蔣慧敏 劉春云 賈健

摘 要：利用烏魯木齊5個測站1961—2012年逐月和2013年1—3月降水量資料，運用氣候傾向率、變異系數(shù)等方法分析了不同相態(tài)各等級降水量的氣候特征、變化趨勢和變異場特征。結(jié)果表明：小雨、中雨接近暖季年降水總量分布，其它量級則相反，而冷季除小雪，其它級別與冷季降水分布相同或接近;各等級降水均呈增加趨勢，其中暖季大雨達顯著水平，而冷季除大暴雪外其它級別均顯著增長;量級越高降水變異系數(shù)越大，冷季比暖季降水分布更加不均勻;暖冷季分別在1985年和1989年前后發(fā)生了顯著突變，主要是由暴雨和暴雪的增加而導(dǎo)致的;除大暴雪外，其它量級降水的增加導(dǎo)致了降水偏豐年，而降水偏少年的各等級降水均減少。

關(guān)鍵詞：降水量;不同相態(tài);時空分布;烏魯木齊

中圖分類號：S164 ? ? ? 文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200515039

引言

近年來，隨著全球氣候變暖趨勢日益加劇，降水時空分布變化的不均勻性變得更加顯著，全球很多地方的極端降水和年降水量的變化趨勢出現(xiàn)了明顯的差異性[1，2]，兩者有的甚至出現(xiàn)反相態(tài)變化。國內(nèi)很多學(xué)者也對不同地區(qū)各量級降水特征進行了分析，研究表明，全國很多地方的大量級降水呈現(xiàn)增加趨勢，而小量級降水呈減少趨勢[3-6]。高濤等[7]通過分析我國的極端降水發(fā)現(xiàn)，無論是強度還是頻次均呈增加趨勢，但是有較強的地域差異。事實上，不同等級降水量及降水日數(shù)的多少直接決定著旱澇災(zāi)害的發(fā)生與否。徐新創(chuàng)等[8]對我國近60a的各強度降水變化特征進行研究發(fā)現(xiàn)，弱降水增加明顯，而強降水變化較為平緩。寧亮[9]發(fā)現(xiàn)西北地區(qū)的日降水量和極端降水量都具有顯著增加的趨勢。而劉惠云、成鵬[10，11]等對烏魯木齊降水研究發(fā)現(xiàn)，年降水量總體呈增加趨勢，但是由哪級降水造成的并未涉及。因此，針對烏魯木齊地區(qū)不同相態(tài)不同等級降水的氣候特征及變化規(guī)律進行研究是十分有意義的，研究結(jié)果將為該地區(qū)的旱澇災(zāi)害的防御及人工增雨（雪）工作提供理論依據(jù)。

1 資料選取和方法介紹

本文所采用的資料為1961—2013年烏魯木齊市5個測站逐日降水?dāng)?shù)據(jù)。按照現(xiàn)行新疆氣象24h降水量等級的評定標準（表1）[12]，對不同相態(tài)各等級降水的變化趨勢進行分析。參照辛瑜[13]和毛煒嶧[14]綜合考慮將11月—次年3月定義為冷季，以降雪量級統(tǒng)計。利用的方法主要有線性趨勢分析、Mann-Kendall檢驗方法等，文中涉及到變化趨勢的顯著性檢驗均為F統(tǒng)計檢驗方法。

2 結(jié)果分析

2.1 不同相態(tài)各級別降水量的空間分布

圖1中分別給出了烏魯木齊地區(qū)冷暖季多年平均的年降水量的空間分布圖，從圖1a中可以看出，暖季年平均降水量呈西南向東北遞減，位于中山帶的小渠子年降水量能夠達到460mm以上，而位于烏魯木齊東部的達坂城只有70mm左右，表現(xiàn)出較大的地域差異。從暖季各等級降水貢獻率來看，小雨貢獻率最大值出現(xiàn)在烏魯木齊的高山帶，達到70%以上，最低值出現(xiàn)在城區(qū)和北郊，低于40%;中雨和小雨的貢獻率分布十分接近，高低中心基本一致（圖1c）;大雨、暴雨和大暴雨貢獻率分布基本和暖季年平均降水總量分布呈現(xiàn)相反形式，從東北向西南遞減，其城區(qū)大雨最高達到30%，而大西溝只有5%（圖1e），暴雨和大暴雨的比例各站差別較小，其中暴雨比例1%（大西溝）～15%（城區(qū)）（圖略）。冷季與暖季分布相比，無論從空間分布還是量級上均存在著較大差異，冷季的降水分布整體上是自西北向東南方向遞減（圖1b），出現(xiàn)降雪較少的區(qū)域仍位于達坂城區(qū)，這與暖季降水較少區(qū)域一致，降雪的大值區(qū)位于烏魯木齊城區(qū)，也僅達到71mm，與暖季降水明顯相差較大。從等級分布貢獻率來分析，小雪貢獻率分布與冷季年降水量呈反向位分布，最小值出現(xiàn)在城區(qū)和北郊，達到35%左右，而最大值則達到74.8%，出現(xiàn)在達坂城區(qū)（圖1d）;中雪貢獻率分布全區(qū)較為接近，比例在19%（大西溝）～28%（城區(qū)）;大雪、暴雪以及大暴雪的貢獻率分布與冷季年平均降雪量的分布較為一致，呈現(xiàn)西北向東南方向遞減，達坂城區(qū)沒有出現(xiàn)過大雪以上量級降水，所以貢獻率為0，為全區(qū)最低，大雪的貢獻率最大為北郊的米東區(qū)（圖1f），暴雪以上量級的貢獻率最多地區(qū)位于城區(qū)，分別達到10.1%和0.8%（圖略）。

