趙子皓，江曉東，楊沈斌

(1.江蘇省農(nóng)業(yè)氣象重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210044； 2.南京信息工程大學(xué) 氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警與評(píng)估協(xié)同創(chuàng)新中心， 南京 210044； 3.南京信息工程大學(xué) 應(yīng)用氣象學(xué)院，南京 210044)

1 研究背景

由于特殊的下墊面性質(zhì)，大型水體對(duì)局部地區(qū)(簡(jiǎn)稱“局地”)水熱循環(huán)及氣候造成一系列影響[1-4]。大型水體對(duì)局地溫度產(chǎn)生影響[1,5-7]，埃及阿斯旺水壩使庫(kù)區(qū)氣溫較大壩建成前降低[8]，伊泰普水電站使湖區(qū)在7月份至次年1月份白天溫度降低0～1.5 ℃，其他月份降溫達(dá)到2～3 ℃[6]。小浪底水庫(kù)蓄水后，鄰近的孟津縣年平均溫度升溫變慢[5]，受洞庭湖影響，洞庭湖區(qū)最高氣溫偏低1～2 ℃，最低氣溫偏高0.5～1.0 ℃[9]，鄰近的岳陽站溫度日較差比較遠(yuǎn)處站點(diǎn)小，在7月份偏小1.7 ℃，在12月份偏小5.0 ℃以上[9]，羅馬尼亞伊茲伏盧爾·蒙特諾伊水庫(kù)庫(kù)區(qū)晴天溫度日較差減少2 ℃[10]。大型水體有增雨、增濕作用[1,10]，阿斯旺水壩蓄水使庫(kù)區(qū)年蒸發(fā)量從60億m3增加到100億m3[8]，造成庫(kù)區(qū)相對(duì)濕度增加[1]。伊茲伏盧爾·蒙特諾伊水庫(kù)使庫(kù)區(qū)相對(duì)濕度較大壩建成前增加20%以上[10]。俄羅斯車爾尼雪夫斯基水庫(kù)使庫(kù)區(qū)夏季相對(duì)濕度較大壩建成前上升33%[10]。大型水體還造成局地風(fēng)速增大[11-12]，對(duì)局地日照時(shí)數(shù)造成影響[5]。可見，大型水體對(duì)溫度、降水、相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)等氣象條件產(chǎn)生一定影響，主要導(dǎo)致降溫以及降水和相對(duì)濕度的增加。

三峽工程是當(dāng)今中國(guó)最大也是世界規(guī)模最大的水利水電樞紐工程，三峽蓄水對(duì)局地氣候產(chǎn)生了影響。三峽蓄水對(duì)局地起到降溫作用[13-15]，并造成水面上方夏季降溫1.5 ℃、冬季降溫1 ℃[13]，蓄水后庫(kù)區(qū)高溫日數(shù)減少[15]。也有研究指出三峽庫(kù)區(qū)因?yàn)槭艿綒夂蜃兣拇蟊尘坝绊?，溫度呈升高趨?shì)[16]。三峽庫(kù)區(qū)降水量呈增加趨勢(shì)[17-18]，蓄水后庫(kù)區(qū)降水量的變化在-3.6%～14.8%之間[16]。也有研究表明，雖然三峽庫(kù)區(qū)的相對(duì)濕度有所增加，例如黃亞[19]利用RegCM4模式模擬得到三峽蓄水后湖區(qū)蒸發(fā)量增加了0.04 mm/d，但因?yàn)槿龒{蓄水后水汽蒸發(fā)離開庫(kù)區(qū)，庫(kù)區(qū)的降水量沒有明顯變化[20]。蓄水后三峽庫(kù)區(qū)年平均日照時(shí)數(shù)減少5～25 h[21]，具體表現(xiàn)為東部的日照時(shí)數(shù)增加，西部降低[22]。三峽蓄水后，局地輻射量、水體蒸發(fā)熱量也顯著增加[23]。三峽蓄水對(duì)氣象要素的影響距離較近[13,24-25]，對(duì)降水的影響距離最遠(yuǎn)幾十千米[26-27]，蓄水對(duì)局地氣象要素的影響一般不超過20 km[13]，甚至僅10 km[25]。

