ABSTRACT

The paper reveals the law of space-time characteristic of precipitation in Kunming by analyzing the regional distribution, vertical variation, variation tendency, contours of multi-year average and so on. It indicates that the space-time distribution of precipitation of Kunming is uneven. In space, the precipitation has linear relation with elevation and decreases along with elevation decreasing. In time, the precipitation distribution is uneven in different seasons and concentrating; meanwhile, the annual precipitation has a non-significant decreasing tendency. The results and conclusions can provide reference and technical support for water resources planning and development as well as flood prevent and control.

Keywords:Kunming City, Participation, Regional Distribution, Vertical Variation, Variation within a Year and between Years

昆明市年降水量时空分布特征

李宝芬¹，和方昭²

¹云南省水文水资源局昆明分局，云南 昆明

²云南省水文水资源局大理分局，云南 大理

收稿日期：2016年3月2日；录用日期：2016年3月22日；发布日期：2016年3月30日

摘 要

本文通过对昆明市年降水量的地区分布、垂直变化以及年内、年际、丰枯变化、多年变化趋势的分析，采用数理统计方法，并结合克里金空间插值方法(计算模型)勾绘了多年平均降水量等值线图，揭示了昆明市年降水量时空变化特征。研究结果表明，昆明地区年降水量时空分布不均，空间分布上具有明显的地带性，表现为山区多于坝区，坝区多于河谷和湖滨地带，年降水量与高程的变化呈线性关系的特点；时间分布上年内变化具有干湿季节明显，季节分配不均，雨量集中程度高，干湿起止时间基本一致的特点，多年降水量呈现减少的趋势，但其减少的显著性不明显，同时丰水年与枯水年交替出现，具有明显的周期性等特征，该成果是昆明市水资源研究和综合规划的基础，可为研究昆明市水资源变化规律、开发利用、防汛抗旱减灾提供参考。

关键词 :昆明市，降水量，地区分布，垂直变化，年内年际变化

1. 引言

昆明市位于云贵高原中部，东经102˚10'~103˚41'，北纬24˚24'~26˚33'之间，其范围东与曲靖市的会泽、沾益、马龙、陆良县接壤，西与楚雄州禄丰、武定县及玉溪市易门县相连，南与红河州泸西、弥勒县及玉溪市江川、澄江、峨山、红塔区毗邻，北与四川省会理、会东县隔金沙江相望，东西最大横距151 km，南北纵距218 km，全市国土面积21,156 km²。

昆明市处于长江、珠江、红河分水岭地带，地势北高南低，由北向南呈阶梯状逐渐低缓，北部多山，南部较平坦。云岭山脉由西向东横亘伸延，乌蒙山系余脉由东向西延伸，北部有三台山、拱王山及梁王山，南部有滇池及阳宗海，以高原为主体，湖盆为特征，地貌复杂多样；以岩溶高原地貌形态为主，红色山原地貌次之。大部分地区海拔在1500~2800 m之间，最高处是金沙江边的雪岭，海拔4344.1 m；最低点为东川小江与金沙江汇口，海拔695 m，高差达3649.1 m。全市主要地貌类型为山地、盆地、丘陵和河谷，其中，丘陵、山地约占全市总面积的88%，盆地约占10%，湖泊水域约占2%，属典型的山地城市。

昆明市地处低纬度高海拔地区，属亚热带高原季风气候，气候温差较大，冬春控制本市的主要气流为西方干暖气团，天气晴朗少雨；夏秋主要受西南暖湿气流和东南暖湿气流控制，形成大量降水。因而冬夏半年控制本市的气团形式迥然不同，形成本市冬无严寒、夏无酷暑、四季如春、干湿分明的气候特点。全市常年风向以西南风偏多。

昆明市是云南省的省会，也是云南省乃至全国水资源严重短缺的城市之一，全市多年平均人均水资源量946 m³，滇池流域仅150 m³，已严重低于国际公认区域水资源量基本平衡的人均2500 m³下限，属于水资源极度紧缺地区。特别是在2009~2012年整个云南境内遭遇了百年一遇大旱，水资源不足形势更加严峻。水资源量的时空分布状况、变化规律与降水量有密切关系，年际、年内变化可用年降水量的时间系列来反映，故研究昆明市降水量的时空分布特征及变化规律，对掌握昆明市水资源状况及演变趋势具有重要意义。目前，对昆明市境内年降水量变化特征的研究，虽有部分研究成果，但由于前期站点不足、样本系列较短，且随着经济社会发展，人类活动影响加剧，“热岛效应”等因素影响，其成果已不能反映变化环境下的降水量时空分布变化特征。基于此，本文采用昆明市水文、气象、水利部门243个长系列雨量站点资料，考虑了环境变化因素，系统地分析了昆明境内年降水量时空分布特征，其成果可应用于昆明市水资源变化规律研究、开发利用、综合规划、防汛抗旱等方面，对掌握昆明市水资源分布状况及演变特征具有较强的参考价值。

