新疆近50年自然降水量氣候變化特征分析

葉爾克江，阿帕爾，尹建新，李玲杰

（1新疆信息工程學(xué)校，烏魯木齊830013；2新疆維吾爾自治區(qū)昌吉市氣象局，昌吉831100；3蘭州大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，蘭州730000）

新疆近50年自然降水量氣候變化特征分析

葉爾克江1，阿帕爾2，3，尹建新2，李玲杰2

（1新疆信息工程學(xué)校，烏魯木齊830013；2新疆維吾爾自治區(qū)昌吉市氣象局，昌吉831100；3蘭州大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，蘭州730000）

運(yùn)用氣象統(tǒng)計(jì)學(xué)和氣象學(xué)的原理和方法，分析新疆地區(qū)50年來自然降水變化的基本特征。結(jié)果表明：1）50年來新疆各地降水量都呈逐年遞增趨勢(shì)；其中，北疆年降水量的變化振幅較大，增加的趨勢(shì)也較快；南疆降水量變化振幅較小，增加的趨勢(shì)也較慢；2）新疆降水量上世紀(jì)80年代開始明顯偏多，而且，近10年增加量較快；3）近50年來，新疆地區(qū)年平均降水量變化有明顯的季節(jié)差異，其中，北疆冬季降水量和南疆秋季降水量增長(zhǎng)貢獻(xiàn)較大，北疆秋季和南疆春季降水貢獻(xiàn)較小。南疆和北疆各季度降水量均為逐年持續(xù)增加的趨勢(shì)，對(duì)應(yīng)各季度增率北大南小。

南疆；北疆；自然降水量；氣候變化；趨勢(shì)

新疆位于北半球中緯度歐亞大陸中心，絲綢之路的交匯點(diǎn)，祖國(guó)的西北邊陲，面積160多萬(wàn)km2，東西長(zhǎng)2200km，南北寬1500km，約占全國(guó)面積的1／6，是 我 國(guó) 最 大 的 省 區(qū)［1］，也 是 典 型 的 干 旱 地區(qū)［1－2］。新疆的90%以上的農(nóng)田必須依靠灌溉，而灌溉用水的根本來源為大氣降水。因此弄清降水量，降水性質(zhì)，降水分布規(guī)律和季節(jié)變化，不僅是了解新疆氣候的需要，也是為了合理開發(fā)利用新疆水資源提供氣候依據(jù)［1］。隨著新疆工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，人口的日益增長(zhǎng)，以及長(zhǎng)期的傳統(tǒng)灌溉方法（大水淹灌），使土地次生鹽漬化面積不斷擴(kuò)大，農(nóng)業(yè)的投入不斷提高，而產(chǎn)出卻持續(xù)的徘徊，造成綠洲農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的惡性循環(huán)，水的供水矛盾日益突出。加上全球氣候的變暖，極端氣象災(zāi)害發(fā)生的頻率增加，水資源緊缺的危機(jī)更為明顯。

新疆是典型的大陸性干旱氣候，氣候干燥，光照充足，熱量豐富，年蒸發(fā)量大，年降水量少，年降水量全疆多年平均為134.0mm，其農(nóng)業(yè)是典型的綠洲農(nóng)業(yè)，而降水是制約其農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵因素之一。降水是一個(gè)很重要的氣候資源，新疆大氣降水多少是決定新疆農(nóng)業(yè)是否干旱的關(guān)鍵，有必要對(duì)新疆降水量統(tǒng)計(jì)特征進(jìn)行詳細(xì)分析。

本文研究分析新疆地區(qū)年降水量、各季度以及各年代降水量變化特征，并把南疆和北疆進(jìn)行了比較，研究成果有望能為新疆流域的綜合治理規(guī)劃、生產(chǎn)力合理布局、水資源開發(fā)與保護(hù)、防災(zāi)減災(zāi)和制定全球變化背景下區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展模式供科學(xué)依據(jù)，為有關(guān)部門制定有關(guān)政策和決策，提供可供選擇參考的對(duì)策措施。