三峽蓄水對(duì)局地氣象要素產(chǎn)生影響，但目前結(jié)論不一。由于通航、蓄洪等需要，三峽水庫(kù)面積在一年中有較大幅度的變化[28]。三峽工程修建時(shí)間長(zhǎng)，分不同批次蓄水，蓄水時(shí)段的選取也將影響分析結(jié)果。鑒于三峽庫(kù)區(qū)對(duì)局地氣象要素的影響是長(zhǎng)期的、變化的，為了研究三峽蓄水在較長(zhǎng)時(shí)間尺度上的氣候影響，本文在前人研究的基礎(chǔ)上，研究三峽庫(kù)區(qū)1951—2016年的氣候變化特征及各要素突變情況，討論三峽蓄水對(duì)局地氣象要素的影響及影響范圍和面積，為庫(kù)區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)。

2 研究區(qū)概況及資料方法

2.1 研究區(qū)概況

三峽大壩位于湖北省宜昌市三斗坪鎮(zhèn)境內(nèi)。三峽庫(kù)區(qū)地處四川盆地與長(zhǎng)江中下游平原過渡地區(qū)，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，年降水量1 000～1 800 mm，年平均氣溫17～19 ℃，水體面積達(dá)到1萬km2，水體長(zhǎng)度達(dá)到600 km，最寬處超過2 000 m。

2.2 資料來源

本文所使用的氣象數(shù)據(jù)來源于中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http:∥data.cma.cn/site/index.html)，選取三峽庫(kù)區(qū)各氣象要素序列連續(xù)性較好且海拔高度不高于800 m的宜昌、秭歸、興山、巴東、奉節(jié)、萬州、豐都、長(zhǎng)壽、沙坪壩、江津10個(gè)站點(diǎn)1951—2016年逐日日平均溫度、降水量、日照時(shí)數(shù)、相對(duì)濕度等氣象資料，站點(diǎn)分布見圖1。

圖1 研究區(qū)站點(diǎn)分布Fig.1 Studied sites in the Three Gorges Reservoir area

2.3 研究方法

2.3.1 氣候傾向率法

本文以1997年大壩一期工程截流完成[29]為界限，采用氣候傾向率法計(jì)算溫度、降水、相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)等氣象要素在1951—2016年、1977—1996年(開始蓄水前20 a)及1997—2016年(開始蓄水后20 a)的變率。蓄水前后氣候傾向率的改變可以去除要素長(zhǎng)期變化的大背景影響，結(jié)合要素是否在蓄水期間發(fā)生突變，可以反映出要素受蓄水的影響。

用Xi表示樣本量為n的某一氣象要素序列，所對(duì)應(yīng)的時(shí)間序列為t，建立Xi與t之間的一元線性回歸為

Xi=a+bti，i=1,2,…,n。

(1)

式中：a為回歸常數(shù)；b為回歸系數(shù)。a和b可用最小二乘法進(jìn)行估計(jì)，并以b作為氣候要素變化速率。

2.3.2 CVM檢驗(yàn)

本文以1997年大壩一期工程截留完成為起點(diǎn)，至2003年大壩二期工程蓄水[29]為蓄水時(shí)段。采用Cramér-von Mises(CVM)檢驗(yàn)[30]計(jì)算要素發(fā)生突變的年份，并判斷各要素是否在蓄水年間(1997—2003年)發(fā)生突變。首先利用式(1)、式(2)計(jì)算樣本的經(jīng)驗(yàn)分布。

(2)

(3)

(4)

式中Wτ,n是2個(gè)經(jīng)驗(yàn)分布平均距離的平方，實(shí)際計(jì)算中可表示為

(5)

