苗運(yùn)玲， 于永波， 霍 達(dá)， 潘存良， 李如琦

（1.烏魯木齊市氣象局，新疆 烏魯木齊 830002；2.哈密市氣象局，新疆 哈密 839000；3.新疆氣象臺(tái)，新疆 烏魯木齊 830002）

降雪是冬季空氣中的水汽經(jīng)凝結(jié)而成的固態(tài)降水，是地球表面最為活躍的自然過(guò)程之一，是干旱區(qū)水文系統(tǒng)中不可缺少的組成因素。降雪是在高海拔地區(qū)形成的穩(wěn)定積雪構(gòu)成高山冰川的物質(zhì)基礎(chǔ)［1］，冰雪融水是干旱-半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉、生活用水的主要來(lái)源，有利于緩解水資源短缺，改善生態(tài)環(huán)境，但長(zhǎng)時(shí)間、大范圍的降雪又經(jīng)常給農(nóng)牧業(yè)和交通運(yùn)輸帶來(lái)重大災(zāi)害?？梢?jiàn)，降雪與人們的生產(chǎn)、生活等息息相關(guān)［2-4］。因此，加強(qiáng)冬季降雪氣候研究十分有必要。

新疆北部是我國(guó)的三大主要降雪地區(qū)之一［5］，降雪主要出現(xiàn)在阿爾泰山南坡和天山北坡。中天山北坡是新疆的主要經(jīng)濟(jì)帶，也是新疆暴雪出現(xiàn)頻率最高的區(qū)域，降雪的多或少對(duì)當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展都會(huì)產(chǎn)生重要的影響，分析當(dāng)?shù)亟笛r(shí)空分布和變化特征，對(duì)提升降雪預(yù)報(bào)能力、防災(zāi)減災(zāi)、科學(xué)利用水資源等都具有十分重要的意義。

近年來(lái)研究表明，不同區(qū)域各級(jí)降雪日數(shù)占總雪日的比例都不相同，降雪日數(shù)與地理位置關(guān)系密切［1］，東北地區(qū)降雪北多南少、東多西少，降雪日數(shù)明顯減少［5-6］；青藏高原降雪呈“少—多—少”的趨勢(shì)［7］，降雪日數(shù)呈明顯減少趨勢(shì)［8］,但高原北部降雪日數(shù)沒(méi)有明顯的趨勢(shì)性變化［9］；河西走廊東部的降雪日西南多東北少，寧夏降雪日北少南多，山東東南部西多東少，但都隨時(shí)間呈減少趨勢(shì)［4,10-11］。對(duì)新疆而言，降雪日數(shù)由南向北逐漸增加，北疆降雪日數(shù)明顯大于南疆地區(qū)［12］，北疆和天山山區(qū)降雪日數(shù)呈增加趨勢(shì)，尤其是中量以上的降雪增加明顯［13-14］，北疆降雪存在顯著的區(qū)域差異，北疆西部最多［15］，塔城地區(qū)大-暴雪事件在空間分布上具有明顯的分散性和局地性特征，盆地發(fā)生最多，北部山地最少［3］。

以上研究主要集中于北疆和天山山區(qū)降雪的分析，但對(duì)中天山北坡不同量級(jí)降雪研究比較少見(jiàn)。烏魯木齊、昌吉作為中天山北坡經(jīng)濟(jì)帶的核心城市，是新疆政治、經(jīng)濟(jì)、文化和交通的中心，由于地處亞歐大陸腹地，遠(yuǎn)離海洋，氣候差異明顯，氣候要素分布很不均勻，降水少，蒸發(fā)大，氣候干燥，水資源短缺是制約當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的突出問(wèn)題，也是制約農(nóng)牧業(yè)發(fā)展的最大瓶頸。因此，本文利用1978—2020年中天山北坡冬季逐日降水資料，對(duì)不同量級(jí)降雪時(shí)空分布、變化趨勢(shì)，以及對(duì)降雪貢獻(xiàn)等進(jìn)行深入研究分析，以期為提高中天山北坡降雪預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)水平、水資源評(píng)價(jià)、有效實(shí)施人工增雪等提供技術(shù)支撐，同時(shí)也為促進(jìn)中天山北坡社會(huì)、經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展、水資源利用等具有十分重要的意義。

