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user: 3. 研究结果 3.1. 大渡河流域降水的空间特征分析 3.1.1. 降水量月平均、季平均、年平均空间分布特征 降水平均值可以表征某地降水量的多少，降水方差可以表征某地降水均匀程度，本文通过对大渡河流域降水量的均值、方差进行月、季、年尺度上的分析，来研究其整个流域降水的空间分布特征。 图1是大渡河流域1979~2018年月平均降水量。从图中可以得出，大渡河流域月平均降水量数值大致位于100~700 mm之间，其中1月、2月、3月、11月、12月的降水较少，基本都在200 mm以下；5月、6月、7月、8月、9月降水多，基本都在400 mm以上，其中尤以6月、7月、8月降水最多，整个流域都在450 mm以上；而4月、10月降水量在200~300 mm之间。对于整个大渡河流域而言，上游月降水量最少，下游次之，中游雅安地区(石棉到汉源一带)最多，其月降水量在7月、8月达到最大，有将近700 mm，即使是在10月、4月这样降水少的季节，也有将近400 mm，而整个流域降水最少的地方是在北纬31˚，东经102˚ (丹巴)处，即使在8月、9月，其月降水量也仅有250 mm左右。 图2是大渡河流域1979~2018年季平均降水量，图2(a)、图2(b)、图2(c)、图2(d)分别是第一、二、三、四季度。从图中可以得出，大渡河流域季平均降水量数值大致位于600~1600 mm之间，其中第四季度的平均降水最少，大约只有600 mm；第三季度降水次少，基本在600~1000 mm之间，第一季度降水较多，大致在800~1200 mm之间，而第二季度的平均降水量是最多的，在1400~1800 mm之间，这与实际情况基本一致。第二季度正处于汛期，降水量恰是一年之中最多的。整个大渡河流域降水的空间分布特征与月平均降水量表征的情况一致，也是上游降水量最少，下游次之，中游雅安地区(石棉到汉源一带)最多，其降水量在第二季度达到最大，有1800 mm，即使是在第三季度，也有将近1000 mm；而整个流域降水最少的地方是在北纬31˚，东经102˚ (丹巴)处，即使在第二季度，其平均降水量也仅有1000 mm左右。 图3是大渡河流域1979~2018年年平均降水量。从图中可以得出，大渡河流域年平均降水量数值大致在2000~4500 mm之间。整个大渡河流域降水的空间分布特征与月平均降水量、季平均降水量表征的情况一致，也是上游降水量最少，下游次之，中游雅安地区(石棉到汉源一带)最多。中游年平均降水量中心值有4500 mm，从中心向外逐渐减少，形成了一个降水中心，最外侧为大渡河流域边界，年平均降水量为3000 mm。在大渡河流域下游，降水量数值都为3000 mm。整个流域降水最少的地方是在北纬31˚，东经102˚ (丹巴)处，其年平均降水量仅有2000 mm左右。 图1. 大渡河流域(图中粗黑色实线内部) 1979~2018年月平均降水量 图2. 大渡河流域1979~2018年季平均降水量 图3. 大渡河流域1979~2018年年平均降水量 3.1.2. 降水量月方差、季方差、年方差空间分布特征 图4是大渡河流域降水量1979~2018年月平均方差。从图中可以得出，10月、11月、12月三个月的月平均方差数值是最小的，在0.5以下，而且这三个月整个大渡河流域的月平均方差不存在空间变化，结合图1中月平均降水量的数值，我们可以得到：10月、11月、12月这三个月降水少而且均匀，整个流域降水量数值差异不大。1月、2月、3月、4月、5月、9月整体特征表现与10月、11月、12月一致，唯一的区别是方差值稍大一些，大概有0.5左右。6月在大渡河下游为一个方差大值小区域，数值达到了1，结合图1中6月此地降水数值为400 mm，说明：此地区6月份降水量适中，但降水不均匀集中。7月、8月方差大值区域相同，在北纬103˚~104˚，东经30˚~31˚ (石棉–雅安)这个小区域内，7月中心数值为2，8月为2.5，结合图1，此地也是降水量的小中心，说明：在7、8月份此地降水量大但降水不均匀集中。 图4. 大渡河流域降水量1979~2018年月平均方差 图5是大渡河流域降水量1979~2018年季平均方差。