散度值W越大，說明累積分布的變化越大，檢驗(yàn)結(jié)果的峰值為要素序列的突變點(diǎn)。

2.3.3 空間插值方法

選用反距離權(quán)重法[31]對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行空間插值。反距離權(quán)重法將插值點(diǎn)與樣本點(diǎn)的距離作為權(quán)重，距離樣本點(diǎn)越近的插值點(diǎn)權(quán)重越大。計(jì)算公式為

(6)

式中：Z(S0)為S0處的預(yù)測(cè)值;N為樣本點(diǎn)數(shù);λi為各樣本點(diǎn)的權(quán)重;Z(Si)為Si處的測(cè)量值。權(quán)重的計(jì)算公式為

(7)

式中:di0為點(diǎn)S0與各已知點(diǎn)Si的距離；p為指數(shù)值。

3 結(jié)果與分析

3.1 蓄水前后溫度的變化趨勢(shì)

三峽庫(kù)區(qū)1951—2016年平均溫度為17.74 ℃(圖 2(a))，整體呈南高北低的分布，庫(kù)區(qū)西部、東部溫度高于中部。庫(kù)區(qū)西部的江津年平均溫度最高為18.49 ℃，東部的宜昌年平均溫度最低為16.98 ℃。庫(kù)區(qū)1951—2016年整體呈升溫趨勢(shì)，平均溫度變率為0.06 ℃/(10 a)(圖 2(b))。除庫(kù)區(qū)東部秭歸呈降溫趨勢(shì)外，其余地區(qū)均呈升溫趨勢(shì)，庫(kù)區(qū)中部升溫快于東部、西部。庫(kù)區(qū)中部的奉節(jié)升溫最快，溫度變率為0.24 ℃/(10 a)，東部的秭歸降溫最快，溫度變率為-0.32 ℃/(10 a)。三峽水庫(kù)蓄水前(1977—1996年)與蓄水后(1997—2016年)溫度變率差值(蓄水后溫度變率減蓄水前)分布見圖2(c)。由圖2(c)可見，蓄水后庫(kù)區(qū)溫度變率整體增加，平均變率差值為0.35 ℃/(10 a)，除庫(kù)區(qū)東部的秭歸、宜昌溫度變率降低外，其他大部分地區(qū)溫度變率增加，庫(kù)區(qū)中部的奉節(jié)溫度變率增加最多，差值為1.59 ℃/(10 a)，東部的宜昌溫度變率減少最多，差值為-0.29 ℃/(10 a)。采用CVM檢驗(yàn)得出的蓄水期間溫度突變站點(diǎn)分布見圖2(d)，庫(kù)區(qū)東部的秭歸在1997年發(fā)生突變，中部的奉節(jié)在2002年發(fā)生突變，西部的豐都、長(zhǎng)壽、江津都在2000年發(fā)生突變。5個(gè)站點(diǎn)的CVM檢驗(yàn)結(jié)果p值都<0.01，達(dá)到極顯著水平。

圖2 蓄水前后庫(kù)區(qū)溫度變化Fig.2 Change of temperature in reservoir area before and after impoundment

為進(jìn)一步研究三峽蓄水在距大壩不同距離尺度上對(duì)溫度的影響，選取秭歸(110.68°E, 31.00°N; 高程151.5 m)、宜昌(111.32°E, 30.77°N; 高程116.8 m)、萬州(108.40°E, 30.77°N;高程186.7 m)3個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析。3個(gè)站點(diǎn)經(jīng)度最大相差3.28°，緯度最大相差0.23°，海拔最大相差69.9 m，地理環(huán)境相似。3個(gè)站點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)之間的差異可反映蓄水的影響。3個(gè)站點(diǎn)蓄水后20 a較蓄水前20 a平均溫度差值(蓄水后平均溫度減蓄水前)見表1。蓄水后，大壩附近的秭歸站溫度下降1.15 ℃，隨著距離增大，溫度變化趨勢(shì)變?yōu)樯仙?，且升溫幅度隨距離增加而增大。蓄水后宜昌站溫度升高0.55 ℃，萬州站升溫幅度更大，達(dá)到了0.89 ℃。上述結(jié)果表明蓄水對(duì)秭歸站存在降溫作用。