1 資料與方法

1.1 資料來(lái)源及降水分級(jí)處理

因考慮到資料的完整性、連續(xù)性、時(shí)序、臺(tái)站遷移、地域等情況，選取了中天山北坡經(jīng)濟(jì)帶核心城市烏魯木齊和昌吉1978—2020年冬季（12月至翌年2 月）17 個(gè)國(guó)家級(jí)臺(tái)站逐日降水、氣溫、天氣現(xiàn)象等觀測(cè)資料，所用資料均通過(guò)嚴(yán)格質(zhì)量控制，數(shù)據(jù)完整性和準(zhǔn)確性較高；為了資料一致性，剔除冬季出現(xiàn)的液態(tài)及雨夾雪降水過(guò)程。本文冬季選取1977年12月至1978年1月和2月為1978年冬季，以此類(lèi)推，時(shí)間序列為1978—2020年，共43 a。

根據(jù)《地面氣象自動(dòng)觀測(cè)規(guī)范（第一版）》［16］規(guī)定，天氣現(xiàn)象記錄以北京時(shí)20：00時(shí)為日界，當(dāng)某次降水跨日（或月）時(shí)按兩次降水計(jì)算。由于新疆氣候特殊性和預(yù)報(bào)服務(wù)需要，按照新疆降水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行量級(jí)劃分［17］，共分為6個(gè)量級(jí)，即：微雪（R＆lt;0.1 mm）、小雪（0.1 mm ≤R≤3.0 mm）、中雪（3.0 mm＆lt;R≤6.0 mm）、大雪（6.0 mm＆lt;R≤12.0 mm）、暴雪（12.0 mm＜R≤24.0 mm）、大暴雪（≥24.1 mm），本文只統(tǒng)計(jì)有效降水，即R≥0.1 mm的降水，R為日降水量，降雪日數(shù)為冬季出現(xiàn)降雪天氣現(xiàn)象的日數(shù)，降雪強(qiáng)度是指降雪量與降雪日數(shù)的比。根據(jù)人口數(shù)量、海拔高度、地理環(huán)境等，將中天山北坡劃分為城區(qū)（代表站：烏魯木齊、昌吉、米東）、山區(qū)（代表站：小渠子、牧試站、天池、北塔山、大西溝）和郊區(qū)（位于城市周邊的9個(gè)臺(tái)站）［18］，具體站點(diǎn)分布詳見(jiàn)圖1。

圖1 中天山北坡國(guó)家級(jí)氣象站點(diǎn)分布Fig.1 Distribution of national meteorological stations on the north slope of the middle Tianshan Mountains

1.2 研究方法

采用線性趨勢(shì)、多項(xiàng)式擬合、距平等常規(guī)分析方法進(jìn)行趨勢(shì)傾向分析；利用反距離加權(quán)平均插值方法（IDW），進(jìn)行空間分析；運(yùn)用曼-肯德?tīng)枺∕ann-Kendall，簡(jiǎn)稱M-K）方法［19］進(jìn)行突變分析，為了檢驗(yàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)是否有突變，利用信噪比對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)，公式如下：

2 結(jié)果與分析

2.1 降雪基本特征

經(jīng)統(tǒng)計(jì)可知，1978—2020年中天山北坡冬季降雪具有以下特征：（1）平均降雪量為23.5 mm，平均降雪日18.9 d，平均降雪強(qiáng)度為1.24 mm·d-1；（2）隨著降雪量級(jí)不斷增大，降雪日數(shù)減小速度比降雪量大；（3）小雪日/量對(duì)降雪貢獻(xiàn)最大，暴雪日/量貢獻(xiàn)最??；（4）冬季降雪年際波動(dòng)大。最大降雪量是最少降雪量的4.8 倍；出現(xiàn)最多降雪過(guò)程是最少降雪過(guò)程的3 倍；（5）降雪日數(shù)和降雪量最大值都出現(xiàn)在城區(qū)，最小值出現(xiàn)在山區(qū)；（6）在研究時(shí)段內(nèi)，達(dá)坂城沒(méi)有出現(xiàn)大雪和暴雪，莫索灣、北塔山和大西溝沒(méi)有出現(xiàn)暴雪；（7）研究區(qū)在近43 a中有3 a沒(méi)有出現(xiàn)大雪，27 a 沒(méi)有出現(xiàn)暴雪，即平均近3 a 出現(xiàn)一次暴雪天氣過(guò)程。

