譚楠囡，馬曉青，2，沈春穎，何士華，程乖梅

(1.昆明理工大學 電力工程學院，昆明 650500； 2.云南臨滄市水務局，云南 臨滄 677099)

1 研究背景

大氣過程是指陸面上空水汽輸送和交換的過程，包括水汽含量、水汽輸送等指標[1]。水汽含量是水文循環(huán)的基礎(chǔ)，是形成降水的物質(zhì)基礎(chǔ)，直接影響降水量的多少[2]，因此，降水的發(fā)生與水汽含量密不可分。重視對大氣過程的研究，有利于了解整體演化過程的水文循環(huán)、幫助水生態(tài)修復和水環(huán)境保護[3]。

降水是水文循環(huán)過程中重要的環(huán)節(jié)之一，由于氣候變暖，降水的時空特征發(fā)生了巨大變化[4]，而降水發(fā)生得益于水文循環(huán)中的大氣水。夏軍等[5]指出水文循環(huán)是水科學與其他學科交叉的重大學科，厘清水文循環(huán)要素的演變規(guī)律對我國水資源匱乏導致的一系列問題具有戰(zhàn)略性意義。隨著研究的深入，一個豐富的水文循環(huán)研究數(shù)據(jù)集逐漸形成，為全球大氣水文學的研究提供數(shù)據(jù)支持[6]。20世紀50年代以后，國內(nèi)外對大氣水的研究逐步增多。1954年，Benton等[7]描述了北美大陸上空的水汽含量和水汽輸送特征，并指出水汽流動的月型和季節(jié)型特征與降水分布有密切的關(guān)系；20世紀80年代后，特別是20世紀90年代以來，大氣水的研究受到了重視，并且利用衛(wèi)星、探空儀等一些先進的觀測手段進行觀測，數(shù)據(jù)、資料的分析和處理方法逐漸改進[8-9]。1990年，吳國雄[10]首次采用ECMWF再分析資料，研究了水汽輸送和水汽收支受不同尺度大氣運動的影響程度。21世紀以來，全球氣候復雜多變，水文循環(huán)及其時空演化規(guī)律成為了研究熱點。2005年，周長艷等[11]基于NCEP/NCAR，分析了青藏高原東部及其鄰近地區(qū)水汽輸送的氣候特征，指出值得關(guān)注的是來自南海、西太平洋地區(qū)的水汽輸送對該地區(qū)的影響。在研究區(qū)域方面，針對研究較薄弱地區(qū)的大氣水進行研究，如青藏高原[12]、西北地區(qū)[13]、新疆[14]等；在流域尺度方面，水文循環(huán)的大氣過程逐漸成為我國水文及氣象學者研究的熱點，相繼展開了對長江流域[15-16]、黃河流域[17]等流域的研究。為了繼續(xù)豐富對水文循環(huán)研究中較為薄弱地區(qū)的研究狀況，更好地掌握長江流域的時空分布特征，金沙江上游作為長江源頭地區(qū)，劉玉婷等[18]研究表明：1980—2019年期間金沙江石鼓斷面上游地區(qū)降水量增加，而長江上游的其他區(qū)域降水量整體變化不大。本文結(jié)合長時間序列降水時空特征，對金沙江流域石鼓斷面上游的水文特性進行深入研究，為分析該地區(qū)水文循環(huán)過程提供依據(jù)；同時，可為滇中引水工程跨區(qū)域水資源配置提供科學指導[19]。

