滇池流域降雨量變化及水資源潛力研究

王鵬云，曾 艷，李萬春，王 輝，余凌翔

(1.云南省昆明農業氣象試驗站，云南昆明650032;2.云南省氣候中心，云南昆明650034)

滇池流域包括五華、盤龍、官渡、西山、呈貢、晉寧、嵩明7個縣區，面積2 920 km2［1］，流域多年平均水資源量 5.73 億m3［2］。流域自然降水是滇池的主要補水方式，降雨量時空分布及其變化直接影響流域內徑流和水資源總量。近年來，隨著昆明經濟、社會發展和人口急劇增長，生產、生活用水不斷增加，水資源供需矛盾突出，研究滇池流域降雨量時空分布和大氣水資源潛力，對提高滇池流域水資源利用率具有重要意義。

在降雨量、水資源和大氣水汽特征及分布研究中，郭利丹等采用降水量模比系數差積曲線，分析降雨量和水資源分布特征［3－4］;李帥等研究了降雨量、可降水量和大氣水汽資源分布與演變［5－7］;張利平等用 NCEP/NCAR 格點資料，研究大氣水汽含量和大氣可降水量特征及其變化趨勢［8－10］;達布希拉圖等利用探空資料，分析空中水資源的分布及應用潛力［11－12］。近年來，隨著 GPS探測技術的發展，眾多學者對GPS水汽數據反演大氣可降水量進行了研究［13－15］。但在滇池流域降雨量和水資源利用研究中，主要是分析流域降雨量時間分布和流域內水資源可持續利用［3，16－17］。筆者利用昆明、呈貢、晉寧、太華山、嵩明5個氣象站的降雨量資料，分析滇池流域降雨量年際變化和豐枯特征，并用探空數據研究大氣可降水量和大氣水資源潛力，為水資源規劃和管理提供支持。

1 資料和方法

1.1 資料選取 所用資料包括1971～2009年昆明、呈貢、晉寧、太華山、嵩明氣象站的月降雨量、年降雨量和降雨日數資料，以及2006～2009年昆明氣象站地面至高空22 000 m的月平均氣壓、相對濕度和溫度等探空數據。

1.2 分析方法

1.2.1 降雨量變化。用5個氣象站1971～2009年年降雨量，分年代計算5個站年降雨量變異系數，并分析降雨量年際變化和月變化。采用降雨量模比差積曲線，分析降雨量豐、枯變化，其計算公式為:

式中，Kic為降雨量模比差積;ki為模比值，R為第 ii年降雨量為1971～2009年降雨量平均值。

1.2.2 大氣可降水量計算。利用昆明站2006～2009年地面至高空22 000 m的月平均氣壓、相對濕度和溫度探空資料計算整個大氣柱的大氣可降水量(PWV)，PWV由下式計算:

式中，PWV為大氣可降水量(mm);g為重力加速度(9.8 m/s2)，p為氣圧 (Pa);z為高度(m);ρw為絕對濕度(kg/m3);q為比濕(kg/kg)。用梯形公式對(3)進行化簡，得PWV計算公式。

1.2.3 大氣水資源潛力計算。大氣水資源潛力按下式計算:

式中，S為大氣水資源潛力(%);V為降水比率(%)，V=R/RP×100%，其中，R為月平均實際降雨量(mm);Rp為月可能降水量(mm)，Rp=PWVm－max×D，式中，D 為月平均降雨日數;PWVm－max為月平均最大可降水量(mm)，PWVm－max=MAX(PWVi)(i=1，2，3，…，12)，式中，PWVi為月平均大氣可降水量(mm)，按(3)式計算而得。

2 結果與分析

2.1 降雨量變化特征

2.1.1 年際變化。1971～2009年滇池流域5個氣象站平均年降雨量為977.9 mm，1999年平均年降雨量最多，為1 254.8 mm;1987年平均年降雨量最少，為722.7 mm，年際最大差幅為532.1 mm(圖1)，降雨量變異系數為0.16;降雨量10年滑動平均值顯示，20世紀70～80年代平均年降雨量呈下降趨勢，90年代平均年降雨量呈上升趨勢;在80和90年代降雨量年際變化大，變異系數分別為0.19和0.17;從2003年起，平均年降雨量開始出現下降趨勢，變異系數為0.15，至2009年降雨量10年滑動平均值下降至940.0 mm。

2.1.2 月變化。在滇池流域，雨季開始期平均為5月24日，雨季結束期平均為10月23日，在11月～次年4月的干季，降雨量差異較小，各月平均降雨量在15.9～41.5 mm，降雨量僅占全年降雨量的13.3%，自然降水補給量少;在5～10月的雨季期，降雨量差異顯著，太華山降雨量最多，各月平均降雨量為95.1～241.3 mm;呈貢降雨量最少，各月平均降雨量為66.9～171.9 mm，少于其他各站;嵩明、昆明、晉寧各月平均降雨量在71.8 ～212.8 mm(圖2)。

2.1.3 豐、枯變化。由1971～2009年降雨量模比差積曲線和5年滑動平均曲線(圖3)可知，滇池流域降雨量豐、枯變化明顯，1971～1987年為豐水期，1988～1998年為枯水期，1999～2008年為豐水期;2005年以來，5年滑動平均曲線呈下降趨勢，雖然仍處于豐水期，但已經呈現出枯水的趨勢，尤其是2009年，滇池流域5個氣象站的平均年降雨量為615.7 mm，僅占多年平均降雨量的63%，降雨量模比差積為－0.01，屬枯水年份。因此，近5年自然降雨對滇池的補給量減少，水資源供需矛盾進一步突出。