2.2 降雪空間分布

2.2.1 降雪日 由圖2a 可知，近43 a 中天山北坡冬季總雪日是以城區(qū)為大值中心逐漸向四周減小，最大值出現(xiàn)在城區(qū)的烏魯木齊，為26 d，最少出現(xiàn)在郊區(qū)的達(dá)坂城，僅出現(xiàn)7 d，其他臺(tái)站在13～24 d。不同區(qū)域降雪日數(shù)存在明顯差異，從高到低排序?yàn)椋撼菂^(qū)＞郊區(qū)＞山區(qū)，城區(qū)是冬季降雪出現(xiàn)最多區(qū)域，在24 d 以上，而汛期降水充沛的山區(qū)，冬季降雪出現(xiàn)卻最少，僅為16 d 左右，這與中天山北坡汛期降水空間分布存在明顯差異［20］，但與趙勇等［15］的研究結(jié)論較為一致。

從不同量級(jí)降雪日數(shù)空間分布可知，小雪日（圖2b）、大雪日（圖2d）與總雪日空間分布較相似，都是以城區(qū)為大值中心向四周逐漸減小，其中小雪日除郊區(qū)達(dá)坂城以外，其他站點(diǎn)都在13 d 以上；從圖2d 可知，只有烏魯木齊出現(xiàn)了1 d 以上的大雪過(guò)程，其他站點(diǎn)均不足1 d。從各站小雪日所占比重可知（表略），城區(qū)烏魯木齊出現(xiàn)小雪最多，為21 d，與其他站點(diǎn)相比所占比重卻最小，為83.9%，而郊區(qū)達(dá)坂城出現(xiàn)小雪最少，僅出現(xiàn)7 d，但所占比重最大，高達(dá)97.3%。中雪日（圖2c）與暴雪日（圖2e）空間分布比較一致，存在3 個(gè)大值中心，分別以城區(qū)烏魯木齊、郊區(qū)瑪納斯和木壘為中心逐漸向四周減小，其中最大值仍出現(xiàn)在烏魯木齊。中雪日中除郊區(qū)達(dá)坂城和山區(qū)大西溝不足1 d外，其他站都在1～3 d；暴雪日基本都在0.4 d以內(nèi)，其中有4個(gè)站點(diǎn)在研究期內(nèi)未出現(xiàn)暴雪。從各區(qū)域降雪日數(shù)分布來(lái)看（表略），最大值都出現(xiàn)在城區(qū)，但最小值出現(xiàn)區(qū)域卻有所不同，其中小雪日、中雪日和暴雪日出現(xiàn)在山區(qū)，大雪日則出現(xiàn)在郊區(qū)。

圖2 1978—2018年中天山北坡冬季不同量級(jí)降雪日空間分布Fig.2 Spatial distribution of snow days of different magnitudes on the north slope of the middle Tianshan Mountains in winter from 1978 to 2018

2.2.2 降雪量 中天山北坡冬季總降雪量（圖3a）空間分布與總雪日相似，都是由城區(qū)為大值中心向四周逐漸減小，即降雪日數(shù)多的地方，降雪量也較大。最大值仍出現(xiàn)在烏魯木齊，高達(dá)40.9 mm，最小值出現(xiàn)在郊區(qū)達(dá)坂城，僅為3.8 mm，最大值是最小值的10.8倍，說(shuō)明區(qū)域分布差異大，其他站在15～30 mm。不同區(qū)域降雪量分布與降雪日數(shù)相同，即城區(qū)最大（34.4 mm），山區(qū)最少（21.0 mm）。從不同量級(jí)降雪量空間分布可知（圖3b～圖3e），總體分布與總降雪量大致相似，都是以城區(qū)為大值中心逐漸向四周減小，且最大值和最小值出現(xiàn)的站點(diǎn)一致。同樣對(duì)各站小雪量占總降雪量比重進(jìn)行分析可知（表略），降雪量最大的烏魯木齊所占比重最小，僅占37.7%，高山帶的大西溝所占比重最大，高達(dá)87.0%，其次是達(dá)坂城，為81.6%，其他站相差不大，在40%～68%之間。