2.2 不同相態(tài)各級別降水的變化趨勢的空間分布

采用回歸分析方法分析了烏魯木齊地區(qū)5站各等級降水事件平均降水量的時間變化（表2）。從表2中可以看出，全區(qū)各等級降水量均呈上升趨勢，其中，大雨等級達到了0.05以上的顯著性水平，達到22.91mm/10a的增加;冬季除了暴雪增加的趨勢不顯著外，其余均達0.05以上顯著性水平，其中大雪增加最多（11.08mm/10a）。具體表現(xiàn)為：小雨的變化趨勢各區(qū)不一致外，均表現(xiàn)不顯著，烏魯木齊和米泉為減少的趨勢，其余均為增加，中雨和大雨的增加趨勢各地表現(xiàn)的較為統(tǒng)一，中雨顯著增加主要分布在高山帶的大西溝，而大雨則主要為烏魯木齊和達坂城區(qū);除達坂城區(qū)沒有出現(xiàn)過大雪外，其它地區(qū)大雪量級均呈極其顯著的增加趨勢，冬季的小雪量級各地均呈增加趨勢，其中達坂城和大西溝達到了顯著性水平。中雨、大雨和暴雨在達坂城區(qū)表現(xiàn)為下降趨勢，在烏魯木齊則表現(xiàn)為顯著增加趨勢，其余表現(xiàn)為增加趨勢較弱，暴雪天氣顯著增加僅僅發(fā)生在烏魯木齊，其它各區(qū)增加不明顯或未出現(xiàn)。大暴雨和大暴雪出現(xiàn)的范圍較小，而且各區(qū)的增加或減少的趨勢均表現(xiàn)不明顯。

2.3 不同相態(tài)各等級降水量的變異場分析

變差系數(shù)用降水量的標準差與多年平均降水量的比值來表示，可以較大程度上反映出降水的偏差性和異常性。表3給出了烏魯木齊地區(qū)降水量的變差系數(shù)的空間分布情況，從小雨的變異系數(shù)分布來看，各區(qū)的差別較小，說明小雨的空間分布較均勻，年際變化不大;從暖季其它等級降雨的變異系數(shù)空間分布來看，除米泉和大西溝沒有出現(xiàn)過暴雨以外，其它各區(qū)變異系數(shù)均呈遞增趨勢，其中小渠子站在各等級中最小，而達坂城為最大，說明除小雨外其它降水均隨著年際變化發(fā)生波動，而且量級越大分布越不均勻，穩(wěn)定性下降明顯。從冷季各等級降雪量分布來看，與暖季降雨表現(xiàn)出相似特性，量級越高的降雪變異系數(shù)越大，小雪和中雪變異系數(shù)達坂城區(qū)數(shù)值明顯比其它地區(qū)偏大;大雪最大值主要位于高山帶，暴雪主要分布在中山帶，達坂城和大西溝均無暴雪出現(xiàn)，大暴雪的分布進一步減小，只在城區(qū)和米泉發(fā)生，而且變異系數(shù)也達到了7.0以上。從以上可以看出，冷季降水無論是從空間上還是時間上均比暖季降水分布更加不均勻，大量級以上的降雪比降雨發(fā)生對同地區(qū)更具有不確定性，而暴雪量級米東區(qū)要比其它地區(qū)更具有穩(wěn)定性。

2.4 烏魯木齊地區(qū)降水量突變特征分析

2.4.1 冷暖季年降水量的突變檢驗

通過Mann-Kendal法對近52a烏魯木齊地區(qū)冷暖兩季降水量時間序列進行突變檢測。圖2a中的UF和UB曲線于1981—1985年顯著性水平a=0.05的臨界線內(nèi)有多個交點，說明在1985年以前暖季降水呈波動變化，并且有幾個轉(zhuǎn)折點，但并不明顯，1985年后暖季降水呈增加趨勢，并在1999年后超出了臨界線。因此，烏魯木齊地區(qū)暖季降水在1985年發(fā)生突變，并在1999年以后增加顯著。