表1 蓄水前后不同站點(diǎn)的溫度均值及差值Table 1 Mean and difference of temperature at stations of different distances to the dam before and after impoundment

3.2 蓄水前后降水的變化趨勢(shì)

三峽庫(kù)區(qū)1951—2016年平均降水量為1 092.49 mm/a(圖3(a))，庫(kù)區(qū)中部降水量多于西部、東部。庫(kù)區(qū)中部的萬州降水最多，年平均降水量為1 183.68 mm/a，庫(kù)區(qū)東部的興山降水最少，年平均降水量為981.19 mm/a。庫(kù)區(qū)1951—2016年多數(shù)降水量站點(diǎn)呈減少趨勢(shì)(圖3(b))。庫(kù)區(qū)東部的秭歸、西部的沙坪壩降水量呈增加趨勢(shì)，其余地區(qū)均呈減少趨勢(shì)。庫(kù)區(qū)東部的秭歸降水增加最快，變率為50.71 mm/(10 a)，中部的奉節(jié)降水減少最快，變率為-13.23 mm/(10 a)。三峽蓄水前后20 a庫(kù)區(qū)降水變率差值分布見圖3(c)，由圖3(c)可見，蓄水后庫(kù)區(qū)降水變率整體增加，平均變率差值為22.82 mm/(10 a)。降水變率差值沒有明顯分布規(guī)律，在庫(kù)區(qū)東部、西部都有高值和低值中心。庫(kù)區(qū)東部的巴東降水變率增加最大，差值為91.49 mm/(10 a)，庫(kù)區(qū)東部的宜昌降水變率減少最大，差值為-50.23 mm/(10 a)。

圖3 蓄水前后庫(kù)區(qū)降水變化Fig.3 Change of precipitation in reservoir area before and after impoundment

庫(kù)區(qū)蓄水期間降水突變站點(diǎn)分布見圖3(d)，僅庫(kù)區(qū)東部的秭歸降水在1997年發(fā)生突變，對(duì)秭歸降水的CVM檢驗(yàn)結(jié)果p值<0.01，達(dá)到極顯著水平。

為進(jìn)一步研究蓄水在不同距離尺度上對(duì)降水的影響，計(jì)算秭歸、宜昌和萬州3個(gè)站點(diǎn)蓄水前后20 a平均降水量差值。蓄水后，各站點(diǎn)的降水量差值見表2。庫(kù)區(qū)東部的秭歸降水增加245.90 mm。隨著距離增加，降水增加幅度減小，宜昌蓄水后降水僅增加2 mm。隨著距離增加，降水變化趨勢(shì)最終變?yōu)闇p少，蓄水后萬州降水減少了83.29 mm。上述結(jié)果表明蓄水對(duì)秭歸存在增雨作用。

表2 蓄水前后不同站點(diǎn)降水均值及差值Table 2 Mean and difference of precipitation at stations of different distances to the dam before and after impoundment

3.3 蓄水前后相對(duì)濕度的變化趨勢(shì)

