阿勒泰地區(qū)暖季晝夜降水氣候特征

白松竹，李博淵，黃曉華

（1.阿勒泰地區(qū)氣象局，新疆 阿勒泰 836500；2.青河縣氣象局，新疆 阿勒泰 836500）

阿勒泰地區(qū)暖季晝夜降水氣候特征

白松竹1，李博淵2，黃曉華1

（1.阿勒泰地區(qū)氣象局，新疆 阿勒泰 836500；2.青河縣氣象局，新疆 阿勒泰 836500）

利用阿勒泰地區(qū)7個(gè)氣象站1961—2013年5—9月逐日降水量資料，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法分析了阿勒泰地區(qū)暖季晝夜降水的氣候統(tǒng)計(jì)特征及其變化。結(jié)果表明：①近53 a阿勒泰地區(qū)暖季晝夜雨量空間分布基本一致，總體表現(xiàn)為由山麓丘陵向河谷平原減少的特征。各站暖季晝夜雨量差和雨日差值均呈晝雨量多于夜雨量，晝雨日多于夜雨日的分布。②全地區(qū)晝、夜降雨日數(shù)的月際分布均表現(xiàn)為單峰式分布，峰值為7月。③全地區(qū)晝夜降水量均呈增多趨勢，日數(shù)均呈減少趨勢，夜雨量的增加速率大雨晝雨雨量，夜雨日數(shù)的減少速率小雨晝雨日數(shù)，表明該地區(qū)暖季晝夜降水的雨強(qiáng)增大，極端降水事件有所增加，并且這種變化在夜間表現(xiàn)得更為明顯。④夜雨量和夜雨日數(shù)和晝雨量的年代際變化一致，均在20世紀(jì)90年代最多，70年代最少；晝雨日數(shù)在80年代最多，21世紀(jì)第一個(gè)10 a最少。暖季晝夜降水日數(shù)均在1972年發(fā)生了突變，夜雨量和晝雨量分別在1983年和1991年發(fā)生了突變。⑤暖季晝夜降水的Morlet小波分析表明雖然晝夜雨量和日數(shù)各自有其周期變化特征，但也有共性，目前夜雨量、夜雨日數(shù)、晝雨日數(shù)均處于偏少時(shí)期。

晝夜降水；氣候特征；阿勒泰地區(qū)

降水量的多寡是表征一個(gè)地區(qū)氣候特征的重要?dú)庀笠?，但其?shù)和量在晝夜之間分布則對一個(gè)地區(qū)農(nóng)業(yè)、工業(yè)等各方面均有較明顯的影響[1]。降水日循環(huán)對于地表水（徑流、蒸發(fā)）影響很大，也能改變地表溫度的格局，影響大氣濕對流和云的形成，進(jìn)而改變地表的太陽輻射和長波輻射[2]。從20世紀(jì)70年代末期至今，國際上對降水日循環(huán)進(jìn)行了大量研究，Chen等[3]用NCAR的CCM（Community Climate Model,Version 2）模擬了美國每小時(shí)的降水頻率和強(qiáng)度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與觀測結(jié)果相比，模擬出的降水頻率偏高很多，而降水強(qiáng)度偏低很多。Yu等[4]首次對中國大陸區(qū)域的夏季降水日變化特征進(jìn)行了系統(tǒng)分析，指出中國夏季降水的日變化具有明顯的區(qū)域性：華南和東北地區(qū)的降水日峰值出現(xiàn)在下午，青藏高原及其東部地區(qū)在午夜達(dá)到降水極值，長江中游地區(qū)的最大降水量出現(xiàn)在清晨，而江淮、黃淮地區(qū)則呈現(xiàn)出清晨、午后雙峰并存的特征。肖卉等[5]根據(jù)江蘇省日最大降水的特征建立了省內(nèi)日最大降水的概率分布模式，指出皮爾遜III型概率分布模式能夠較好地?cái)M合大暴雨的分布特征。楊森等[6]分析指出遼寧省沿海站降水量的最大值基本出現(xiàn)在午前04—08時(shí)，而內(nèi)陸站點(diǎn)則呈雙峰值的形式，峰值分別出現(xiàn)在午前和午后。我國沿海和青藏高原地區(qū)的許多學(xué)者針對當(dāng)?shù)氐臅円菇邓兓沧隽嗽S多研究[7-11]。但這些研究均有一定的地域性，關(guān)于新疆日降水量分布的研究較少，崔彩霞等[12]分析了1960—2001年新疆晝夜降水的分布，指出新疆暖季分別有兩個(gè)頻率≥55%的夜雨區(qū)和晝雨區(qū)，夜雨區(qū)分別位于西天山北坡和西昆侖山北坡，晝雨區(qū)位于阿爾泰山南坡和天山南坡等地；到了冷季，這種條狀帶相間的格局消失。

