒江流域站点分布

对于流域极端降雨事件，本文以世界气象组织气象委员会及气候变率和可预报性研究计划推荐的50种极端气候为基础，选取2种极端降水指数分析怒江流域年极端降水的变化趋势[8]。

因此，针对怒江流域降雨时空分布变化，本文采用年均降雨量和年降雨日率两个指数分析年际降雨变化，季度降雨集中性(PCI)和月降雨集中性(FI6)表示流域内的降雨集中性[7]，采用年极端降水量(R99p)和年极端降水日数(R99%)分析流域内极端降雨变化。降雨指数详见表1。

2 结果与分析

2.1 怒江流域年际降雨变化

2.1.1 年均降雨量分析 怒江流域降雨均值量在400～1 700 mm(图2)，从年际降雨的空间分布规律看，整个区域降雨量呈现出由流域上游向中游逐渐递增，贡山附近(即西藏与云南交界处)达到最大值，再逐渐向下游减少的趋势，总体上表现为南多北少，空间分布复杂不均。流域最上游(即流域内西藏中东部)海拔较高，降雨量相对较少，主要以融雪补给为主，降雨量分布在400～650 mm，流域中游(青藏高原与云贵高原过渡区)海拔稍有降低，地形逐渐变成深山峡谷，山河切割，降水量逐渐增加，流域下游(即泸水县六库以南地区)平均海拔在2 000 m以下，降雨量在1 000～1 700 mm，降雨量相对较为丰沛。

表1 降雨指数

2.1.2 年降雨日率分析 怒江流域降雨日率分布在29%～60%，降雨量变化趋势和降雨日率基本一致，流域上游降雨日率最低，向流域中下游逐渐增加，在贡山附近达到最大值，然后向下游减少。在流域的6个站点中，有50%的站点的降雨日率存在显著上升趋势(α=0.05)，集中在流域上游，即西藏部分地区(图3A)。

从年降雨量和年降雨日率两个指标的变化分析，年际降雨量和年降雨日率均变化明显，年际均降雨量和年降雨日率成正比，变化较一致。这样的变化趋势主要受制于不同的气候作用，怒江流域南北狭长，气候变化显著，怒江上游属于高原气候，多受高原气流影响；中下游属于典型的季风气候区，处于印度洋、太平洋水汽交汇区，主要受西南季风控制和东南季风影响，怒江流域的海拔差和气候条件是影响降雨分布的主要因素[4]。

2.2 怒江流域年内降雨集中性

2.2.1 季度降雨集中性分析 如图3B所示，怒江流域的PCI分布在12%～24%，多年均值为18%，流域内季度降雨集中性表现为由流域上游向中游减小，再向下游稍有增加，整体上呈现由北向南逐渐减少。流域中下游的降雨季度集中性为流域内最弱，PCI小于15%，存在轻微季度集中性；流域最上游(那曲、索县、洛隆、比如地区)为流域最高，其次为丁青地区，即八宿以上流域PCI均大于20%，存在高度季度集中性；流域内其他地区PCI介于15%～20%，存在季度集中性。

相对于多年PCI均值比较，以八宿地区为界限，流域内八宿以北地区，降雨季度集中性增加，八宿以南地区低于均值。由50 a降雨量的变化趋势分析，PCI高区存在降低趋势，PCI低区趋势基本不变，总体上流域内的降雨季度集中性程度区域均匀化[9]。

图2 年均降雨量分布

2.2.2 月降雨集中性 怒江流域FI6集中在40%～70%，多年均值为55%(大于50%)。如图3C所示，流域内FI6分布复杂，总体趋势呈现由南东向北西逐渐降低。除流域上游部分的月降雨集中性低于50%外，流域其他地区降雨在最大降雨月的集中度较高。1961—2010年共50 a的数据分析，季度降雨集中性和月份降雨集中性总体上呈现相反的趋势，FI6低区呈现下降趋势，FI6高区呈上升趋势，月份降雨集中性表现为区域极端化。

