金沙江流域石鼓断面上游水汽含量与降水量特征_谭楠囡.pdf

第 40 卷 第 1 期2023 年 1 月长江科学院院报Journal of Changjiang iver Scientific esearch InstituteVol 40No 1Jan 2023收稿日期:2021 09 18;修回日期:2022 01 02基金项目:国家自然科学基金项目(52069009);昆明理工大学引进人才启动基金项目(KKSY201904008)作者简介:谭楠囡(1997 )，女，贵州普安人，硕士研究生，主要从事现代水文学研究。E-mail:1634938370 qq com通信作者:沈春颖(1982 )，女，浙江杭州人，正高级实验师，博士，主要从事生态水文与水力学研究。E-mail:shenchunying520163 comdoi:10 11988/ckyyb 202109852023，40(1):51 59，93金沙江流域石鼓断面上游水汽含量与降水量特征谭楠囡1，马晓青1，2，沈春颖1，何士华1，程乖梅1(1 昆明理工大学 电力工程学院，昆明650500;2 云南临沧市水务局，云南 临沧677099)摘要:在流域尺度上研究水文循环过程中的水汽含量和降水量，为流域综合治理和水资源开发利用提供依据。基于 ASTE GDEM V2 地形数据、EA-Interim 逐月再分析资料及降水资料，研究金沙江流域石鼓断面上游上空水汽含量和降水量的时空分布特征，并讨论两者的相关性。研究表明:研究区上空水汽含量由南向北、由东向西呈递减趋势，西南部呈斜倒“U”型，东南部呈正“U”型;多年平均降水量自西北向东南逐渐增加;年平均水汽含量和降水量呈现上升趋势，四季水汽含量和降水量从大到小均依次为“夏、秋、春、冬”，多年平均月水汽含量和降水量为单峰型分布;年平均水汽含量同降水量之间为弱相关关系，各季节相关性差异显著，逐月相关性更具有指导意义。关键词:金沙江流域;大气水汽含量;降水量;相关性;流域综合治理;水资源开发利用中图分类号:P426文献标志码:A文章编号:1001 5485(2023)01 0051 09Characteristics of Water Vapor Content and Precipitation in theUpstream of Shigu Section in Jinsha iver BasinTAN Nan-nan1，MA Xiao-qing1，2，SHEN Chun-ying1，HE Shi-hua1，CHENG Guai-mei1(1.Faculty of Electric Power Engineering，Kunming University of Science and Technology，Kunming650500，China;2.Water Affairs Bureau of Lincang City，Lincang677099，China)Abstract:The water vapor content and precipitation in hydrological cycle process are studied on basin scale to pro-vide a basis for the comprehensive management of river basin and the development and utilization of air water re-sources Based on topographic data ASTE GDEM V2，EA-Interim monthly reanalysis data and precipitation data，we studied the temporal and spatial characteristics of water vapor content and precipitation over the upper reaches ofShigu Section in the Jinsha iver basin，and discussed the correlation between the two Our research reveals that thewater vapor content over the study area displays a decreasing trend from south to north and from east to west，an ob-lique“U”shape trend in the southwest，and a positive“U”shape in tthe southeast The average precipitation overthe years has gradually increased from northwest to southeast The annual average water vapor content and precipitati-on are on the rise The water vapor content and precipitation in summer are the largest，followed by those in autumn，spring and winter in sequence The average monthly water vapor content and precipitation for many years distribute ina unimodal type Moreover，the annual average water vapor content is weakly correlated with precipitation，and thecorrelation differs significantly among four seasons The monthly correlation is more instructiveKey words:Jinsha iver basin;atmospheric water vapor content;precipitation;correlation;comprehensivemanagement of basin;development and utilization of water resources1研究背景大气过程是指陆面上空水汽输送和交换的过程，包括水汽含量、水汽输送等指标1。