圖3 1978—2018年中天山北坡冬季不同量級(jí)降雪量空間分布Fig.3 Spatial distribution of snowfall of different magnitude on the north slope of the middle Tianshan Mountains in winter from 1978 to 2018

綜上所述，降雪日數(shù)和降雪量空間分布特點(diǎn)與汛期降水有明顯區(qū)別，汛期最大降水出現(xiàn)在山區(qū)，冬季最大出現(xiàn)在城區(qū)，最小出現(xiàn)在山區(qū)，且最大值均出現(xiàn)在城區(qū)的烏魯木齊，這與烏魯木齊所處的地理環(huán)境、海拔高度、大氣環(huán)流、逆溫層等有一定關(guān)系。烏魯木齊三面環(huán)山，地勢(shì)東南高，西北低，高低空急流與南部山區(qū)地形的強(qiáng)迫抬升，致使天山北坡的逆溫層遭到破壞，加劇了冷暖空氣交匯，利于降雪天氣形成。

2.3 降雪年內(nèi)變化

2.3.1 月變化 從各月降雪日數(shù)和降水量的分布可知（圖略），降雪日數(shù)和降雪量最大出現(xiàn)在12 月，分別占冬季總雪日和總降雪量的36.2%和41.5%，1月和2 月略有不同，1 月、2 月降雪日數(shù)分別占34.1%、29.8%，降雪量分別占27.5%、30.9%。從不同量級(jí)降雪日數(shù)在各月所占比例可知（表略），1 月小雪出現(xiàn)最多，占31.7%，中雪和大雪主要出現(xiàn)在12月，分別占3.8%、1.3%，暴雪主要出現(xiàn)在12月和2月，所占比例均為0.2%。不同量級(jí)降雪量在各月的分布與降雪日數(shù)完全不同，最大值均出現(xiàn)在12 月,不同量級(jí)降雪量在12 月所占總降雪量的比例分別為18.5%、12.4%、8.1%、2.4%。

2.3.2 年際變化 從圖4可知，近43 a中天山北坡平均降雪日數(shù)為18.9 d，并以0.52 d·（10a）-1速率下降（未通過(guò)信度檢驗(yàn)），近43 a研究區(qū)降雪日數(shù)減少了2.2 d，這與天山山區(qū)的變化趨勢(shì)較一致［21］，但與北疆變化趨勢(shì)相反［13］；最多出現(xiàn)在2010 年，高達(dá)30.6 d，最少出現(xiàn)在2017 年，僅出現(xiàn)10.4 d，極差為20.2 d，說(shuō)明年際波動(dòng)明顯。近43 a 平均降雪量為23.5 mm，并以2.52 mm·（10a）-1速率上升（通過(guò)0.01信度檢驗(yàn)），上升速率明顯高于遼寧?。?2］，近43 a研究區(qū)降雪量增加了10.8 mm，最多出現(xiàn)在2010年，為45.7 mm，1982 年出現(xiàn)最少，僅為9.5 mm，僅占最多降雪年的五分之一。

圖4 1978—2018年中天山北坡冬季降雪日數(shù)和降雪量變化趨勢(shì)Fig.4 Change trend of winter snowfall days and snowfall amount on the north slope of the middle Tianshan Mountains from 1978 to 2018

從不同量級(jí)降雪日數(shù)和降雪量變化速率來(lái)看（表1），小雪日呈下降趨勢(shì)，故小雪日減少是導(dǎo)致總雪日減小的主要原因，其他量級(jí)降雪日數(shù)呈增加趨勢(shì)，其中中雪日通過(guò)0.05、大雪日通過(guò)0.01 信度檢驗(yàn)，說(shuō)明增加顯著。不同量級(jí)降雪量均呈現(xiàn)不同程度增加趨勢(shì)，其中，中雪量和暴雪量通過(guò)0.01 信度檢驗(yàn)，說(shuō)明中雪量和暴雪量的增加是導(dǎo)致總雪量增加的主要原因。