2. 资料选用与分析方法

2.1. 资料选用

通过对昆明市辖区内水文、气象、水利部门雨量观测站点资料的必选分析，选取面上分布均匀、资料连续性较好、站址稳定，且能反映地形变化的243个站点(含邻近州市水文部门站点49站)共计6462站年的实测年降水资料作为本次年降水量分析的依据，其中资料系列长度大于50年的有71站次，是本次分析的主要站点，最长系列长度为1942~2012年共计71年。各流域选用雨量站情况见表1。

2.2. 分析方法

以研究区范围内及周边243个雨量站点的多年平均降水量为依据，考虑不同流域内降水量随高程的变化关系，以山脊线、河流及流域线为降水量空间差值的障碍线，通过降水–高程关系估算障碍线的年降水量，以约束条件下的克里金空间插值方法为计算模型，计算昆明市多年平均年降水量分布的栅格数据，以此为基础生成昆明市多年平均降水量等值线图，分析昆明市年降水量空间分布规律。

选取研究区内71个长系列(含1956~2012年资料系列)站点，采用数理统计方法分别计算最大、最小年降水量极值比、干湿季降水量、年降水量变差系数Cv值，进行长系列资料频率分析，绘制年降水量差积曲线，对昆明市年降水量的时间分布进行研究；采用趋势法对年降水量、干湿季降水量多年变化趋势进行分析研究，具体表现形式为Δp_i = a + bn_i；式中：ΔP_i为第i年的距平；n_i为第i年的序号；a，b为回归方程的截距和斜率。根据斜率的正负可以得知n年内降水量增加还是减小的趋势。

3. 降水量时空分布特征

降水量是气象要素之一，是自然界水循环过程中最活跃的因子，降水量时空分布，将直接影响河川径流的变化情势。

3.1. 降水量的空间分布

3.1.1. 地区分布

昆明市各地1956~2012年多年平均降水量在500~2000 mm之间变化，全市平均年降水量为962.0 mm，折合降水总量为203.5亿m³。

昆明市地处云南腹地，兼有东亚和南亚两种季风气候特点，昆明市降水量由于受地形变化和东南、西南季风影响，在地区分布有明显的地带性。分布特点是：位于中部自北向南隆起的地带多，并由北向南、向东、向西呈递减趋势，其中以昆明市北部的普渡河与小江分水岭的雪岭、马鬃岭、轿子山一带(拱王山)最多；金沙江河谷和普渡河下段、小江下段最少。普遍是山区多于坝区，坝区多于河谷和湖滨地带，随着地形变化呈交错高低相间分布。在水平地带性分布的基础上，受地形、高程的影响，垂直变化也十分明显。实测年降水量最多的是拱王山迎风坡(西坡)的炭山站2010年降水量达2018.5 mm，多年均值为1649.6 mm；最少为普渡河下段尼格站

表1. 昆明市降水量分析选用站点基本情况表

2009年降水量385.5 mm，多年均值为658.9 mm，极值比分别为5.2和2.5，两站直线距离仅22 km，高差达1497 m。

按多年平均降水量的多少划分，全市有三个多雨区和四个少雨区：多雨区年降水量1200 mm以上，一是位于北部中间隆起地带的拱王山，倘甸工业园区与东川区交界地带，分布广、连片、集中，年降水量为1200~2000 mm；二是中东部的梁王山，普渡河、牛栏江和小江的分水岭一带，年降水量为1200 mm以上；三是位于滇池左岸梁王山，滇池流域与南盘江分水岭一带，范围小，年降水量在1200 mm左右。四个少雨区，分别为北部沿金沙江、普渡河、小江河谷地带，年降水量在500~800 mm，以及滇池左岸呈贡县城一带、安宁市境内鸣矣河中下游的河谷地带、石林境内甸溪河一带，年降水量为700~800 mm左右。年降水量800~1200 mm之间的为中雨区，分布地区介于多雨区与少雨区之间的广大地区。