1 研究方法

為了研究分析新疆地區(qū)降水變化的共同特點(diǎn)和相互間的差異，對(duì)新疆地區(qū)進(jìn)行了分區(qū)處理。

本文資料選用新疆北疆和南疆地區(qū)有代表性的16個(gè)測(cè)站歷年1－12月的自然降水量，其中阿勒泰、塔城、博樂、北塔山、烏蘭烏蘇、奇臺(tái)、伊犁、烏魯木齊8個(gè)站代表北疆，吐魯番、阿克蘇、喀什、塔什干、莎車、和田、且末、哈密8個(gè)站代表南疆，其資料時(shí)間為1960－2009年共50年。

本文采用的實(shí)時(shí)資料由新疆維吾爾自治區(qū)氣象局信息中心提供。

統(tǒng)計(jì)方法［3－4］：用一元線性回歸方程，求其線性趨勢(shì)變化率，＞0表示降水量隨時(shí)間變化成上升趨勢(shì)，＜0表示其變化呈下降趨勢(shì)；10年稱為每10年降水量隨時(shí)間變化的傾向率。

2 結(jié)果與分析

2.1 新疆降水量空間分布的年和年代際變化特征

結(jié)果見表1。

由表1可知：新疆地區(qū)的降水量變化較大。全區(qū)多年平均降水量約為134.0mm，其中，北疆多年平均降水量為221.5mm，降水量最多的年份是1987年，為335.4mm；最少的是1962年，為135.6 mm。南疆多年平均降水量為47.3mm，降水最多的年份是1996年，為88.5mm；最少的是1985年，為27.8mm。

表1 新疆地區(qū)年、季降水量最大、最小值及出現(xiàn)年份比較Tab.1Emergence years of maximum and minimum precipitation in each annual and seasonal in Xinjiang

新疆地區(qū)年降水量的年際變化較為顯著，旱澇交替發(fā)生，同時(shí)伴有總體趨勢(shì)上升。圖1給出了新疆地區(qū)年降水量變化曲線，表2給出了新疆地區(qū)多年和各年代降水量逐年變化氣候趨勢(shì)系數(shù)及線性變化速率。

從圖1可見：新疆地區(qū)年降水量的變化特征，北疆年降水量的變化振幅較大，增加的趨勢(shì)也較快，南疆降水量的變化振幅較小，增加的趨勢(shì)也較慢，表明了北疆降水量年際變化大于南疆，北疆和南疆降水量都呈逐段遞增趨勢(shì)，與全球降水量有增加的趨勢(shì)結(jié)論［5－6］一致，與我國(guó) 降水量逐年減少的結(jié)論［7－9］相反，與新疆降水變化趨勢(shì)是增加的結(jié)論［10－12］一致，這說明新疆地區(qū)降水變化趨勢(shì)與全國(guó)不同步，而且降水量增加的趨勢(shì)北疆大于南疆，北疆和南疆年降水量逐段遞增趨勢(shì)方程分別為

上式中：y為降水量，x為年份，R為氣候趨勢(shì)系數(shù)。

圖1 南北疆地區(qū)年降水量過程及線性趨勢(shì)圖Fig.1Annual Precipitation process and linear trends in northern and southern Xinjiang

表2 新疆地區(qū)降水量年代氣候趨勢(shì)系數(shù)和線性變化速率Tab.2Precipitation trend coefficient and Linear rate in Xinjiang

由表2可見，南、北疆近50年年降水量明顯增加的趨勢(shì)，其中，北疆氣候趨勢(shì)系數(shù)為0.4044，并通過P＝0.01水平上顯著性檢驗(yàn)，降水量線性變化速率為1.3026mm／10年；而南疆氣候趨勢(shì)系數(shù)為0.2787，并通過P＝0.05水平上顯著性檢驗(yàn)，降水量線性變化速率為0.2977mm／10年。北疆氣候趨勢(shì)系數(shù)和線性變化速率比南疆分別高出0.1257和1.0049mm／10年，由此可以看出，北疆降水量逐年增加趨勢(shì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于南疆。