從不同量級(jí)降雪日數(shù)所占比重可知（表1），小雪日所占比重最大，高達(dá)88.8%，其他雪日分別為7.3%、2.4%、0.2%，小雪日對(duì)總雪日貢獻(xiàn)率最大，暴雪日貢獻(xiàn)最小，且在近43 a中只有16 a出現(xiàn)暴雪，其中有9 a 出現(xiàn)在近20 a，說(shuō)明受氣候變暖影響，極端降雪天氣在近20 a明顯增多。從不同量級(jí)降雪量所占比例可知，小雪量所占比重最大，但明顯小于小雪日的貢獻(xiàn)，僅為51.7%，其他量級(jí)分別為28.0%、15.2%、5.1%，雖暴雪量所占比重最小，但帶來(lái)的氣象災(zāi)害和衍生災(zāi)害不容忽視。例如2014 年12 月8日烏魯木齊市出現(xiàn)暴雪（17.7 mm），積雪深度高達(dá)25 cm，造成烏魯木齊國(guó)際機(jī)場(chǎng)延誤航班78架次，45個(gè)航班取消，迫航1架次，滯留乘客3500人左右，并且對(duì)城市交通、設(shè)施農(nóng)業(yè)等產(chǎn)生巨大影響，該事件成為“2014年新疆十大氣候事件”之一。

表1 1978—2020年中天山北坡冬季不同量級(jí)降雪日數(shù)和降雪量氣候傾向率、百分比統(tǒng)計(jì)Tab.1 Climatic tendency and percentage statistics of snowfall days and snowfall amount of different magnitude on the north slope of the middle Tianshan Mountains in winter from 1978 to 2020

2.3.3 年代際變化 為了分析中天山北坡冬季降雪日數(shù)和降雪量年代際變化，利用6 次多項(xiàng)式擬合方法對(duì)時(shí)間序列進(jìn)行擬合。近43 a總雪日總體呈雙峰三谷型分布（圖5），即：下降→上升→下降→上升→下降→上升，1982年左右處于低谷，然后急劇上升，到1991 年左右達(dá)到第一峰值，然后逐漸下降，這種下降趨勢(shì)持續(xù)到1998 年后逐漸上升，到2007 年達(dá)到最大峰值后急劇下降，并持續(xù)到2018年左右達(dá)到最低值后繼續(xù)上升，這種上升趨勢(shì)一直到2020 年?？傃┝孔兓厔?shì)與總雪日明顯不同，總體呈單峰單谷型分布，低值出現(xiàn)在1982年左右，然后逐漸上升，上升過(guò)程雖有小的波動(dòng)，但總體呈上升趨勢(shì)，并一直持續(xù)到2013年左右達(dá)到峰值后急劇下降，并持續(xù)到2020年。

圖5 1978—2018年中天山北坡冬季降雪日和降雪量年代際變化趨勢(shì)Fig.5 Decadal variation trend of winter snowfall days and snow amount on the north slope of the middle Tianshan Mountains from 1978 to 2018

從不同量級(jí)降雪日數(shù)和降雪量年代際變化可知（圖略），小雪日變化趨勢(shì)與總雪日較一致，小雪量變化趨勢(shì)與總雪量變化有明顯不同，基本呈波浪型變化，中雪日與中雪量、大雪日與大雪量、暴雪日與暴雪量變化較相似，但這種上升或下降趨勢(shì)在2020年以后是否仍持續(xù)，后期需要利用其他方法進(jìn)行探討和研究。

2.4 降水的持續(xù)性

降水持續(xù)時(shí)間是降水重要特征的一種表現(xiàn)，其時(shí)空分布在一定程度上可以反應(yīng)某一區(qū)域降水對(duì)水循環(huán)的影響。本文把某站降水持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短定義為降水的持續(xù)性，按照持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短進(jìn)行分類(lèi)，主要分為5類(lèi)降水過(guò)程，包括持續(xù)1 d、2 d、3 d、4 d、≥5 d；降水頻次是指某類(lèi)降水出現(xiàn)的次數(shù)與總降水次數(shù)比值。從研究區(qū)及各站不同持續(xù)時(shí)間降雪次數(shù)可知，均以持續(xù)1 d降雪為主，隨著持續(xù)時(shí)間不斷增長(zhǎng)降雪次數(shù)急劇減少。就整個(gè)區(qū)域而言，持續(xù)1 d 降雪過(guò)程占總過(guò)程54.8%，其余4 類(lèi)分別占29.6%、9.3%、3.5%和2.8%。