3.1.2. 垂直变化

以上雨区划分是比较概括的，仅反映了昆明市年降水量的大尺度的分布趋势，实际上在昆明市山区“一山分四季，十里不同天”的现象很普遍，就一座山体有几个雨区的实例也不少见。通过分析年降水量与高程的关系(图1)表明，在山区一个较小的范围内，年降水量随高程上升呈增多的趋势，年降水量与高程的变化呈线性关系 [1] ，不同区域变化规律可用线性关系式表达，具体为：

I线：东北部拱王山，P = 0.3011H + 178.8，r = 0.99

II线：中东部梁王山的西部，P = 0.2491H + 411.57，r = 0.95

III线：中东部梁王山的北部，P = 0.373H + 248.34，r = 0.96

IV线：南盘江与牛栏江分水岭老爷山–五龙山，P = 0.3331H + 388.22，r = 0.89

不同的山区年降水量每100 m递增率差异是很大的，I、II、III、IV线每100 m递增率分别为30.1 mm、24.9 mm、37.3 mm、33.3 mm。

最大年降水量高度，因本市山区雨量观测资料时间较短，且测站海拔高程大多在3000 m以下，仅东川区落雪站海拔高程3227.7 m，是昆明市雨量监测最高的测站。在目前资料条件下，很难确定昆明市山区的最大降水量高度带，云南省仅白马雪山背风坡(东坡)有一个最大降水高度带，在海拔3700~3800 m之间，比喜马拉雅山南坡的最大降水高度带高 [2] 。

降水量的分布除与地形变化有关外，还与坡向有密切关系 [3] ，对同一高程而言，迎风坡对气流的抬升作用凝云致雨和背风坡气流下沉绝热增温使得迎风坡多雨背风坡少雨。如位于滇池左岸的梁王山(图2)，迎风坡与背

图1. 昆明市境内年降水量与高程关系图

图2. 梁王山(滇池)年降水量与高程的关系

风坡年降水量有明显的差异，其中山脚降水量差别最大，随高程的增加其差值逐渐减小，到山顶时降水量相同；其在山脚迎风坡比背风坡年降水量偏多15.6%。

3.2. 降水量的时间分布

3.2.1. 年降水量年内变化特征

昆明由于受低纬度、高海拔的地理条件及季风气候影响，使其降水量年内变化多为单峰型，具有干湿季节明显，季节分配不均，雨量集中程度高，干湿起止时间基本一致的特点。

从各代表雨量站多年平均年内分配过程(见图3)来看，月分配类型一致，均为单峰型。全市年降水量主要集中在汛期(5~10月)，一般占全年的85%~90%，枯期(11~4月)一般占10%~15%；多年平均连续最大4个月起止时间一致，均为6~9月，占全年的67%~72%；最大月降水量大部分地区均出现在7月或8月，少部分地区出现在6月(如小江新村站出现在6月)，占19.4%~22.0%；最小月降水量出现在12月、2月或1月，仅占0.8%~1.8%。

从各代表雨量站多年平均四季降水分配情况看，春季雨量最少，仅占全年的3.8%~5.8%；夏季占全年的27.8%~35.0%；秋季雨量最多，占45.4%~54.2%；冬季占12.8%~14.4%。降水量季节分配极为不均，是昆明冬春、夏初极易出现干旱、夏秋出现洪涝的主要原因，尤其是春季和夏初(3~5月)农业生产需求最大时，降水量最少，使得水资源严重短缺，且春旱和春夏初连旱特别重，甚至出现冬春夏三季连旱，严重影响农业生产，也直接造成农村人畜饮水困难、城市干旱缺水。

3.2.2. 年降水量多年变化趋势

根据长系列代表站年降水量趋势分析可知，昆明境内大部分地区，多年来降水量呈现减少的趋势，但其减少的显著性不明显，见图4、图5。而在个别河谷地区表现出增加的趋势(图6)，如位于小江河谷地区的新村站，该站自1955年就观测有降水量，由于该站处于干热河谷地区，其雨季开始迟，晴朗炎热干燥，降雨少，多年平均降水量为714.9 mm，属于昆明少雨区，从其历年资料分析在2009~2012年发生的百年一遇大旱对其影响不大，仅比多年平均小98.2 mm，究其原因可能是由于该地区所处的自然地理环境受大气环流异常等影响较其它地区小所致。