水汽含量是水文循环的基础，是形成降水的物质基础，直接影响降水量的多少2，因此，降水的发生与水汽含量密不可分。重视对大气过程的研究，有利于了解整长江科学院院报2023 年体演化过程的水文循环、帮助水生态修复和水环境保护3。降水是水文循环过程中重要的环节之一，由于气候变暖，降水的时空特征发生了巨大变化4，而降水发生得益于水文循环中的大气水。夏军等5 指出水文循环是水科学与其他学科交叉的重大学科，厘清水文循环要素的演变规律对我国水资源匮乏导致的一系列问题具有战略性意义。随着研究的深入，一个丰富的水文循环研究数据集逐渐形成，为全球大气水文学的研究提供数据支持6。20 世纪50 年代以后，国内外对大气水的研究逐步增多。1954 年，Benton 等7 描述了北美大陆上空的水汽含量和水汽输送特征，并指出水汽流动的月型和季节型特征与降水分布有密切的关系;20 世纪 80 年代后，特别是 20 世纪 90 年代以来，大气水的研究受到了重视，并且利用卫星、探空仪等一些先进的观测手段进行观测，数据、资料的分析和处理方法逐渐改进8 9。1990 年，吴国雄10 首次采用 ECMWF 再分析资料，研究了水汽输送和水汽收支受不同尺度大气运动的影响程度。21 世纪以来，全球气候复杂多变，水文循环及其时空演化规律成为了研究热点。2005 年，周长艳等11 基于 NCEP/NCA，分析了青藏高原东部及其邻近地区水汽输送的气候特征，指出值得关注的是来自南海、西太平洋地区的水汽输送对该地区的影响。在研究区域方面，针对研究较薄弱地区的大气水进行研究，如青藏高原12、西北地区13、新疆14 等;在流域尺度方面，水文循环的大气过程逐渐成为我国水文及气象学者研究的热点，相继展开了对长江流域15 16、黄河流域17 等流域的研究。为了继续丰富对水文循环研究中较为薄弱地区的研究状况，更好地掌握长江流域的时空分布特征，金沙江上游作为长江源头地区，刘玉婷等 18 研究表明:19802019 年期间金沙江石鼓断面上游地区降水量增加，而长江上游的其他区域降水量整体变化不大。本文结合长时间序列降水时空特征，对金沙江流域石鼓断面上游的水文特性进行深入研究，为分析该地区水文循环过程提供依据;同时，可为滇中引水工程跨区域水资源配置提供科学指导 19。在大气水的研究中，常用的资料是 NCEP/NCA 和 ECMWF 推出的 EA-Interim 和 EA 50再分析数据集。但国内水汽方面的研究较少使用EA-Interim。赵瑞霞等15 在长江流域的水汽收支计算中，基于长系列实测资料，发现 ECMWF 的 EA与实测的一致性比 NCEP/NCA 与实测的一致性表现更好;Bao 等20 利用第 2 次青藏高原连续探空资料检验，结果表明新一代再分析资料 EA-Interim具有更小的均方根(MS)误差和偏差。何奇芳等21 利用长江上游地区的 EA-Interim 再分析降水数据分析了其适用性;刘桐畅等22 在南极探空与两套再分析资料(ECMWF 与 NCEP/NCA)的比较中指出，EA-Interim 数据整体优于 NCEP 数据。因此，本文基于 19792018 年 EA-Interim 逐月再分析资料、ASTE GDEM V2 地形数据及同期 22 个站点的逐月降水资料，分析了金沙江流域石鼓断面上游水汽含量、降水量在年、季、月尺度上的变化趋势和空间分布及相关性，一方面能够明确流域上空的降水和水汽含量演变特性，有利于后续研究提高流域水汽转化效率，揭示水文循环的基本规律，为更好地制定水灾害治理措施以及加强流域的水资源管理提供依据;另一方面，有利于揭示流域降水和水资源时空分布成因，对金沙江右岸的滇中引水工程跨流域水资源配置提供科学指导，为进一步研究区域径流对气候变化和人类活动的影响奠定基础。2研究数据及方法21研究流域概况金沙江位于90E109E、24N36N，贯穿青海、西藏、四川、云南地区，呈自西北向东南延伸的狭长形，北高南低，地形起伏较大，流域总长2 316 km，覆盖面积为 34 万 km2。滇中引水工程是一项针对滇中城镇生活、农业发展、工业经济发展、生态环境建设等多方位供水的系统水利工程，分为水源工程和输水工程，水源工程位于丽江市玉龙县石鼓镇，从金沙江右岸取水。金沙江流域石鼓断面上游为金沙江流域中 90E101E、26N36N 之间的部分，如图 1 所示，地处云贵高原西北部、四川盆地西部，西侧靠近青藏高原。金沙江流域石鼓断面上游发源于青海省西南部沱沱河，流经青藏高原东部、四川省西部，最终进入云南省界内。由于研究流域处于高原山地向平原的过渡地带，气候交替变化复杂，受高原季风气候和副热带季风气候影响显著。因为其地理位置特殊，金沙江流域水资源的变化会对我国陆地上空的水汽资源时空分布产生较大影响23。根据行政区划，将研究流域划分为上、中、下三段，上段位于青海省界内，川西界河段为中段，进入云南省至滇中引水工程水源工程石鼓镇为下段。22数据来源地形数据来自 ASTE GDEM V2 数据集(ht-25第 1 期谭楠囡 等金沙江流域石鼓断面上游水汽含量与降水量特征图 1金沙江流域石鼓断面上游示意图Fig1Map of the upstream of Shigu section inJinsha iver basintp:/www gscloud cn/h