在大氣水的研究中，常用的資料是NCEP/NCAR和ECMWF推出的ERA-Interim和ERA-50再分析數(shù)據(jù)集。但國內(nèi)水汽方面的研究較少使用ERA-Interim。趙瑞霞等[15]在長江流域的水汽收支計算中，基于長系列實測資料，發(fā)現(xiàn)ECMWF的ERA與實測的一致性比NCEP/NCAR與實測的一致性表現(xiàn)更好；Bao等[20]利用第2次青藏高原連續(xù)探空資料檢驗，結(jié)果表明新一代再分析資料ERA-Interim具有更小的均方根(RMS)誤差和偏差。何奇芳等[21]利用長江上游地區(qū)的ERA-Interim再分析降水數(shù)據(jù)分析了其適用性；劉桐暢等[22]在南極探空與兩套再分析資料(ECMWF與NCEP/NCAR)的比較中指出，ERA-Interim 數(shù)據(jù)整體優(yōu)于NCEP數(shù)據(jù)。因此，本文基于1979—2018年ERA-Interim逐月再分析資料、ASTER GDEM V2地形數(shù)據(jù)及同期22個站點的逐月降水資料，分析了金沙江流域石鼓斷面上游水汽含量、降水量在年、季、月尺度上的變化趨勢和空間分布及相關(guān)性，一方面能夠明確流域上空的降水和水汽含量演變特性，有利于后續(xù)研究提高流域水汽轉(zhuǎn)化效率，揭示水文循環(huán)的基本規(guī)律，為更好地制定水災害治理措施以及加強流域的水資源管理提供依據(jù)；另一方面，有利于揭示流域降水和水資源時空分布成因，對金沙江右岸的滇中引水工程跨流域水資源配置提供科學指導，為進一步研究區(qū)域徑流對氣候變化和人類活動的影響奠定基礎(chǔ)。

2 研究數(shù)據(jù)及方法

2.1 研究流域概況

金沙江位于90°E—109°E、24°N—36°N，貫穿青海、西藏、四川、云南地區(qū)，呈自西北向東南延伸的狹長形，北高南低，地形起伏較大，流域總長2 316 km，覆蓋面積為34萬km2。

滇中引水工程是一項針對滇中城鎮(zhèn)生活、農(nóng)業(yè)發(fā)展、工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展、生態(tài)環(huán)境建設等多方位供水的系統(tǒng)水利工程，分為水源工程和輸水工程，水源工程位于麗江市玉龍縣石鼓鎮(zhèn)，從金沙江右岸取水。金沙江流域石鼓斷面上游為金沙江流域中90°E—101°E、26°N—36°N之間的部分，如圖1所示，地處云貴高原西北部、四川盆地西部，西側(cè)靠近青藏高原。金沙江流域石鼓斷面上游發(fā)源于青海省西南部沱沱河，流經(jīng)青藏高原東部、四川省西部，最終進入云南省界內(nèi)。由于研究流域處于高原山地向平原的過渡地帶，氣候交替變化復雜，受高原季風氣候和副熱帶季風氣候影響顯著。因為其地理位置特殊，金沙江流域水資源的變化會對我國陸地上空的水汽資源時空分布產(chǎn)生較大影響[23]。根據(jù)行政區(qū)劃，將研究流域劃分為上、中、下三段，上段位于青海省界內(nèi)，川西界河段為中段，進入云南省至滇中引水工程水源工程石鼓鎮(zhèn)為下段。

圖1 金沙江流域石鼓斷面上游示意圖Fig.1 Map of the upstream of Shigu section in Jinsha River basin

2.2 數(shù)據(jù)來源

地形數(shù)據(jù)來自ASTER GDEM V2數(shù)據(jù)集(http：//www.gscloud.cn/home)，運用ArcGIS10.3制圖軟件對其進行處理，獲得研究流域，如圖1所示。

ERA-Interim再分析資料集(https：//apps.ecmwf.int/datasets/data/interim-full-daily/levtype=pl/)，時間跨度為1979年1月到2018年12月，共40 a逐月平均資料，垂直方向為27層(1 000～100 hPa)，水平空間分辨率為0.25°×0.25°，分析要素包括分層風場(u即風場的緯向分量、v即風場的經(jīng)向分量)、比濕(q)及相應的地面氣壓數(shù)據(jù)(SP)。ERA-Interim的讀取、分析及處理，通過氣象學專業(yè)軟件的數(shù)據(jù)分析工具GrADS2.1及MATLAB2014、Python編程實現(xiàn)，部分通過專業(yè)統(tǒng)計分析及繪圖軟件Origin2018實現(xiàn)。

降水資料(http：//data.cma.cn)取自國家氣象信息中心的中國地面氣候資料月值數(shù)據(jù)集，包含1951年至最新日值的中國613個基本、基準地面氣象觀測站及自動站的數(shù)據(jù)集。降水量空間規(guī)律采用MATLAB軟件編程插值實現(xiàn)，其他研究利用統(tǒng)計、制圖軟件Origin2018處理。