三峽庫(kù)區(qū)1951—2016年平均相對(duì)濕度為76.18%(圖4(a))，相對(duì)濕度自西向東遞減。庫(kù)區(qū)西部的長(zhǎng)壽平均相對(duì)濕度最大為80.72%，中部的奉節(jié)平均相對(duì)濕度最小為70.20%。三峽庫(kù)區(qū)1951—2016年相對(duì)濕度整體呈減少趨勢(shì)，平均相對(duì)濕度變率為-0.10%/(10 a)(圖4(b))。庫(kù)區(qū)東部的秭歸、巴東及中部的奉節(jié)相對(duì)濕度呈增加趨勢(shì)，其余大部分地區(qū)呈下降趨勢(shì)，中部相對(duì)濕度下降較快。庫(kù)區(qū)東部的秭歸相對(duì)濕度增加最快，變率為1.06%/(10 a)，西部的萬州相對(duì)濕度減少最快，變率為-0.81%/(10 a)。三峽蓄水前后20 a相對(duì)濕度變率差值分布見圖4(c)，由圖4(c)可見，蓄水后庫(kù)區(qū)相對(duì)濕度變率全部下降，平均變率差值為-3.04%/(10 a)。除庫(kù)區(qū)西部的江津下降較少外，相對(duì)濕度變率差值整體呈西低東高趨勢(shì)。庫(kù)區(qū)東部的秭歸相對(duì)濕度變率下降最少，差值為-0.57%/(10 a)，庫(kù)區(qū)西部的長(zhǎng)壽相對(duì)濕度變率減少最多，差值為-4.75%/(10 a)。蓄水期間相對(duì)濕度發(fā)生突變的站點(diǎn)分布見圖4(d)，庫(kù)區(qū)東部的秭歸相對(duì)濕度在1997年突變、興山在2003年突變，西部的豐都在2000年、江津在1999年發(fā)生突變，對(duì)各站相對(duì)濕度的SVM檢驗(yàn)結(jié)果p值都<0.01，達(dá)到極顯著水平。

圖4 蓄水前后庫(kù)區(qū)相對(duì)濕度變化Fig.4 Changes of relative humidity in reservoir area before and after impoundment

為進(jìn)一步研究蓄水在不同距離尺度上對(duì)相對(duì)濕度的影響程度，計(jì)算3個(gè)參考站點(diǎn)蓄水前后20 a平均相對(duì)濕度差值，結(jié)果見表3。蓄水后，大壩附近的秭歸相對(duì)濕度增加5.29%，隨著距離增大，變化趨勢(shì)變?yōu)闇p小，且減少程度隨距離增加而增大，蓄水后宜昌相對(duì)濕度減少0.53%，萬州相對(duì)濕度減少4.54%。上述結(jié)果表明蓄水對(duì)秭歸存在增濕作用。

表3 蓄水前后不同站點(diǎn)相對(duì)濕度均值及差值Table 3 Mean and difference of relative humidity at stations of different distances to the dam before and after impoundment

3.4 蓄水前后日照時(shí)數(shù)的變化趨勢(shì)

三峽庫(kù)區(qū)1951—2016年平均日照時(shí)數(shù)為1 383.61 h/a(圖5(a))，由東向西遞減。庫(kù)區(qū)東部的秭歸日照時(shí)數(shù)最大，為1 600.75 h/a，西部的沙坪壩日照時(shí)數(shù)最少，為1 092.86 h/a。1951—2016年庫(kù)區(qū)日照時(shí)數(shù)全部呈減少趨勢(shì)，平均日照時(shí)數(shù)變率為-43.44 h/(10 a)(圖5(b))，庫(kù)區(qū)中部、東部減少較快，西部減少較慢。庫(kù)區(qū)西部的豐都日照時(shí)數(shù)減少最慢，變率為-13.67 h/(10 a)，東部的宜昌減少最快，變率為-89.77 h/(10 a)。蓄水前后20 a日照時(shí)數(shù)變率差值分布見圖5(c)，由圖5(c)可見，蓄水之后庫(kù)區(qū)日照時(shí)數(shù)變率整體增加，平均日照時(shí)數(shù)變率差值為72.52 h/(10 a)。蓄水后日照時(shí)數(shù)變率差值分布無明顯規(guī)律，庫(kù)區(qū)東部、中部、西部都有日照時(shí)數(shù)增加以及減少的變化中心。庫(kù)區(qū)中部的萬州日照時(shí)數(shù)變率差值最大，為275.28 h/(10 a)，東部的秭歸日照時(shí)數(shù)變率差值最小，為-161.00 h/(10 a)。蓄水期間庫(kù)區(qū)日照時(shí)數(shù)發(fā)生突變的站點(diǎn)分布見圖5(d)，日照時(shí)數(shù)發(fā)生突變的站點(diǎn)較少，僅秭歸一站在2002年發(fā)生突變。對(duì)秭歸的日照時(shí)數(shù)CVM檢驗(yàn)結(jié)果p值<0.01，達(dá)到極顯著水平。

