魏光輝

(新疆塔里木河流域管理局， 新疆 庫爾勒 841000)

新疆降水資源變化特征分析

魏光輝

(新疆塔里木河流域管理局， 新疆 庫爾勒 841000)

新疆降水資源空間差異較大且種植結構迥異，細致分析降水資源的變化規(guī)律和分布特征，可為新疆地區(qū)合理利用降水資源、調節(jié)種植結構、適應氣候變化提供科學參考。本文利用新疆41個氣象站點1961—2010年逐日降水資料，以1981年為時間節(jié)點，將過去50年分為1961—1980年和1981—2010年兩個時段，系統(tǒng)分析了研究區(qū)小雨、中雨、大雨及暴雨各等級降水量和降水日數(shù)在全年降水量和降水日數(shù)中的比例，以及降水在一年四季中的分配特征。所得結論可為明確研究區(qū)降水資源變化及種植結構和作物布局調整提供參考。

新疆； 降水； 變化； 特征

近100年來，全球氣候以變暖為主要特征。IPCC第5次評估報告表明：1880—2012年全球平均地表溫度升高了0.85℃(0.65～1.06℃)，1951—2012年全球平均地表溫度的升溫速率是1880年以來升溫速率的兩倍[1]，北半球中緯度陸地平均降水自1951年以來有所增加，全球強降水事件頻率增多、強度增強。降水資源時間和空間變異性增加，會導致干旱和洪澇等氣象災害發(fā)生風險增加，給中國農業(yè)特別是雨養(yǎng)農業(yè)帶來直接影響[2-4]。目前研究多著重分析全年降水總量平均狀況，而降水的季節(jié)分配特征及作物各生育階段不同強度降水量的多寡，直接影響作物對降水的利用程度及作物生長發(fā)育和產量形成，因此，有必要細致分析各季節(jié)及不同強度降水的變化，為評估降水有效性及作物水分利用提供基礎。

傳統(tǒng)對降水變化特征研究，多集中在全國或各省、區(qū)降水量、降水日數(shù)、降水強度和極端降水等時空分布特征分析[5]，然而，對干旱區(qū)各季節(jié)不同等級降水量、降水日數(shù)及其降水貢獻率和降水頻率等方面的研究較為缺乏，尤其針對不同等級降水對年降水量貢獻率分析更為鮮見。本文以1980年為時間節(jié)點，將過去50年分為兩個時段(1961—1980年為時段Ⅰ，1981—2010年為時段Ⅱ)，系統(tǒng)分析研究區(qū)年、季尺度及不同強度等級降水量、降水日數(shù)的時間演變和空間分布特征，進而明確不同等級中不同季節(jié)內降水量貢獻率和降水日數(shù)頻率的變化特征，為研究區(qū)域未來適應氣候變化合理利用降水資源提供科學參考。

1 材 料

1.1 數(shù)據來源

氣象數(shù)據來源于中國氣象科學數(shù)據共享服務網，包括新疆41個氣象站點1961—2010年逐日降水資料。

1.2 干濕區(qū)劃分

進行農業(yè)氣候分析時，氣候要素的多年平均值僅能反映50%的可能性，采用80%保證率下的結論更準確，因此，本文以80%保證率下的年降水量數(shù)據作為干濕區(qū)劃分的基礎數(shù)據。按照經典的經驗頻率法將多年降水量數(shù)值進行降序排列后，依次計算近50年降水量對應的保證率，計算公式如下：

(1)

式中P——保證率，%；

n——樣本序列數(shù)，即年數(shù)；

m——新排列序列中的序號，由1到n。

降水數(shù)值為降序排列中第80個百分位對應的降水量，數(shù)值為排序后m=40(P=78.40%)和m=41(P=80.40%)對應降水量值的線性插值。