從各類(lèi)降水過(guò)程出現(xiàn)頻次的空間分布可知（圖6），各站和不同區(qū)域以持續(xù)1 d降水過(guò)程為主，最大值出現(xiàn)在降雪日數(shù)出現(xiàn)最少的達(dá)坂城，高達(dá)69.4%，最小值出現(xiàn)在小渠子，為46.6%；不同區(qū)域中郊區(qū)出現(xiàn)最多，為58%，城區(qū)相對(duì)較少，大約為51%。持續(xù)2 d降水過(guò)程中最大和最小值出現(xiàn)站點(diǎn)與持續(xù)1 d降水過(guò)程相反，即最大值出現(xiàn)在小渠子，為38.4%，達(dá)坂城最小，為21.3%；從不同區(qū)域變化可知，山區(qū)在30%以上，城區(qū)不足30%，郊區(qū)在21%左右。其他3類(lèi)降水過(guò)程空間分布較相似，都是以城區(qū)為高值中心，逐漸向四周減小，最大值出現(xiàn)在烏魯木齊，但最小值出現(xiàn)的站點(diǎn)不同，故城區(qū)是易發(fā)生這3 類(lèi)降水過(guò)程的主要區(qū)域，其次是郊區(qū)，其中持續(xù)3 d降水過(guò)程出現(xiàn)的頻率在5.6%～12.9%，持續(xù)4 d 的在0.9%～7.3%，≥5 d降水過(guò)程中只有烏魯木齊超過(guò)5%，其余各站均不足5%。綜上，近43 a中天山北坡冬季降雪以持續(xù)1 d 降水過(guò)程為主，但＞1 d 降水過(guò)程仍占45%左右，表明持續(xù)性降水也是中天山北坡冬季主要降水過(guò)程。

圖6 1978—2018年中天山北坡冬季5種不同降水過(guò)程占總降水過(guò)程頻次空間分布Fig.6 Spatial distribution of frequency proportions of five different precipitation processes in winter on the north slope of the Tianshan Mountains from 1978 to 2018

2.5 突變分析

為分析中天山北坡氣候是否存在暖濕化變化，利用M-K法對(duì)該區(qū)域冬季降雪日數(shù)、降雪量和年平均氣溫進(jìn)行突變分析。降雪日數(shù)UF和UB曲線分別在2017 年、2020 年相交（圖7a），但沒(méi)有通過(guò)信噪比檢驗(yàn)，故降雪日數(shù)在研究期內(nèi)沒(méi)有出現(xiàn)從多到少或從少到多的突變，這與北疆和天山山區(qū)降雪日數(shù)變化結(jié)論一致［13,21］。降雪量UF和UB曲線交于1987年（圖7b），通過(guò)信噪比檢驗(yàn)，即1987 年是中天山北坡冬季降雪量由少到多的突變年，這與北疆［13］突變時(shí)間（1986 年）大致相同，UF曲線在1998 年超出臨界線，表明降雪量增加很顯著。年平均氣溫UF和UB曲線于1994年相交，并通過(guò)信噪比檢驗(yàn)，即1994年是中天山北坡氣候變暖的突變年，大致與新疆增暖的時(shí)間一致（20 世紀(jì)90 年代初期）［23］,UF曲線在2000年超出臨界線，說(shuō)明增暖很明顯。

圖7 1978—2020年中天山北坡冬季降雪日數(shù)、降雪量和平均氣溫突變分析Fig.7 Mutation analysis of snowfall days,snowfall amount and average temperature in winter on the north slope of the middle Tianshan Mountains from 1978 to 2020

對(duì)不同量級(jí)降雪日數(shù)和降雪量進(jìn)行突變分析（圖略），小雪日、中雪日和大雪日分別在2016年（由多到少）、1986年（由少到多）、1985年（由少到多）發(fā)生突變，小雪量在1984 年、中雪量和大雪量均在1987年發(fā)生了由少到多的突變，暴雪日和暴雪量因在研究期內(nèi)出現(xiàn)的頻率較少，故未發(fā)生突變。綜上所述，近43 a中天山北坡氣候呈現(xiàn)較明顯的暖濕化變化，這與天山山區(qū)變化較一致。