2.3 理論及方法

2.3.1 水汽含量計算方法

大氣水汽通常用可降水量W表示，是指從大氣頂部到近地面高度的單位面積大氣柱中總水汽量全部凝結(jié)降落到地面產(chǎn)生的降水量，換算成單位面積上的水深，以mm為單位[24]。本文中整層水汽含量是指從100 hPa到地面之間的總水汽含量。因此，水汽含量的計算為對某一高度內(nèi)的水汽含量進行垂直方向積分，即

(1)

式中：W為水汽含量(mm)；g為重力加速度(9.8 m/s2)；ρ為液態(tài)水密度(kg/m3)；pz為大氣頂層高度處的氣壓(hPa)，本文取為100 hPa；ps為近地面高度處的氣壓(hPa)；p為單位面積上的氣壓(hPa)，范圍在pz和ps之間；q為比濕(g/kg)。

2.3.2 相關(guān)性系數(shù)計算

若兩個及兩個以上的變量與指標之間存在一定聯(lián)系，可以建立變量與指標之間的相關(guān)性，便于分析。用相關(guān)系數(shù)r來衡量各變量與指標之間影響的強弱關(guān)系，r在-1～1之間，r為正、為負分別表示正、負相關(guān)關(guān)系，r為0表示完全不相關(guān)關(guān)系。進一步，若相關(guān)系數(shù)r在0～1之間，可分為高度、中度、低度相關(guān)和弱相關(guān)，分別對應|r|≥0.8、0.5≤|r|<0.8、0.3≤|r|<0.5和|r|<0.3。r的計算表達式為

(2)

2.3.3 泰森多邊形法

等雨量線法、算術(shù)平均法、泰森多邊形法等是研究學者習慣用于解決水文領(lǐng)域和氣象領(lǐng)域問題的理論方法[25]。泰森多邊形法是指用每個泰森多邊形內(nèi)僅有的一個雨量站的降雨數(shù)據(jù)來代表該多邊形流域內(nèi)的降雨量，多個泰森多邊形正好組成一個泰森多邊形網(wǎng)，該方法具體表示為

(3)

3 水汽含量的時空分布

3.1 水汽含量空間分布

根據(jù)公式(1)對研究流域上空整層大氣進行積分并制圖。圖2為1979—2018年金沙江流域石鼓斷面上游多年平均水汽含量分布，并用藍色、紅色、白色線條分別表示河流、流域范圍、行政區(qū)劃界限。在研究流域內(nèi)，西南部(25°N—27.6°N)水汽含量分布呈斜倒“U”型，集中在10～40 mm范圍；東南部的云南、四川兩省部分地區(qū)的水汽含量分布呈現(xiàn)正“U”型，集中在10～25 mm范圍；中部到北部(28°N—38°N)水汽含量偏少，僅為5～10 mm?？v觀多年平均水汽含量分布情況可知：研究流域上空水汽含量均<15 mm，相對匱乏。

圖2 金沙江流域石鼓斷面上游多年平均水汽含量分布Fig.2 Distribution of multi-year average water vapor content over the upstream of Shigu Section in Jinsha River basin

由圖3金沙江流域石鼓斷面上游各季節(jié)多年平均水汽含量分布可知，西南部的喜馬拉雅山脈以南地區(qū)，春夏秋冬四季的水汽含量分別為10～35、20～65、10～40、4～20 mm。在東南部的云南和四川部分地區(qū)，春夏秋冬四季的水汽含量分別為10～20、20～35、10～25、4～8 mm。中北部的西藏、青海和四川三省部分區(qū)域，水汽含量偏少，春夏秋冬四季的水汽含量分別為5～10、10～15、5～10、2～4 mm。

圖3 金沙江流域石鼓斷面上游各季節(jié)多年平均水汽含量分布Fig.3 Distribution of multi-year average water vapor content in each season over the upstream of Shigu Section in Jinsha River Basin

由圖2、圖3可知，在空間上，研究流域中各季節(jié)水汽含量與多年平均水汽含量分布相似，西南部呈斜倒“U”型，東南部呈正“U”型。夏季，水汽含量空間分布差異最為明顯，且水汽含量為四季中最多，又高于年平均水汽含量，為主要“供水期”。冬季，水汽含量最少，且低于年平均水汽含量，為“枯水期”。春秋兩季為過渡季節(jié)，秋季的水汽含量空間分布與春季相似，水汽含量與年平均基本一致。研究流域自北向南、自西向東的多年平均水汽含量和各季節(jié)多年平均水汽含量均逐漸增加，主要受緯度的升高以及地形地勢的影響。