新疆地區(qū)地形特征復(fù)雜，氣候特點(diǎn)差異較大，導(dǎo)致降水空間分布和降水量各種時(shí)間尺度的變化特征差異也較大。為了進(jìn)行對(duì)比分析，將新疆地區(qū)各代表站降水量趨勢(shì)方程和氣候趨勢(shì)系數(shù)列于表3。

由表3可知，新疆各地降水量都是逐年增加的趨勢(shì)，對(duì)應(yīng)增加率北疆地區(qū)大于南疆地區(qū)。其中，烏魯木齊降水量逐年增加的趨勢(shì)最快并降水量逐年變化趨勢(shì)系數(shù)也最大，為0.5712，并通過P＝0.001水平上顯著性檢驗(yàn)，其次為哈密，通過P＝0.01顯著性檢驗(yàn)；阿勒泰、奇臺(tái)和伊犁等地氣候趨勢(shì)系數(shù)也通過P＝0.02顯著性檢驗(yàn)。降水量逐年增加速度最慢的是吐魯番，其次為塔城。

若定義某地區(qū)某年降水量平均值超過該地區(qū)多年平均值一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差為多雨年份（年代），某年降水量地區(qū)平均值小于該地區(qū)多年平均值一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差為少雨年份（年代）［13］。由表4可見，相對(duì)于50年平均值，北疆降水量在上世紀(jì)60年代和70年代偏少，其余3個(gè)年代偏多；南疆降水量上世紀(jì)60－80年代偏少，其余2個(gè)年代偏多。同樣，各季度各年代降水量跟各季度50年平均值相比，80年代以前大多偏少，80年代以后偏多；而且，21世紀(jì)初的平均降水量較多年平均值明顯偏多。這說明新疆降水量在上世紀(jì)80年代開始明顯偏多，而在近10年增加量較快。

2.2 新疆降水量季節(jié)變化的空間分布

新疆地區(qū)降水量季節(jié)變化也很大，年內(nèi)降水基本集中在夏季，因此，雨季和干季十分明顯。由于每年夏季風(fēng)的強(qiáng)弱和遲早不同，雨季的早晚、雨量的多寡也有很大差別，導(dǎo)致新疆地區(qū)降水的年際差異較大。為了更好反映氣候變化的全貌，將降水時(shí)間序列劃分為春（3－5月）、夏（6－8月）、秋（9－11月）、冬（12－次年2月）四季。

圖2是新疆各季度降水量的分布，表4是各年代南疆、北疆地區(qū)年和各季度降水量的平均值。

由圖2可知：新疆降水量的季節(jié)變化明顯，冬季少雨，夏季雨水集中。其中，冬季降水量最少，全疆平均為19.2mm；夏季降水量最多，全疆平均為47.7 mm。

北疆春季多年的平均降水量為62.1mm，降水量最多的年份是1998年，為116.9mm；最少的是1991年，為22.2mm。南疆春季多年的平均降水量為12.3mm，降水最多的年份是1964年，為34.7 mm；最少的是1976年，為4.3mm。北疆夏季多年的平均降水量為72.6mm，降水量最多的年份是1993年，為115.4mm；最少的是1974年，為31.8 mm。南疆夏季多年的平均降水量為23.1mm，降水最多的年份是1981年，為49.8mm；最少的是2009年，為9.8mm。北疆秋季多年的平均降水量為53.1mm，降水量最多的年份是1987年，為93.3 mm；最少的是1997年，為22.8mm。南疆秋季多年的平均降水量為6.9mm，降水最多的年份是1987年，為20.1mm；最少的是1997年，為0.5 mm。北疆冬季多年的平均降水量為33.3mm，降水量最多的年份是2005年，為59.8mm；最少的是1967年，為8.1mm。南疆冬季多年的平均降水量為5.1mm，降水最多的年份是1975年，為15.8 mm；最少的是1996年，為0.5mm。

圖2 新疆地區(qū)年、季降水量分布圖Fig.2Annual and seasonal precipitations distribution in Xinjiang