2.6 豐雪年和枯雪年的氣候特征

將降雪量距平絕對(duì)值≥1.0 倍標(biāo)準(zhǔn)差作為劃分豐雪年和枯雪年標(biāo)準(zhǔn)，即距平值為正，且≥1.0 倍標(biāo)準(zhǔn)差為豐雪年，距平值為負(fù)，且≤-1.0倍標(biāo)準(zhǔn)差為枯雪年。經(jīng)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，中天山北坡豐雪年和枯雪年各出現(xiàn)5 a，豐雪年主要出現(xiàn)在2000 年、2004 年、2006年、2010年、2015年，其中2004年、2010年和2015年為異常偏多年（≥1.5 倍標(biāo)準(zhǔn)差），2010 年達(dá)到2.8 倍標(biāo)準(zhǔn)差；枯雪年出現(xiàn)在1982 年、1983 年、1985 年、1997年和2020年，其中1982年、1983年為異常偏少年（≤-1.5 倍標(biāo)準(zhǔn)差）。豐雪年均出現(xiàn)近20 a，表明受全球氣候變暖的影響，中天山北坡出現(xiàn)極端降水天氣的可能性較大。從以上分析可知，中天山北坡豐雪年和枯雪年出現(xiàn)年份與北疆完全不同［11］，出現(xiàn)這種結(jié)果可能與所選區(qū)域、時(shí)間序列的長(zhǎng)短及異常值所采用標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)。

從表2 可知，不同量級(jí)降雪量和降雪日數(shù)在豐雪年和枯雪年所占比例有明顯差異。豐雪年的小雪量所占比例明顯小于枯雪年所占比例，分別為37.2%、62.3%，即枯雪年相當(dāng)于豐雪年的2 倍；中雪量在豐雪年和枯雪年所占比例相當(dāng)，在28%～30%之間；大雪量在豐雪年所占比例相當(dāng)于枯雪年的2 倍多，分別為19.9%、8.0%；暴雪量在豐雪年所占比例較大，為14.5%，而枯雪年未出現(xiàn)暴雪。小雪日在豐雪年和枯雪年所占比例較大，為82.2%、92.8%，但中雪日、大雪日在豐雪年所占比例明顯大于枯雪年。故從小雪日所占比重來(lái)看，小雪是豐雪年和枯雪年的主要降雪形式，但從所占降雪量比重可知，枯雪年的降雪量主要是由小雪量貢獻(xiàn)，而在豐雪年各個(gè)量級(jí)降雪量對(duì)總降雪量貢獻(xiàn)相差不大，在14%～37%之間。

表2 1978—2020年中天山北坡豐雪年和枯雪年不同量級(jí)降雪量和降雪日數(shù)所占比例Tab.2 Proportion of snowfall amount and snowfall days of different magnitude in high snow year and low snow year on the north slope of the middle Tianshan Mountains from 1978 to 2020

2.7 降雪量與氣象因子的關(guān)系

氣溫與降水是影響氣候變化的主要因子，較低的環(huán)境溫度是形成降雪的一個(gè)重要?dú)夂驐l件。在全球氣候變暖的背景下，為更好預(yù)測(cè)中天山北坡未來(lái)降雪變化，本文主要分析降雪量與不同氣溫要素、降水量、降水日數(shù)之間的相關(guān)性。

從1978—2020 年中天山北坡氣溫要素氣候傾向率變化可知（表3），年平均、最高、最低氣溫，冬季平均、最低氣溫呈上升趨勢(shì)，年平均氣溫增溫幅度明顯高于全國(guó)和全球增溫幅度，是全國(guó)1.2倍、全球2.8 倍，其中年平均、最高和最低氣溫通過(guò)0.01 信度檢驗(yàn)，說(shuō)明氣溫要素增溫顯著；冬季平均最高氣溫呈下降趨勢(shì)，未通過(guò)信度檢驗(yàn)。近43 a中天山北坡年降水日數(shù)呈顯著下降趨勢(shì)，年降水量呈增加趨勢(shì)，冬季降雪日數(shù)減少是導(dǎo)致全年降水日數(shù)減少原因之一，冬季降雪量增加是導(dǎo)致年降水量增多的因素之一。綜上所述，受全球氣候變暖的影響，中天山北坡因不同氣溫要素呈上升趨勢(shì)，原本天氣現(xiàn)象以降雪形式出現(xiàn)但受氣溫上升的影響，天氣現(xiàn)象以液態(tài)降水或雨夾雪形式出現(xiàn)，或者不出現(xiàn)降雪天氣。