3.2 水汽含量的時間分布

3.2.1 流域年際水汽含量變化

由圖4金沙江流域石鼓斷面上游上空多年平均水汽含量變化趨勢可知，多年平均水汽含量趨勢的線性變化率為0.02 mm/a，表現(xiàn)出上升趨勢，水汽含量在1979—2004年期間變化幅度大，并且相鄰年份之間多次出現(xiàn)“高—低—高”的變化情況。在時間序列中，多年平均水汽含量為15.6 mm，1983年為12.9 mm，是最低值；1998年出現(xiàn)最高值，為19.9 mm。2000年以前，年際水汽含量的波動較大，且多數(shù)低于平均值；2000年以后，多年平均水汽含量均有所增大，但波動較為平緩，在15.6 mm均線上下徘徊。

圖4 金沙江流域石鼓斷面上游上空多年平均水汽含量變化趨勢Fig.4 Trend of changes in multi-year average water vapor content over the upstream of Shigu Section in Jinsha River basin

3.2.2 流域各季節(jié)水汽含量隨時間的變化

圖5為金沙江流域石鼓斷面上游上空水汽含量季節(jié)變化趨勢?？梢园l(fā)現(xiàn)在1979—2018年春夏秋三季水汽含量上升趨勢明顯，在20世紀八九十年代之間大幅度下降，而2000年之后大幅度上升；僅冬季呈緩慢下降趨勢，但年際變化劇烈。夏季平均水汽含量最多，約25.9 mm，秋、冬、春季依次減小，分別約為13.2、12.7、10.6 mm。四季水汽含量分別在1999年、2018年、2017年、2003年出現(xiàn)峰值，分別為12.2、28.8、14.9、27.6 mm。春夏秋三季水汽含量年際變化趨勢與多年平均水汽含量變化趨勢極為相似，其中夏季吻合度最高，主要是夏季水汽含量占全年比重最大，主導了全年大部分的水汽含量。

圖5 金沙江流域石鼓斷面上游上空水汽含量季節(jié)變化趨勢Fig.5 Seasonal variation trends of water vapor content over the upstream of Shigu Section in Jinsha River basin

3.2.3 流域逐月水汽含量變化

從圖6金沙江流域石鼓斷面上游多年平均月水汽含量分布發(fā)現(xiàn)，多年平均月水汽含量呈單峰型分布，最高值出現(xiàn)在7月份，約為27.6 mm。1—7月份水汽含量逐漸增加，7—12月份水汽含量逐漸減少，大致呈對稱分布，6月份和10月份分別出現(xiàn)驟增和驟減的情況。6、7、8、9月是全年水汽含量最多的月份，占全年水汽含量總量的61%。

圖6 金沙江流域石鼓斷面上游多年平均月水汽含量分布Fig.6 Multi-year average monthly water vapor content over the upstream of Shigu Section in Jinsha River basin

4 降水量的時空分布

4.1 降水量的空間分布

4.1.1 流域平均降水量計算

基于金沙江流域石鼓斷面上游1979—2018年共40 a的逐月降水資料，考慮各站點與研究流域的相對位置，利用泰森多邊法得到金沙江流域石鼓斷面上游的泰森多邊形劃分圖，選取控制金沙江流域石鼓斷面上游及其附近的22個控制站點，根據(jù)每個站點的控制面積計算出影響各站點的權(quán)重系數(shù)，如表1。

4.1.2 流域多年平均降水量空間分布

為更準確地掌握降水量時空演變機理，利用上文已確定的22個控制站點，整理出各個站點40 a的多年平均降水量，相應數(shù)據(jù)如表1。

表1 泰森多邊形法計算的流域站點信息及22個站點1979—2018年平均降水量Table 1 Information of stations calculated by Tyson polygon method and the average precipitation of 22 stations from 1979 to 2018

研究流域的地形起伏較大，高原山地縱橫交錯，局地差異大。根據(jù)流域22個站點分布和降水資料，運用MATLAB對各站點離散數(shù)據(jù)進行空間插值，并繪制金沙江流域石鼓斷面上游多年平均降水分布圖(圖7)。可以發(fā)現(xiàn)研究流域多年平均降水量空間分布不均勻，南北、東西兩向降水分布差異大，降雨集中在30～1 000 mm范圍內(nèi)。由于地形條件復雜，降水分布受影響較大，出現(xiàn)自西北向東南遞增的空間分布情況，東南地區(qū)降水量高達1 000 mm，而西北地區(qū)僅30 mm，相對較少。