2.2 大氣水資源潛力 按(3)式計算地面至高空22 000 m整層大氣柱的大氣可降水量PWV，并按相應公式計算滇池流域月平均最大可能降水量、月平均可降水量、降水比率和大氣水資源潛力。由表1可見，滇池流域在5～10月的汛期，最大可能降水量為66.0～77.8 mm，月平均降雨日數為4.2 ～8.1 d;而在干季，最大可能降水量為 18.4 ～50.6 mm，月平均降雨日數僅有1.0 ～2.1 d。

表1 1971～2009年滇池流域月平均最大可能降水量和降雨日數

對比分析滇池流域月平均可降水量和實際降水量(圖4和表2)發現，全年大氣水資源潛力在23.8% ～72.3%，與實際降雨量相比，可利用水資源較為豐富，特別在4～10月，大氣水資源潛力均在60%以上;在汛期5～10月，大氣可降水量為270～630 mm，實際降雨量為85～210 mm，此期間的降水比率為28.7% ～38.8%，大氣水資源潛力為61.2% ～71.3%;在11月份～次年4月份大氣可降水量為17.7～88.1 mm，實際降雨量為 12.6 ～37.0 mm，大氣水資源潛力為23.8% ～72.3%，變化幅度大，其中，大氣水資源潛力最大的是4月份，這是因為4月正值雨季開始前，大氣水汽含量多。與雨季相比，雖然干季的大氣水資源潛力要低得多，但可利用率大，如果通過人工增雨的方法，將大氣水資源利用率提高1%，可增加降雨量22.3 mm，這對于滇池補水具有重要的作用。

表1 1971～2009年滇池流域月平均降水比率和大氣水資源潛力

3 結論與討論

大氣降水是滇池流域可利用水的主要來源，研究流域內降雨量時空分布和空中水資源潛力是合理利用水資源、保證社會和經濟可持續發展的重要條件。通過對滇池流域降雨量分布和水資源潛力的研究表明，滇池流域降雨量年際變幅大，20世紀80和90年代降水集中而不穩定，年際變化劇烈，這對滇池水利資源利用和保護產生不利影響;從2003年起，平均年降雨量開始出現下降趨勢;在降雨量豐年和枯年變化中，1988～1998年出現連續11年的枯水期，雖然近10年為豐水期，但5年滑動平均曲線已呈下降趨勢;大氣可降水量與實際降雨量相比，可利用水資源較為豐富，其中，在4和10月農業生產關鍵期，大氣水資源豐富，可以通過人工增雨等方式，開發空中水資源，提高空中水資源利用率，增加滇池的自然降水布局量。

在研究中，用昆明氣候基準站探空數據分析大氣可降水量，同時昆明氣候基準站已經積累了2年GPS水汽資料，今后可用GPS水汽資料，進一步分析大氣水汽和大氣可降水量的演變規律。

［1］李志杰.滇池流域資源環境人口承載力研究［J］.昆明師范高等專科學校學報，2008，30(2):41 －44.

［2］程乖梅，何士華.滇池流域水資源可持續利用多目標決策分析［J］.水力發電，2006，32(12):12 －15.

［3］郭利丹，夏自強，李捷，等.巴爾喀什湖流域氣候變化特征分析［J］.河海大學學報，2008，36(3):316 －321.

［4］吳啟俠，朱建強，耿顯波.江漢平原四湖流域降水特征分析［J］.中國農業氣象，2008，29(2):146 －150.

［5］李帥，謝國輝，何清，等.阿勒泰地區降水量、可降水量及降水轉化率分析［J］.冰川凍土，2008，30(4):675 －680.

［6］張云海，楊洪斌，李法云.遼寧水資源與氣候變化分析及對策研究［J］.干旱區資源與環境，2007，21(4):6 －9.

［7］王寶鑒，黃玉霞，王勁松，等.祁連山云和空中水汽資源的季節分布與演變［J］.地球科學進展，2006，21(9):948 －955.

［8］張利平，夏軍，林朝暉，等.海河流域大氣水資源變化與輸送特征研究［J］.水利學報，2008，39(2):206 －211.

［9］曹麗青，余錦華，葛朝霞.華北地區大氣水汽含量特征及其變化趨勢［J］.水科學進展，2005，16(3):439 －443.

［10］戴瑩，楊修群.我國大陸上空可降水量的時空變化特征［J］.氣象科學，2009，29(2):143 －149.

［11］達布希拉圖，朝倫巴根，蘇立娟，等.近二十年內蒙古地區空中水資源的分布及變化趨勢［J］.干旱區資源與環境，2008，22(7):55 －58.

［12］周德平，宮福久，張淑杰，等.遼寧云水資源分布特征及開發潛力分析［J］.自然資源學報，2005，20(5):644 －650.

［13］吳建軍，王鑫，呂達仁，等.北京可降水量變化特征的地基GPS觀測與分析［J］.南京氣象學院學報，2007，30(3):377 －382.

［14］王勇，柳林濤，梁洪有，等.基于GPS技術的高原與平原地區可降水量的研究［J］.大地測量與地球動力學，2006，26(1):88 －91.

［15］朱男男，沈相立，朱偉軍.一次降水過程的GPS可降水量資料同化試驗［J］.南京氣象學院學報，2008，32(1):25 －32.

［16］姚平，趙付竹，夏紅云.滇池流域氣候特征研究［J］.環境科學導刊，2009，28(S1):8 －10.

［17］王志蕓，賀彬，袁國林，等.滇池寶象河流域全面產流與降雨關系初步研究［J］.環境科學導刊，2007，26(2):10－11.