表3 1978—2020年中天山北坡氣溫要素、降水日數(shù)和降水量氣候傾向率Tab.3 Climatic tendency of temperature,precipitation days and precipitation on the north slope of the middle Tianshan Mountains from 1978 to 2020

降雪量與不同氣溫要素、降水量、降水日數(shù)均呈正相關(guān)（表4），其中與年降水量和降雪日數(shù)相關(guān)系數(shù)為0.450 和0.499（通過(guò)0.01 信度檢驗(yàn)），與冬季平均最低氣溫相關(guān)系數(shù)為0.316，通過(guò)0.05 信度檢驗(yàn)，即降雪量與年降水量、降雪日數(shù)和冬季平均最低氣溫均存在顯著的正線性相關(guān)，即年降水量越大，冬季出現(xiàn)降雪日數(shù)越多，冬季最低氣溫越低，冬季降雪量就越大，反之越小。降雪量與其他要素均未通過(guò)信度檢驗(yàn)，說(shuō)明其他要素對(duì)降雪量的影響不顯著。

表4 1978—2020年中天山北坡降雪量與氣溫要素、降水日數(shù)和降水量的相關(guān)系數(shù)Tab.4 Correlation coefficient between snowfall and temperature,precipitation days and precipitation on the north slope of the middle Tianshan Mountains from 1978 to 2020

3 結(jié)論

本文根據(jù)中天山北坡17 個(gè)國(guó)家級(jí)氣象站1978—2020 年冬季逐日降水、氣溫等觀測(cè)資料，分析近43 a冬季降雪時(shí)空變化特征及其與氣象因子的關(guān)系，得到以下結(jié)論：

（1）在空間分布上，1978—2020 年中天山北坡冬季降雪日數(shù)和降雪量呈現(xiàn)“城區(qū)多，山區(qū)少”的分布特征，都是以城區(qū)為大值中心逐漸向四周減小，這與中天山北坡汛期降水日數(shù)分布完全不同。不同量級(jí)降雪日數(shù)和降雪量最大值均出現(xiàn)在城區(qū)的烏魯木齊，最小值出現(xiàn)在郊區(qū)的達(dá)坂城，降雪出現(xiàn)多的區(qū)域，降雪量也較大。

（2）從年際變化趨勢(shì)可知，近43 a 中天山北坡降雪日數(shù)以0.52 d·(10a)-1速率下降，與天山山區(qū)變化趨勢(shì)相似；降雪量以2.52 mm·（10a）-1速率上升，明顯高于遼寧省上升速率；不同量級(jí)降雪日數(shù)中除小雪日其他雪日均呈增多趨勢(shì)，故小雪日減少是導(dǎo)致總雪日數(shù)減小的直接原因，而不同量級(jí)降雪量均呈增加趨勢(shì)，中雪量和暴雪量增多是導(dǎo)致總降雪量增多的主要原因。

（3）1978—2020年中天山北坡冬季降雪日數(shù)不存在明顯的突變，降雪量在1987年發(fā)生了由少到多的突變，即逐漸增濕；1994 年是中天山北坡氣溫由低到高的突變年，即逐漸增暖。受多種因素影響，中天山北坡在近43 a也發(fā)生了較明顯的暖濕變化。

（4）受全球氣候變暖的影響，近43 a 中天山北坡豐雪年主要出現(xiàn)在近20 a，分別出現(xiàn)在2000 年、2004 年、2006 年、2010 年和2015 年；枯雪年主要出現(xiàn)在1982 年、1983 年、1985 年、1997 年和2020 年。小雪日是豐雪年和枯雪年的主要降雪形式，小雪量對(duì)枯雪年的降雪量貢獻(xiàn)最大，占比高達(dá)62.3%。