从图中可以得出，第一季度和第四季度的季平均方差数值是最小的，在0.5以下，而且两个季度整个大渡河流域的月平均方差不存在空间变化，结合图2中季平均降水量的数值，我们可以得到：第一季度和第四季度降水少而且均匀，整个大渡河流域降水量数值差异不大。第三季度有一个方差大值的带状区域和一个大值中心，该带状区域从北纬31˚，东经103.5˚向下到大渡河流域中游拐角处，中心数值为而1.25，而大值中心与该带状区域相连，在拐角处上方，中心数值为1。结合图2中第三季度降水数值，说明：此地降水较少而且不均匀集中。第二季度的季平均方差是最大的，在整个大渡河流域中游(雅安)有一片方差大值区域，其中有两个大值中心和一个小值中心，两个大值中心数值超过1.5，而小值中心数值为0.75。同时石棉一带仍旧有一中心数值为1的方差区域，而下游下方有一中心数值与上方两个大值中心不相上下的方差大值区域。这些大值、小值区域基本上都呈现菱形、三角形而非圆形。 图5. 大渡河流域降水量1979~2018年季平均方差 图6是大渡河流域降水量1979~2018年年平均方差。从图中可以得出，在整个大渡河流域中游(雅安)有一片方差大值区域，中心数值为0.75。同时拐角处仍旧有一中心数值为0.75的方差区域，而下游下方有一中心数值为0.625方差大值区域。这些大值、小值区域基本上都呈现菱形、三角形而非圆形。结合图3年平均降水量数值，我们发现：大渡河上游年平均降水数值小，方差小，即上游降水少而降水均匀集中；中游雅安地区(石棉到汉源一带)，年平均降水数值大，方差大，即中游降水多而不均匀集中；下游年平均降水数值适中，方差小，即下游降水适中而且降水均匀集中。 图6. 大渡河流域降水量1979~2018年年平均方差 3.1.3. 降水量月降水变率、季降水变率、年降水变率空间分布特征 降水平均值可以表征某地降水量的多少，降水方差可以表征某地降水均匀程度，降水变率是表征降水量变动程度的物理量。本文中采用方差除以平均值，来表征降水变量，分析多年来大渡河流域降水量的变化特征。 图7是大渡河流域1979~2018年平均月降水变率。从图中可以得出，在整个大渡河流域，多年月平均降水变率，在各个月份差距并不大，但是在大渡河流域中游的石棉到雅安这一带地区，月平均降水变率都要高于其他地区，尤其7~8月，该地区数值在0.0012以上，特别的，在8月这个地区有一个中心数值为0.002的高值中心和一个中心数值为0.0014的次高值中心。10月、11月、12月、1月、2月的降水变率很小，只有0.0002，结合图1中，月平均降水量数值，我们可以得出与图4中较为一致的结论，即1月、2月、10~11月降水量少但降水较为均匀、变动小。3月、4月的月平均降水变率的数值为0.01，上游、下游数值都高于中游地区，这说明在3月、4月整个大渡河降水量少而且降水不均匀集中。5月、9月整体上，大渡河流域月降水变率为0.006，5月在大渡河下游末端有一降水变率的高值中心，达到了0.01，而9月在雅安也存在一个中心值为0.0014的高值中心。6月的中心值为0.0018的高值中心是在大渡河流域末端南部甘洛县一带。 图7. 大渡河流域1979~2018年月平均降水变率 图8是大渡河流域1979~2018年季平均降水变率。从图中可以得出，在整个大渡河流域，多年季平均降水变率，在各个季度的特征不同。在第一季度，整个大渡河流域降水变率数值均匀且较小，为0.0005。结合图2中第一季度的降水量小，可以得出第一季度大渡河流域降水量少、降水均匀、降水变动程度小。这与图5中季平均方差的结论是一致的。第四季度整体降水变率数值在0.0005以上，同时在大渡河上游、中游分别有两个高值中心，上游为0.0006，中游可达到0.0007。这说明：第四季度大渡河流域各个地区降水集中程度是有差异的，这与图5中结论有所不同。第二季度在雅安地区、大渡河流域下游南部的甘洛县一带有中心值为0.0009的高值中心，并且在雅安地区这个高值中心的范围较大，说明此地降水很大且不均匀集中、降水变动程度大。同样地，第三季度在雅安地区也有一范围较大的高值中心，中心数值甚至达到了0.001以上，结合图2中该地降水数据，不难得出：该地降水较大且不均匀集中。 图8. 大渡河流域1979~2018年季平均降水变率 图9是大渡河流域1979~2018年年平均降水变率。从图中可以得出，在整个大渡河流域年降水变率的差异并不大，上游中游稍大一些，在中游石棉到雅安地区有一片年降水变率大值区域，中心数值达到为0.0004，在下游南部也有一中心数值0.00024的次极值中心，这两个大值区域呈现菱形、三角形而非圆形。