圖7 金沙江流域石鼓斷面上游多年平均降水量分布Fig.7 Multi-year average precipitation distribution over the upstream of Shigu Section in Jinsha River basin

4.1.3 流域各季節(jié)平均降水量空間分布

通過統(tǒng)計流域各站點的四季多年平均降水量，發(fā)現(xiàn)研究流域雖然海拔高、地形起伏大，但仍遵循降水的基本季節(jié)變化特征：“夏秋春冬”逐漸降低型，降水量隨著站點緯度的降低而逐漸增加。通過觀察金沙江流域石鼓斷面上游各季節(jié)降水量空間分布(圖8)，發(fā)現(xiàn)四季降水量較多的流域出現(xiàn)在東南方向云貴高原的云南地區(qū)；而四季降水量最少的流域出現(xiàn)在西北方向青藏高原的青海地區(qū)。

春季(圖8(a))，在研究流域上段降水量較少；在研究流域下段的西南部降水量呈環(huán)狀遞減分布，中心處最小，僅50 mm，自東北向西南降水量逐漸增多，在云南和四川交界處降水量最多，達100 mm。夏季(圖8(b))，降水量等值線在研究流域內(nèi)分布較密集，研究流域上段從北到南降水量呈帶狀遞增，大致在100～250 mm之間；研究流域下段降水量呈環(huán)狀遞增分布，中心處最小約300 mm，而在四川涼山降水量高達500 mm。秋季(圖8(c))，降水量等值線分布同夏季分布規(guī)律相似。冬季(圖8(d))是枯水季節(jié)，整個流域幾乎處于不降水狀態(tài)，僅研究流域上段青海治多縣、玉樹縣，四川甘孜，云南麗江等部分地區(qū)有少量降水；受孟加拉灣的影響，研究流域下段的西南部降水量呈帶狀分布。

圖8 金沙江流域石鼓斷面上游各季節(jié)降水量空間分布Fig.8 Spatial distribution of precipitation in each season over the upstream of Shigu Section in Jinsha River basin

金沙江流域石鼓斷面上游四季降水空間分配差異性較強，夏秋明顯偏多、春冬明顯偏少，研究流域上段、下段降水量變化顯著，中段變化不突出。由于受高海拔和高原氣候的影響，水量多以冰川的形式儲存，青海西部地區(qū)全年降水量極少，相較而言研究流域位于云南、四川兩省的地區(qū)降水量較多。

綜合上文可知，降水量和水汽含量在年尺度和月尺度的空間分布變化特征中存在對應關(guān)系：研究流域上空水汽含量分布對降水量分布存在直接影響。在圖2、圖3中，研究流域上空水汽含量主要分布在3個色帶上，對應不同取值：淺紫色帶主要占據(jù)研究流域上段，表示水汽含量最少，主導春冬兩季，對應圖8中降水量等值線來分析，春冬兩季流域內(nèi)降水量較少，尤其是流域上段；研究流域中部的深紫色帶表明水汽含量較少，主導夏秋兩季，對應夏、秋季節(jié)研究流域中部降水等值線相對密集，降水量較多；研究流域下段的淡藍色帶區(qū)域，水汽含量最多，相應該區(qū)域降水量等值線最密集，則該處降水量最大。

4.2 降水量的時間分布

依據(jù)式(3)，分別用22個站點年際和年內(nèi)降水量資料進行計算，分析降水的時間分布規(guī)律。

4.2.1 流域多年平均降水量隨時間的變化

圖9為金沙江流域石鼓斷面上游降水量年際變化趨勢，由圖9可知研究流域降水量年際的起伏變化較大，40 a的降水序列變化有略微增大的趨勢，這一結(jié)果與盧璐等[26]的研究結(jié)論一致。研究流域1979—2018年平均降水量為432.4 mm，在時間序列內(nèi)降水量最多的年份是2009年，為515.9 mm，降水量最少的年份是1994年，僅341.1 mm。

圖9 金沙江流域石鼓斷面上游降水量年際變化趨勢Fig.9 Interannual variation trend of precipitation over the upstream of Shigu Section in Jinsha River basin