从代表站干、湿季降水量变化趋势分析看，干季降水量增减趋势不明显，湿季降水量呈减少趋势，其减少

图3. 昆明市代表雨量站降水量月分配过程

图4. 昆明站降水量多年变化趋势图

图5. 大板桥站降水量多年变化趋势图

图6. 新村站降水量多年变化趋势图

程度比年降水量更为显著，说明引起降水量减少原因为湿季降水量减小造成。如位于昆明主城东部的大板桥站，年降水量减少趋势斜率为−1.44，而湿季降水量减少斜率为−3.20，湿季降水量减少趋势明显大于年降水量减少趋势。

3.2.3. 年降水量年际变化特征

1) 极值比。根据昆明市各代表站实测降水资料分析，最大年降水量与最小年降水量差值在545.4~955 mm之间，最大与最小比值1.9~3.2倍；各站最大年降水量是多年平均降水量的1.3~1.6倍，最小年降水量是多年平均降水量的0.47~0.71倍。境内大部分雨量站降水量年际变化不大，其中变化较大的是境内的干旱地区，变化较小的是多雨地区。

2) 变差系数。常采用年降水量变差系数Cv值来表示年降水量的年际变化，Cv值大表示年际间的变化大，反之则小。全市雨量站点的变差系数Cv值在0.15~0.23之间，较全省年降水量年际变化(Cv值0.10~0.25) [2] 稳定。一般规律是年降水量多的山区，变差系数Cv值小；年降水量少的坝区、河谷区，变差系数Cv值大，并随年降水量的增加而减小。

3) 丰枯变化分析。昆明市年降水量丰枯变化主要受大气环流影响，丰水年与枯水年交替出现，具有明显的周期性。根据代表雨量站1956~2012年长系列年降水量差积曲线(图略)统计分析，降水量年际间的丰枯变化具有一定的周期，一般站均有两个完整的周期，周期长度在16~36a之间，每一个周期均包括丰、平、枯三个时段，其丰枯变幅不大。从各代表站模比差积曲线(图略)还可以看出，降水系列年际变化大趋势基本相同，丰枯变化基本对应，但又有其各自的小周期，这与地形和小气候影响有关。

4) 连丰、连枯出现次数及年数。按照丰水年，相应频率P < 37. 5%；枯水年，相应频率P > 62.5%判别丰水年和枯水年 [4] ，统计连续丰水或枯水的年数，计算连丰、连枯年份的平均年降水量及其与多年平均降水量的比值K_丰和K_枯(其中为多年平均年降水量；P_i为某一年降水量；δ为均方差统计分析)，结果见表2。从表中可得连枯年数为2~4年，连丰年数为2~5年，K_枯为0.70~0.89，K_丰为1.11~1.34，持续出现丰水年的次数明显多于持续枯水年的次数，如昆明站出现连丰年6次，最长年3年，连枯年3次，最长年4年。虽然连丰年出现次数多于连枯年，但连枯年数多于连丰年数，大部分连枯持续时间长于连丰年。

4. 结论

从上述分析可知，昆明市境内易发生山洪灾害的高山地区降水量多，水资源短缺的坝区、湖滨、河谷降水

表2. 昆明市代表雨量站连丰连枯段频次统计表

量少，建议在雨量充足的山区多建设小型蓄水工程，并实施南水北调小工程，在消减山洪暴发的同时实现水资源的充分利用与有效开发；市境内高山雨量监测站点少，为利于流域内各种水文水利计算和更好地做好山区防洪预测报工作，建议在保持原有雨量站点的基础上，考虑站点分布的均匀性，适当增设中、高海拔自动雨量监测站点。

本文分析研究了境内年降水量的地区分布、垂直变化以及年内、年际、丰枯变化、多年变化趋势等特征，而对时段暴雨时空分布特征、降水呈减少趋势的成因以及对未来的影响待进一步研究。

文章引用

李宝芬,和方昭. 昆明市年降水量时空分布特征
Time-Space Distribution Features of Annual Precipitation in Kunming[J]. 水资源研究, 2016, 05(02): 182-189. http://dx.doi.org/10.12677/JWRR.2016.52024

参考文献 (References)