以年降水量不大于200mm為干旱區(qū)，大于200～400mm為半干旱區(qū)，大于400～800mm為半濕潤區(qū)[6]。

1.3 降水等級標準

依據中國氣象局降水等級標準，日降水量不小于0.1～10mm為小雨，日降水量不小于10～25mm為中雨，不小于25～50mm為大雨，不小于50mm為暴雨。

1.4 降水頻率與貢獻率

研究區(qū)域內各站點逐年降水日數(shù)和降水量分4個降水等級進行分類匯總；各等級降水日數(shù)占年降水日數(shù)百分比，為各等級降水頻率，而各等級降水量占年降水量百分比，為各等級降水貢獻率。以同樣方法計算各季節(jié)的降水頻率和貢獻率。

2 成果分析

新疆近50年年降水量為15～509mm，平均為141mm，過去50年呈增加趨勢，平均每10年增加5.60mm，且有34%的站點通過顯著性檢驗；研究區(qū)年降水日數(shù)在13～141d，平均為54d，總體呈增加趨勢，每10年增加0.90d，有67%的站點通過顯著性檢驗。新疆降水空間分布差異明顯，高值地帶主要在新疆北部，即北疆天山山脈，而新疆的塔里木盆地為嚴重少雨區(qū)，降水量低于40mm，年降水日數(shù)在20d以下。

2.1 不同等級降水特征分析

新疆各研究時段內不同等級降水分配見表1，1981—2010年各等級降水量和降水日數(shù)指標均高于1961—1980年，尤其是小雨、中雨降水量和降水日數(shù)增加幅度最大；小雨和中雨降水量呈升高趨勢，且均達極顯著水平(P<0.01)。全年94%以上的降水量為小雨和中雨貢獻。全年小雨的雨量為13～294mm，過去50年內小雨量呈極顯著增加趨勢(P<0.01)；全年小雨日數(shù)為12～127d；過去50年小雨降水日數(shù)呈增加趨勢。全年中雨量為2～187mm，過去50年中雨量也是呈顯著增加趨勢(P<0.01)；全年中雨日數(shù)為1～13d；干旱區(qū)內大雨、暴雨事件少見，過去50年僅有5%的站點平均大雨和暴雨日數(shù)在1d以上，其他地區(qū)極少有大到暴雨事件出現(xiàn)。

各等級降水空間分布格局與降水總量分布近似，降水量和降水日數(shù)的高值區(qū)位于北疆天山山脈及其以北地區(qū)；而低值區(qū)均位于北疆吐魯番盆地、南疆塔里木盆地南部的沙漠地區(qū)，極小值中心在新疆吐魯番。

表1 不同時段各等級和各季節(jié)降水分布及其氣候傾向率

注 依據中國氣象局降水等級標準規(guī)定，日降水量不小于0.1～10mm為小雨，日降水量不小于10～25mm為中雨，日降水量不小于25～50mm為大雨，日降水量不小于50mm為暴雨；季節(jié)劃分：3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季，12月—翌年2月為冬季。*為通過顯著性檢驗，**為通過極顯著性檢驗。鑒于新疆大雨、暴雨事件較少，多年平均后的數(shù)據小于其量級標準，故該指標列出該區(qū)域多年來大雨、暴雨雨量及雨日的極值范圍。

2.2 各季節(jié)降水特征分析

由表1可見，與1961—1980年相比，1981年之后(時段Ⅱ)各季節(jié)降水均有增加，尤以冬季雨日、雨量增加趨勢最明顯。其中，春季降水量為2～148mm；降水日數(shù)在2～40d，高值區(qū)降水量在60mm以上，降水日數(shù)在25d以上，主要在新疆西北部的昭蘇。夏季降水量為7～273mm，降水日數(shù)在7～60d。秋季降水量為1～91mm，降水日數(shù)在1～28d；極大值中心出現(xiàn)在新疆昭蘇，極小值均位于新疆吐魯番和新疆且末、若羌。冬季降水量為0～60mm；降水日數(shù)在7～60d，均有極顯著增加趨勢(P<0.01)；極大值中心出現(xiàn)在伊寧和塔城，2個極小值中心位于新疆七角井、鐵干里克。