圖5 蓄水前后庫(kù)區(qū)日照時(shí)數(shù)變化Fig.5 Variation of sunshine hours in reservoir area before and after impoundment

3.5 蓄水對(duì)各氣象要素的影響范圍

綜合3.1—3.4節(jié)，蓄水期間氣象四要素全部發(fā)生突變的僅秭歸一站，其余站點(diǎn)如奉節(jié)、豐都、長(zhǎng)壽、江津站僅1～2個(gè)要素在蓄水期間發(fā)生突變，各站各要素突變的年份見表4。并且，考慮到大氣中的水分更多受到外循環(huán)(海-陸循環(huán))的影響，受內(nèi)循環(huán)(陸-陸循環(huán))影響較小，外循環(huán)對(duì)降水的影響甚至達(dá)到95%，內(nèi)循環(huán)對(duì)降水的影響僅5%[13]。故認(rèn)為僅與大壩相連且蓄水后要素變率差值符號(hào)(正負(fù))與大壩處相同的地區(qū)受到蓄水的影響，不考慮由于大氣環(huán)流對(duì)與大壩不相連地區(qū)造成的輕微影響。本文在各要素蓄水前后變率差值圖上用0等值線界定蓄水對(duì)各氣象要素的具體影響范圍。

表4 庫(kù)區(qū)各站各要素發(fā)生突變的年份Table 4 Year of sudden change of each element at each station in the reservoir area

蓄水對(duì)溫度、降水及日照時(shí)數(shù)的影響范圍見圖6。由圖6可知：

圖6 蓄水對(duì)氣象要素的影響范圍Fig.6 Scope of influence of water storage on meteorological elements

(1)蓄水對(duì)溫度的影響范圍較小，僅影響秭歸附近，影響面積為299.83 km2，影響距離最遠(yuǎn)距大壩12.65 km。

(2)蓄水對(duì)庫(kù)區(qū)降水影響范圍較小，主要影響大壩下游地區(qū)。影響面積為2 914.88 km2(庫(kù)區(qū)內(nèi))，影響距離最遠(yuǎn)109.15 km(庫(kù)區(qū)內(nèi))。

(3)蓄水對(duì)日照時(shí)數(shù)影響范圍較小，主要影響大壩下游地區(qū)，僅影響秭歸附近，影響范圍面積為2 045.66 km2(庫(kù)區(qū)內(nèi))，影響距離最遠(yuǎn)距大壩41.06 km(庫(kù)區(qū)內(nèi))。

3.6 蓄水對(duì)秭歸各氣象要素的影響

綜合3.1—3.5節(jié)，蓄水主要對(duì)大壩附近秭歸站點(diǎn)的氣象要素造成影響。蓄水對(duì)溫度、降水、日照時(shí)數(shù)三要素產(chǎn)生影響的范圍并集見圖7(a)，影響范圍總面積為4 527.42 km2，影響距離最遠(yuǎn)距大壩109.15 km。蓄水對(duì)3種要素都產(chǎn)生影響的地區(qū)(影響范圍交集)見圖7(b)，蓄水期間，3個(gè)氣象要素全部受到影響的只有秭歸周邊小片地區(qū)，面積為75.27 km2，影響距離最遠(yuǎn)距大壩12.09 km。故單獨(dú)提取大壩所在的秭歸站各氣象要素進(jìn)行分析。