4.2.2 流域各季節(jié)平均降水量隨時間的變化

金沙江流域石鼓斷面上游季節(jié)降水量時間變化趨勢如圖10所示，研究流域四季年均降水量具有明顯的季節(jié)性特征，春夏秋三季的多年降水量變化序列呈現(xiàn)上升趨勢，且春季的降水量上升趨勢顯著，增長速率為0.53 mm/a，而夏秋兩季上升趨勢相對平緩，增長速率分別為0.78、0.20 mm/a。相反，冬季呈略微下降趨勢，下降速率為0.02 mm/a，且年際降水量變化幅度較大。

圖10 金沙江流域石鼓斷面上游季節(jié)降水量時間變化趨勢Fig.10 Temporal variation trend of seasonal precipitation over the upstream of Shigu Section in Jinsha River basin

研究流域四季在時間序列上的年均降水量居首位的是夏季，達到278.1 mm，占年降水量的64%；位于第二的是秋季，為90.0 mm，占年降水量的21%；春冬的降水量分別為56.5、7.8 mm，占年降水量的15%。由于研究流域氣候特殊，降水量受季節(jié)交替的影響存在差異，導致了研究流域四季的降水量變化特征顯著，尤其是春季[27]。

春季(圖10(a))，研究流域時間序列內(nèi)降水量最大值年份為2013年，全年累計約78.4 mm，最小值年份為1979年，僅30.1 mm；夏季(圖10(b))，降水量變化幅度相對較小，時間序列內(nèi)年際降水量最大值在2013年，達到350.1 mm，最小值年份為1994年，約為198.2 mm；秋季(圖10(c))，時間序列初期降水量變化相對較大，最大值年份為1985年，最小值年份為1984年，均出現(xiàn)在時間序列初期，其降水量分別為118.1、50.9 mm，相差67.2 mm；冬季(圖10(d))，降水量為負增長，各年的降水量波動較大，最大值年份是2012年，為13.7 mm，遠高于多年平均值7.8 mm，最小值年份是1981年，僅3.1 mm。

4.2.3 流域多年平均月降水量

圖11為金沙江流域石鼓斷面上游多年平均月降水量分布情況，由圖11可知研究流域的最大月降水量(7月范圍內(nèi))為107.9 mm，占年平均降水量的24.6%，最小月降水量(12月份)約為1.8 mm。其他各月的降水量以7月份為中心，向兩邊逐漸減少，大致成對稱分布，下半年的降水量多，上半年的降水量少。全年的降水量主要集中在夏季，6、7、8月份的降水量占全年降水量的60%以上。5—6月份、9—10月份降水量出現(xiàn)驟升和驟降，升降的幅度超本月的一倍。

通過對研究流域水汽含量和降水量進行時間維度分析，發(fā)現(xiàn)二者之間存在著聯(lián)系。對比水汽含量年際變化和降水量年際變化發(fā)現(xiàn)：水汽含量多的年份，降水量不會太少，相反，水汽含量少的年份，降水量有可能增多，因此，水汽含量決定了流域降水量的下限，流域的最終降水量還同水汽的輸送特征等有直接的聯(lián)系。同時對比多年平均四季水汽含量變化及降水量的變化發(fā)現(xiàn)：春夏秋三季的水汽含量隨時間序列的線性擬合能夠?qū)辖邓康木€性擬合線，且具有相同的變化趨勢，說明水汽含量同降水量之間在季節(jié)上也有一一對應關(guān)系。從年內(nèi)月份特征來看，水汽含量同降水量之間的關(guān)系更明顯，6、7、8、9月份均為主導月份，7月份的水汽含量和降水量均為最大，6月份和9月份相鄰兩個月均為最大突變月份，更加驗證了水汽含量在降水量特征上的決定性作用。

5 水汽含量與降水量的相關(guān)性分析

利用式(2)計算出大氣水汽含量與降水量在不同時間尺度下的相關(guān)系數(shù)，如表2和表3。

表2 大氣水汽含量與降水量的年、季相關(guān)系數(shù)Table 2 Coefficients of correlation between atmospheric water content and precipitation on yearly and quarterly scales

表3 大氣水汽含量與降水量的逐月相關(guān)系數(shù)Table 3 Coefficients of correlation between atmospheric water content and precipitation on monthly scale