由圖2b可知，UF和UB曲線基本上都是在顯著性水平a=0.05的臨界線內(nèi)在1989年有一個交點，并且在1990年后超出了臨界線，表明烏魯木齊地區(qū)冷季降水量在1990年后顯著增加，1989年是近52a烏魯木齊地區(qū)冷季氣候增濕的突變點。從冷暖季降水比較來看，暖季降水比冷季的降水突變出現(xiàn)時間較早，但是顯著增加的年份卻是冷季比暖季提前了16a。

2.4.2 各等級降水量與降水量突變的相關(guān)性分析

從突變分析中可以得出，暖、冷兩季降水總量分別在1985年和1989年進行突變，因此選取這2個年份作為節(jié)點，分別計算降水總量突變前后各等級降水和降水總量的相關(guān)性分析，從而確定是哪個等級降水導(dǎo)致了降水總量的突變。從表中可以看出，暖季降水量在突變發(fā)生之前，主要是大雨、暴雨和降水總量的相關(guān)性較好，小雨、大暴雨對降水總量的相關(guān)性較差;而突變時間以后，各個等級降水和降水總量的相關(guān)性均有所增加，但是暴雨對降水總量的相關(guān)性明顯增大。因此可以得出，在突變后降水量的顯著增加主要是暴雨量的增加而導(dǎo)致的。冷季降水的相關(guān)性變化與暖季表現(xiàn)出相似的變化特征，突變后也是暴雪對降水總量的相關(guān)性大幅增加，但是突變前，小雪和中雪對降水總量的相關(guān)性明顯較好。

2.5 異常降水年份不同相態(tài)各級別降水量的空間分布差異性研究 ?為了分析烏魯木齊地區(qū)不同年份降水情況，將1961—2013年烏魯木齊地區(qū)冷暖季平均年降水量作標準化處理，將距平△S達到1倍標準差（σ）的事件稱為異常事件，△S>σ定義為降水偏豐年，△S<-σ定義為降水偏少年，表5給出52a來烏魯木齊地區(qū)降水活動情況。

表6給出了52a各等級降水年平均量在異常年份的差異情況。從表中可以看出，除了大暴雪偏少外，其它等級降水量的增多導(dǎo)致了降水偏豐年，而對于降水偏少年，各個等級的降水均出現(xiàn)不同程度的減少。從各個等級的年降水量分析，除大暴雪外其它量級均為降水偏豐年明顯大于降水偏少年;暖季降水偏豐年，大暴雨偏多2倍，暴雨次之，大雨較少，而從冷季偏豐年分析，暴雪最多，其次大雪，中雪最少，未出現(xiàn)大暴雪;在暖季降水偏少年，未出現(xiàn)過大暴雨，小雨偏少不到10%，其它等級偏少20%～50%，而冷季偏少年偏少幅度更加明顯，除小雪外，均達到了40%以上。降水過程的強度及頻數(shù)與旱澇關(guān)系密切，暖季中小雨年降水量雖然最多，但年分布的頻次較均勻，所以對總降水量多寡的貢獻并不高;大暴雨雖然少，但其年發(fā)生的頻率跳躍性大，所以對總降水量的貢獻并不低;無論是在降水偏多年還是偏少年，較之其它量級的降水，大雨和暴雨的變化都比較明顯，即大雨和暴雨的多少對旱澇的影響很大。在冷季降水中也得到同樣的驗證，暴雪和大雪事件仍是決定年降水總量的多少最大的因素。

3 結(jié)論

暖季期間烏魯木齊地區(qū)年平均降水量呈西南向東北遞減的空間分布，小雨、中雨貢獻率分布接近暖季年平均降水總量分布，而大雨、暴雨和大暴雨分布呈現(xiàn)相反形式;冷季的降水分布整體上是自西北向東南方向遞減，小雪貢獻率分布與冷季年降水量呈反向位分布，而其它級別接近或相同。近52a來，烏魯木齊地區(qū)各等級降水量隨著年際變化均呈線性增加趨勢，其中大雨增加最為顯著，而除大暴雪外，其它降雪級別均增加的較為顯著;從不同相態(tài)不同等級降水量分布來看，表現(xiàn)出相似特性，量級越高的降水變異系數(shù)越大，與暖季降水分布相比，冷季降水的空間分布和時間分布都更加不均勻。從各站分布來看，暖季小渠子站穩(wěn)定性最好，冷季米東站體現(xiàn)最好;暖季在1985年有少到多的顯著突變，增多的原因主要是暴雨量級顯著增加，冷季降水在1989年前后發(fā)生突變，主要是暴雪量增加而導(dǎo)致的;冷暖季的降水偏多年和偏少年各等級降水波動幅度明顯不同，冷季偏多年表現(xiàn)為除大暴雪未發(fā)生外，各個等級降水年降水量均明顯偏多，而暖季偏多年，各個等級降水年降水量均明顯增加，其中大暴雨量級偏多最為明顯;偏少年冷暖季最高量級降水均未出現(xiàn)，其它等級降水量均明顯減少，其中暖季主要體現(xiàn)在暴雨偏少最為顯著，而冷季則為大雪減少的最多。

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（責(zé)任編輯 常陽陽）