圖7 蓄水對(duì)三要素影響范圍Fig.7 Scope of influence of water storage on three factors

對(duì)秭歸站蓄水前后20 a(1977—2016年)的年平均溫度、降水量、相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)的CVM檢驗(yàn)結(jié)果見圖8，檢驗(yàn)量結(jié)果最大值所在年份代表要素突變年份。秭歸站的溫度、降水量、相對(duì)濕度都在1997年發(fā)生突變(p值都<0.01，達(dá)到極顯著水平)，日照時(shí)數(shù)在2002年發(fā)生突變。4個(gè)要素都在1997—2003年蓄水期間發(fā)生突變，說明蓄水對(duì)秭歸各氣象要素造成顯著影響。

圖8 1977—2016年秭歸各要素CVM檢驗(yàn)結(jié)果Fig.8 CVM test results of various factors at Zigui from 1977 to 2016

秭歸站蓄水前后20 a各氣象要素累計(jì)距平見圖9。溫度累計(jì)距平最大值在1997年，為13.42 ℃，說明秭歸站的溫度在1997年前較多年均值偏高，在1997年之后偏低，證明了三峽蓄水后秭歸溫度降低。降水量累計(jì)距平最小值在1997年，為-3 116.5 mm，說明秭歸降水量在1997年前較多年均值偏低，在1997年后偏高，證明了蓄水后秭歸降水增加。相對(duì)濕度累計(jì)距平最小值在1997年，為-57.38%，說明秭歸相對(duì)濕度在1997年之前較多年均值偏低，在1997年之后偏高，證明了蓄水后秭歸相對(duì)濕度增加。日照時(shí)數(shù)累計(jì)距平最大值在2002年，為1 202.06 h，說明秭歸日照時(shí)數(shù)在2002年前較多年均值偏高，在2002年后偏低，證明了蓄水后秭歸日照時(shí)數(shù)降低。溫度、降水、相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)累計(jì)距平最值都出現(xiàn)在蓄水期間，且年份與CVM檢驗(yàn)結(jié)果一致，可以說明蓄水對(duì)秭歸各氣象要素造成顯著影響。

圖9 1977—2016年秭歸各要素累計(jì)距平曲線Fig.9 Cumulative anomaly curves of various factors at Zigui from 1977 to 2016

蓄水前后20 a秭歸各要素變化趨勢(shì)見圖10。蓄水前后溫度都呈下降趨勢(shì)，但在蓄水期間迅速下降，形成明顯斷層，蓄水后20 a平均溫度較蓄水前下降1.15 ℃，溫度變率下降0.05 ℃/(10 a)(蓄水前為-0.25 ℃/(10 a)，蓄水后為-0.30 ℃/(10 a)。蓄水后秭歸溫度下降，且下降速度加快，證明了蓄水對(duì)秭歸的降溫作用。蓄水前后20 a秭歸降水都呈下降趨勢(shì)，但降水量在蓄水期間迅速增加，形成明顯斷層。蓄水后20 a秭歸平均降水量較蓄水前增加245.90 mm，降水變率減少了1.25 mm/(10 a)(蓄水前為-28.39 mm/(10 a)，蓄水后為-29.64 mm/(10 a)。蓄水前后秭歸相對(duì)濕度都呈上升趨勢(shì)，但在蓄水期間迅速增加，形成明顯斷層。蓄水后20 a秭歸平均相對(duì)濕度較蓄水前增加5.29%，相對(duì)濕度變率下降0.57%/(10 a)(蓄水前為1.64%/(10 a)，蓄水后為1.07%/(10 a))。蓄水后20 a秭歸平均日照時(shí)數(shù)較蓄水前下降33.87 h/a，日照時(shí)數(shù)變率下降161.00 h/(10 a)(蓄水前為-26.94 h/(10 a)，蓄水后為-187.94 h/(10 a))，蓄水后秭歸日照時(shí)數(shù)下降，且下降速度加快，證明了蓄水造成秭歸日照時(shí)數(shù)下降。

圖10 蓄水前后20 a秭歸各要素變化趨勢(shì)Fig.10 Change trends of various factors at Zigui in 20 years before and after impoundment