為了更好反映南疆和北疆各季度降水量逐年變化趨勢(shì)，表5中給出南疆和北疆各季度降水量氣候趨勢(shì)方程及氣候趨勢(shì)系數(shù)。

南疆和北疆各季度降水量逐年持續(xù)增加的趨勢(shì)，對(duì)應(yīng)各季度增加速度北疆都大于南疆（表5、表2）。其中，北疆冬季降水量的增加趨勢(shì)最快，并降水量逐年變化趨勢(shì)系數(shù)也最大，為0.503，并通過P＝0.001顯著性檢驗(yàn)，秋季最慢；南疆秋季降水量的增加趨勢(shì)最快，春季最慢。除北疆冬季降水量外，南、北疆各季度逐年變化趨勢(shì)不顯著。

表5 新疆地區(qū)降水量各季度氣候趨勢(shì)方程及氣候趨勢(shì)系數(shù)Tab.5Climate trend equation and trend coefficient of seasonal precipitation in Xinjiang

3 結(jié)論

1）近50年來，新疆各地降水量都呈逐年遞增趨勢(shì)；其中，北疆年降水量的變化振幅較大，增加的趨勢(shì)也較快，南疆降水量變化振幅較小，增加的趨勢(shì)也較慢。北疆氣候趨勢(shì)系數(shù)和線性變化速率比南疆分別高出0.1257和1.0049mm／10年，由此可以看出，北疆降水量逐年增加趨勢(shì)遠(yuǎn)大于南疆。

2）上世紀(jì)60年代和70年代北疆的降水量偏少，其余3個(gè)年代偏多；南疆降水量上世紀(jì)60－80年代偏少，其余2個(gè)年代偏多。同樣，各季度各年代降水量跟各季度50年平均值相比，80年以前大多數(shù)都是偏少，80年代以后是偏多；而且，21世紀(jì)初的平均降水量較多年平均值明顯偏多。這說明新疆降水量80年代開始明顯偏多，而且，近10年增加量較快。

3）50年來，新疆地區(qū)年平均降水量變化較大，但四季分配不均勻，其中，北疆冬季降水量和南疆秋季降水量增幅最大，北疆冬季降水量增幅通過了P＝0.001顯著性檢驗(yàn)；北疆秋季和南疆春季增幅最小。南疆和北疆各季度降水量都是逐年持續(xù)增加的趨勢(shì)，對(duì)應(yīng)各季度增加速度，北疆均大于南疆。

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Characteristic Analysis the Precipitation in Xinjiang in the Past 50Years

Erkejan1，Apar2，YIN Jianxin2，LI Lingjie2
（1Information Project School of Xinjiang，Urumqi 830013，China；2Changji Meteorological Bureau of Xinjiang，Changji 831100，China；3College of Atmospheric Sciences，Lanzhou University，Lanzhou 730000，China）

The precipitation data of the resent 50years in Xinjiang are analyzed by means of the principals and methods of meteorological statistical and meteorology.The results showed that：1）The annual precipitation has been in an increase trend in recent 50years，the change swing and the increase tendency was higher Northern Xinjiang than Southern Xinjiang.2）The results show that an increase trend in precipitation in the study area has been occurring since 1980，especially since 2000.3）In recent 50 years，precipitation change was significantly different from different seasons：the contribution of precipitation increase in winter of the Northern Xinjiang and in autumn of the Southern Xinjiang to the annual one was the highest，and then that in autumn the Northern Xinjiang and in spring of the Southern Xinjiang was the lowest，annual precipitation in the Xinjiang was in an increase trend，and the increase trend was highest Northern Xinjiang than Southern Xinjiang in every season.

Southern Xinjiang；Northern Xinjiang；precipitation；climate change；tendency

P333

A

1007－7383（2011）06－0737－05

2011－09－16

葉爾克江（1979－），女，哈薩克族，助理講師，從事應(yīng)用氣象研究；e－mail：erke－ap＠sohu.com。

阿帕爾（1978－），男，維吾爾族，工程師，從事氣候變化研究；e－mail：apar－ek＠sohu.com。