2.3 怒江流域极端降雨

我国通常把日降水量超过50 mm的降水事件称之为暴雨，把日降水量超过25 mm的称为大雨[8]。但是，对于不同的地区，由于地域差异，极端强降雨事件是不能完全用全国统一的固定的日降水量定义的。本文引用翟盘茂[10]等对极端降雨事件的阈值。把研究时间段(1961—2010年)雨日(日降水量≥0.1 mm)降水量分布在第99个百分位值的50 a平均值定义为极端降水事件的阈值，当该地区某日降水量超过阈值，就为极端降水事件。

通过SPSS分析处理怒江流域1961—2010年的雨日数值，将第99个百分位值作为该流域的极端降水阈值，见表2 。

2.3.1 极端降水量分析 由图4可知，1967—1979年为大波谷，1979年之后年际极端降水量变化差值较大，但50 a来怒江流域极端降水量整体呈波动上升趋势，其中极端降水量最大值出现在2010年，为153.82 mm。本文采用怒江流域的6个站点中，除索县变化趋势略微下降外，其余5个站点的极端降雨量变化整体都为波动上升，且丁青的上升趋势最为平缓。

图3 年降雨日率、PCI、FI6空间分布

表2 1961-2010年怒江流域降水量阈值 mm

从图5的M-K检验结果看，UF曲线未超过临界值，表明极端降水量减少或增加未达到显著水平，但是，在1978年极端降水量减少，将至-1.96临界值，在2005年极端降水量增多，将至+1.96临界值；1983—1984年前后，UF，UB曲线在±1.96范围内相交，极端降水量由低值向高值转变，但未发生明显的突变现象。2007—2009年前后，两条曲线再次相交，UF曲线未超过1.96临界线，综上说明1984年之后没有明显的突变现象。

图4 怒江流域极端降水量

2.3.2 极端降水日数分析 图4和图6比较，从时间变化序列看，年极端降水日数与年极端降水量变化趋势基本一致，1967—1979年为一大波谷，之后呈现上升趋势。极端降水日数最多的年份为1985年，其次为2010年。在6个雨量站点中，索县的极端降水日数趋势略微下降，其余5个雨量站点均呈波动上升趋势，其中，丁青的上升趋势最为平缓。

图5 M-K突变检验

从图7可以看出，M-K突变检验看，1967—1982年极端降水日数减少超过显著水平，1982—1988年UF<0，呈下降趋势，但减小趋势缓慢。在1998年UF和UB曲线相交，说明在1998年极端降雨量突变开始，之后两条曲线又有多次相交，但均未超过临界线，则表示1998—2010年没有发生明显的突变现象。

图6 怒江流域极端降水日数

图7 M-K突变检验

3 结 论

结合年际降雨、年内降雨和极端降雨分析，将怒江流域大致上分为3个区域：a区流域上游(青藏高原东南部)；b区流域中游(青藏高原与云贵高原过渡区)；c区流域下游(云南泸水县六库以南区)。

a区降雨量最少，季度性降雨较强但趋势逐渐降低，月份降雨集中性最弱且极端降雨阈值最低，极端降雨有上升趋势但趋势较缓。不利于水资源的分配与利用，应该加强该地区的节水、保水设施与区域性供水[11]。

b区降雨量丰富，年内季度降雨集中性最低，月份降雨集中性最强且强度逐渐上升，极端降雨阈值相对a区较大。该地区降水利于区域内的水资源分配，但是年内降雨强度呈明显上升趋势，应当注意侵蚀性降雨同时加强水土流失的预防与治理。

c区全年降雨量较为丰沛，年降雨日趋势平稳，年内降雨集中性趋势平稳，利于该地区水资源年内分配，但极端降雨阈值最高且有上升的趋势，应当注意当地防洪与加强泥石流治理[12]。

怒江流域50 a来的极端降雨量和极端降雨日数的变化趋势基本一致，总体上呈波动上升趋势[13]，20世纪80年代以前呈减少趋势，1980年之后，极端降水量和极端降水日数波动性增强，但未发生明显的突变。按照50 a来怒江流域极端降水事件的分析，2010年之后极端降水日数和极端降水量增加，造成怒江流域水土加速流失。