4 結(jié) 論

(1)三峽蓄水對(duì)局地各要素影響范圍較小，這一點(diǎn)與陳鮮艷等[13]、馬占山等[32]的結(jié)論類似。本文研究表明，三峽蓄水對(duì)氣象要素影響的范圍在299.83～2 045.66 km2之間變動(dòng)，僅在75.27 km2范圍內(nèi)對(duì)溫度、降水量、相對(duì)濕度和日照時(shí)數(shù)同時(shí)產(chǎn)生影響。三峽蓄水對(duì)局地氣象要素影響的范圍較小，這可能與三峽水庫(kù)是河道型水庫(kù)有關(guān)。三峽水庫(kù)處于山區(qū)，受到兩岸高山的影響，對(duì)氣象要素的影響距離較近。近年來長(zhǎng)江流域極端天氣增加。例如2006年四川、重慶發(fā)生嚴(yán)重旱災(zāi)，2008年11月長(zhǎng)江上游發(fā)生罕見的晚秋汛，2011中國(guó)長(zhǎng)江中下游地區(qū)遭遇60 a最嚴(yán)重的冬春持續(xù)氣象干旱，2020年武漢、安徽發(fā)生洪水。一些社會(huì)觀點(diǎn)將這些自然災(zāi)害與三峽蓄水聯(lián)系起來，本文研究表明，三峽蓄水的影響距離較近，這些極端天氣的出現(xiàn)位置超出了三峽蓄水對(duì)氣候的影響距離，因此，不足以說明這些極端天氣的出現(xiàn)與三峽蓄水有關(guān)。

(2)除蓄水對(duì)局地溫度影響范圍較小外，蓄水對(duì)降水、日照時(shí)數(shù)的影響范圍主要是大壩下游(大壩以東)地區(qū)。嚴(yán)少敏等[33]分析了35座大型水庫(kù)的局地氣候影響，同樣得出大型水庫(kù)蓄水導(dǎo)致局地降水增加，尤其是大壩下游地區(qū)年平均降水量增加的結(jié)論。由此可見利用不同方法研究不同水庫(kù)的局地氣候影響結(jié)論具有相似性。

(3)氣象要素的變化還受到人類活動(dòng)等多方面影響，關(guān)系較為復(fù)雜，難以精確區(qū)分。因此，本文利用CVM檢驗(yàn)判斷站點(diǎn)各要素是否全部在蓄水期間發(fā)生突變，以此反映蓄水是否對(duì)局地氣候產(chǎn)生影響，并對(duì)大壩附近地理位置近似的不同距離的站點(diǎn)蓄水前后各要素的變化進(jìn)行對(duì)比，以進(jìn)一步驗(yàn)證結(jié)論，并利用各要素蓄水前后氣候傾向率的差值反映影響的性質(zhì)，可以去除氣候變化的大背景影響，最終以三峽蓄水前后氣候傾向率差值0等值線得到蓄水對(duì)各要素的影響范圍。但本文所用資料空間分辨率較低，庫(kù)區(qū)內(nèi)僅10個(gè)站點(diǎn)，大壩周圍站點(diǎn)較少，盡管氣候傾向率差值結(jié)果在ArcGIS軟件中進(jìn)行了空間插值處理，但仍不足以反映蓄水對(duì)各要素的影響在空間上的變化趨勢(shì)。故本文提出的方法可作為利用觀測(cè)資料以及統(tǒng)計(jì)分析方法判斷蓄水影響范圍的一種參考，如果能利用與站點(diǎn)觀測(cè)資料符合度好的更高空間分辨率的再分析資料，則可以得出更具體、更準(zhǔn)確的影響范圍。

分析表明，三峽蓄水對(duì)局地氣候的影響范圍較近，最遠(yuǎn)在75.27 km2內(nèi)對(duì)溫度、降水量、相對(duì)濕度和日照時(shí)數(shù)同時(shí)產(chǎn)生影響，四要素都在蓄水期間發(fā)生突變的僅秭歸一站。蓄水主要對(duì)秭歸起到降溫和增雨增濕的作用。