2.3 不同等級降水量貢獻率和頻率的比較

結合表2、表3可以看出，干旱區(qū)小雨量在當?shù)啬杲邓恐兴急壤畲?，貢獻率達70%以上，干旱區(qū)春雨貢獻率明顯高于全區(qū)平均水平，且春季降水頻率呈顯著增加趨勢(P<0.05)。夏季降水量在全年中所占的比率明顯低于全區(qū)域平均值。冬季降水量貢獻率和頻率最大，且貢獻率有顯著增加的趨勢(P<0.01)。

表2 不同等級降水量貢獻率及降水日數(shù)頻率

注 +和++分別表示該指標的氣候傾向率經檢驗呈顯著增加趨勢(P<0.05)和極顯著增加趨勢(P<0.01)；-和--表示該指標的氣候傾向率經檢驗呈顯著減少趨勢(P<0.05)和極顯著減少趨勢(P<0.01)。表3中同。

表3 不同季節(jié)降水量貢獻率及降水日數(shù)頻率

3 結 語

a.新疆年降水量顯著增加，時段Ⅱ內各項降水指標均高于時段Ⅰ，尤其是小雨、中雨等級。季節(jié)變化中，尤以冬季降水量最明顯。近50年來小雨和中雨雨量占年降水量的94%，強降水主要分布于研究區(qū)北部，即北疆天山山脈，低值區(qū)位于新疆的盆地、沙漠地區(qū)。

b.新疆近50年不同等級降水分配比例變化顯著，小雨頻率和貢獻率均下降，而中雨頻率和貢獻率升高顯著。春冬兩季降水量的貢獻率上升，夏季降水頻率下降。夏秋兩季降水貢獻率和頻率變動大，若因極端降水引起，將對各地區(qū)農作物生長產生不利影響。fffffd

[1] 丁一匯，任國玉，石廣玉.氣候變化國家評估報告(I)：中國氣候變化的歷史和未來趨勢[J].氣候變化研究進展，2006，2(1)：3-8.

[2] 王春乙，婁秀榮，王建林.中國農業(yè)氣象災害對作物產量的影響[J].自然災害學報，2007，16(5)：37-43.

[3] 黃榮輝，杜振彩.全球變暖背景下中國旱澇氣候災害的演變特征及趨勢[J].自然雜志，2010，32(4)：187-195.

[4] 鄒旭凱，張強.近半個世紀中國干旱變化的初步研究[J].應用氣象學報，2008(6)：679-686.

[5] 任國玉，陳峪.綜合極端氣候指數(shù)的定義和趨勢分析[J].氣候與環(huán)境研究，2010，15(4)：354-364.

[6] 王延祿.我國建立、引用和驗證氣象干旱指標綜述[J].干旱區(qū)地理，1990(13)：80-86.

[7] 趙國學,徐麗.建平地區(qū)近60年大氣降水資源變化特征[J].中國水能及電氣化,2014(7):67-70.

Analysis on characteristics of precipitation resources change in Xinjiang

WEI Guanghui

(Xinjiang Tarim River Basin Administration, Korla 841000, China)

Xinjiang is characterized by larger spatial difference of precipitation resources and different planting structures. Detailed analysis on variation rules and distribution characteristics of precipitation resources can provide scientific reference for rationally utilizing of precipitation resources, adjusting planting structure and adapting to climate change in Xinjiang. In the paper, daily precipitation data of 41 weather stations in Xinjiang from 1961 to 2010 are utilized. 1981 is regarded as time node. The past 50 years can be divided into two stages of 1961—1980 and 1981—2010. The proportion of precipitation and rainy duration in annual precipitation and rainy duration at different levels of light rain, moderate rain, heavy rain and rainstorm is analyzed systematically. The distribution features of precipitation in four seasons of the whole year are also analyzed. The conclusion can provide reference for making clear precipitation resources change and planting structure in the study area and adjust crop distribution.

Xinjiang; precipitation; change; characteristics

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2016.06.002

TV213.9

A

2096- 0131(2016)06- 0005- 03