根據(jù)前文的分析可知，逐年大氣水汽含量的多少決定了各年份降水量的下限，同時年降水量的多少較大程度上由水汽輸送等條件來決定。表2中，各時間尺度下相關(guān)系數(shù)均>0，說明水汽含量與降水量二者在年、四季中均表現(xiàn)為正相關(guān)關(guān)系。在年尺度上，水汽含量與降水量兩者呈弱相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.28。在季節(jié)尺度上，夏季二者呈中度相關(guān)關(guān)系，表明水汽含量是影響降水量的一個重要因素；春、秋兩季二者均表現(xiàn)為低度相關(guān)關(guān)系，說明水汽含量對降水量會產(chǎn)生一定的影響。冬季二者呈極度弱相關(guān)，則表示水汽含量對降水量的影響較小。

由表3可知，在月尺度上，水汽含量與降水量表現(xiàn)出不同程度的相關(guān)關(guān)系。結(jié)合上文，夏季6、7、8月份3個月的水汽含量和降水量均為年內(nèi)最大的3個月，而且在這3個月中，水汽含量和降水量的相關(guān)系數(shù)也較大，7月份相關(guān)系數(shù)最大(0.81)，為高度相關(guān)，其次是8月份和6月份，均表現(xiàn)中度相關(guān)。對比春季和冬季：春季為低度相關(guān)，冬季為極度弱相關(guān)，但冬季12月份、1月份、2月份的逐月相關(guān)性比春季2月份、3月份、4月份更強，說明季節(jié)相關(guān)關(guān)系與逐月相關(guān)關(guān)系存在一定差異，逐月相關(guān)關(guān)系能更明確地為流域降水分析提供重要指導。

6 結(jié) 論

通過分析金沙江流域石鼓斷面上游的水汽含量、降水量的分布規(guī)律及其相關(guān)性特征，得出以下結(jié)論。

(1)研究流域上空水汽含量分布特征：在空間上，受緯度和地形的影響，水汽含量由西北向東南逐漸增加；在時間上，年平均水汽含量呈現(xiàn)上升趨勢；四季水汽含量從大到小依次為夏、秋、春、冬，其中，夏季為主要“供水期”，冬季為“枯水期”，春秋季為過渡季節(jié)；多年平均月水汽含量呈單峰型分布規(guī)律，7月份水汽含量為最高值，向兩側(cè)逐漸減少。

(2)研究流域上空降水量分布特征：在空間上：受地形影響較大，多年平均降水量空間分布不均勻，自西北向東南逐漸增加，區(qū)域差異明顯；四季降水量空間分布差異較大，夏秋降水量偏多，春冬降水量偏少，變化特征符合“夏秋春冬”型；在時間上，降水量年際變化波動較大，略有增加趨勢；由于研究流域受特殊氣候、季節(jié)交替等因素影響，研究流域四季的年平均降水量具有明顯的季節(jié)性特征，其中春季的上升趨勢最為明顯，夏季降水量為各季中最大，因此主導全年的大部分降水量；月尺度上，7月份降水量達最大值，向兩側(cè)逐漸減少。

(3)研究數(shù)據(jù)表明水汽含量與降水量之間呈正相關(guān)關(guān)系。研究流域年平均水汽含量與年均降水量之間呈現(xiàn)弱相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.28；在四季中，夏季的相關(guān)程度最高，為中度相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.72；逐月中7月份的相關(guān)程度最高，相關(guān)系數(shù)高達0.81，且6月份、8月份和9月份均為中度相關(guān)。通過分析發(fā)現(xiàn)逐月相關(guān)關(guān)系更能為流域的降水分析提供重要指導。

(4)金沙江石鼓斷面上游降水量分布和水汽含量分布存在著明顯的差異。通過對研究流域水汽含量和降水量進行空間維度分析，發(fā)現(xiàn)流域上空的水汽含量對降水量有著直接影響。從時間維度進行分析，發(fā)現(xiàn)水汽含量決定了流域降水量的下限，但流域的最終降水量還同水汽輸送等因素有直接聯(lián)系；同時對比發(fā)現(xiàn)水汽含量同降水量在季節(jié)上也有一一對應關(guān)系；年內(nèi)月份特征進一步驗證了水汽含量在降水特征上的決定性作用。今后不僅要重視防治旱澇災害，還要進一步做好提高流域水汽轉(zhuǎn)化效率的研究工作，從而使位于金沙江右岸的滇中引水工程水源得到充分的降水保障。