结合图3、图6，我们发现：大渡河上游年平均降水数值小，年平均降水变率小，年方差小，即上游降水少而降水均匀集中、变动程度小；中游雅安地区(石棉到汉源一带)，年平均降水数值大，年平均降水变率大，年平均方差大，即下游降水多而不均匀集中、变动程度大；中游年平均降水数值适中，方差小，年平均降水率小，即中游降水适中而且降水均匀集中。 3.2. 大渡河流域降水的时间特征分析 3.2.1. 29.5˚N，102.25˚E处日降水变化 选取大渡河流域降水最多的地点，即29.5˚N，102.25˚E，石棉处，研究其一天之内降水量的变化，分析一天之内哪些时刻降水量更多一点。 图10是29.5˚N，102.25˚E处小时降水量的变化。从图中可以看出，小时降水量的数值在0.66~0.93 mm之间，从0点至5点，小时降水量一直在减少，5点达到一天中小时降水最小值0.66 mm，从5点至19点，小时降水整体上呈现增加趋势，分别在8点、16点、19点达到三个极大值点0.85 mm、0.86 mm、0.93 mm，且极大值对应数值也是递增的趋势。相应地，在10点和18点有两个极小值分别是0.77 mm和0.81 mm；从19点往后，小时降水量又呈现减少趋势。特别地，5点到6点、9点到10点，这两个小时内降水稳定，降水量几乎不变；而6点到7点，18点到19点，这两个小时内，降水都存在一个峭壁式的增加，从极小值直接增长至极大值。 图9. 大渡河流域1979~2018年年平均降水变率 图10. 29.5 ˚ N，102.25 ˚ E处小时降水量的变化 3.2.2. 降水长期变化趋势 通过对月降水量进行区域平均后线性拟合，求得时间序列，得到大渡河流域降水长期变化趋势。 图11是对大渡河流域区域平均以后的月降水量数据进行线性拟合所得到的，经过了置信水平0.05的检验。从图中可以看出，大渡河流域降水量整体而言，呈现下降趋势，由回归系数可以得出，大渡河流域降水减少幅度为−0.087/a。 图11. 1979~2018年月降水量的线性拟合 3.2.3. 降水的主要变化周期和演变规律 对月尺度的降水量进行功率谱分析，以此获得波动的主周期。如由月尺度降水量功率谱图(图12)可知，在置信区间内，频率0.021时所对应的方差最大且远大于其他功率对应的方差，因此月尺度降水量的波动具有明显的主频率即0.021，对应的周期为47.6个月。 图12. 月尺度降水量的功率谱 根据图12中功率谱获得的主周期47.6个月，对月降水量距平数据进行48个月的低通滤波(图13)，发现：低通滤波后，其振动周期没有明显的规律性，振幅也不大，不超过0.5，但是整体上呈现下降趋势。特别地，1987年12月、2006年12月位于波谷，代表该月为降水低值月，其中2006年12月的振幅达到了最大值0.5。 图13. 月尺度为48个月的低通滤波 根据功率谱获得的主周期来对月尺度降水量距平序列进行47~48个月的带通滤波(图14)，整个波动的振幅较小，距平值不超过1.2 × 10 −10 。其中，1980年1月、1984年1月，1987年1月为波谷，对应极小值是降水量的低值月，1983年8月、1985年8月、1989年8月为波峰，对应极大值是降水量的高值月。 图14. 月降水量47~48个月的带通滤波 对 ~2018年年降水量数值进行小波分析(图15)以后，并未发现有存在明显的周期变化。 3.2.4. 气候突变年份 为了研究 ~2018年，大渡河流域降水量是否稳定，或是否发生突变，本文使用Mann-Kendall检验法和滑动t检验法对大渡河流域月降水量进行非线性检验，结果如下： 月降水量的突变特征为：(图16)整体而言，月降水量呈现减少的趋势。 20世纪以前，UF曲线基本在0刻度线以上，整体月降水量趋势是增加的，但是增加的程度是有差异的，而其中1986~1990年却是在0刻度线以下，即呈现减少的趋势。20世纪以后，UF曲线完全在0刻度线以下，说明20世纪以来，大渡河流域月降水量一直在减少，且随着时间推移，减少的程度是越来越剧烈。UF曲线和UB曲线在0.05的水平置信区间只有一个交点，通过滑动t检验，可以确定突变发生在2002年。 图15. 1979~2018年年降水量的小波分析 图16. 1979~2018年的M-K突变检验