阿勒泰地區(qū)位于新疆最北部，是新疆重要的畜牧業(yè)生產(chǎn)基地和水源地。許多學(xué)者對該地降水的形成機(jī)理、預(yù)報(bào)方法、氣候特征等方面做了大量的研究[13-19]，但很少涉及到晝夜降水的變化特征。施雅風(fēng)等[20]指出，由于全球顯著變暖和水循環(huán)加快，使得新疆暖濕化特征顯著。阿勒泰地區(qū)的暖季（5—9月）是該地農(nóng)作物和牧草的生長季節(jié)，也是主要的降雨期，對流性天氣集中，易引發(fā)洪澇災(zāi)害。在這種暖濕化背景下，探尋阿勒泰地區(qū)暖季降水主要發(fā)生在哪個(gè)時(shí)段，降水的增多是發(fā)生在白天還是夜晚，有什么分布特征，對日后的預(yù)報(bào)預(yù)警工作以及防災(zāi)減災(zāi)部署均有一定的指導(dǎo)意義。因此，本文針對該地區(qū)暖季晝夜降水時(shí)空分布及其長期變化進(jìn)行了分析。

1 資料與方法

選取阿勒泰地區(qū)觀測年限較長、資料較為完整的7個(gè)氣象站1961—2013年5—9月逐日08—20時(shí)和20—08時(shí)地面降水資料。本文規(guī)定：一日中出現(xiàn)在20:00—08:00（08:00—20:00）的降水，無論降水次數(shù)或時(shí)間長短，均作為一個(gè)夜（晝）雨日計(jì)算，其間降水的累積量作為當(dāng)日的夜（晝）雨量，夜（晝）雨量與24 h降水量的百分比為夜（晝）雨率。

利用線性回歸法[21]和M-K突變檢測法[17，22]，定性分析暖季晝夜降水的變化趨勢、突變特征等，并采用F檢驗(yàn)對趨勢系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)；用Morlet小波變換法[23-24]取其實(shí)部分析暖季晝夜降水的周期特征。

2 暖季晝夜降水的基本特征

2.1 空間分布特征

利用阿勒泰地區(qū)暖季晝夜降水資料，采用克里格插值方法，繪制了1961—2013年阿勒泰地區(qū)暖季晝雨量（日數(shù)）和夜雨量（日數(shù)）的空間分布圖（圖1）。由圖1可見，阿勒泰地區(qū)暖季夜雨量（圖1a）空間分布總體表現(xiàn)為由山麓丘陵向河谷平原減少的特征，全地區(qū)夜雨量在30.3～47.4 mm之間，大值中心位于西部的吉木乃，布爾津最小；夜雨日數(shù)（圖1b）的分布呈現(xiàn)西多東少的格局，最多日數(shù)仍位于西部的吉木乃，為40.2 d，夜雨日數(shù)最少的站為東部的青河，僅29.1 d。晝雨量的分布與夜雨量基本一致（圖1c），全地區(qū)晝雨量在42.9～65.1 mm，存在兩個(gè)大值中心，一個(gè)位于西部的吉木乃，為65.1 mm，另一個(gè)大值中心位于東部的青河，為58 mm，南部的福海最少；暖季晝雨日數(shù)的分布呈現(xiàn)為南多北少的形式，全地區(qū)晝雨日在40.1～51.8 d之間，吉木乃晝雨日數(shù)最多，其次為福海，最少的站為布爾津（圖1d）。從各臺站暖季晝夜雨量差和雨日差值分布來看，各站均呈晝雨量多于夜雨量，晝雨日多于夜雨日的分布特征，這與文獻(xiàn)[12]的結(jié)論一致。

2.2 旬、月變化特征

從暖季降水的月際分布來看，全地區(qū)晝、夜雨日均表現(xiàn)為單峰式分布，峰值為7月，9月最少。5—7月呈現(xiàn)快速上升的趨勢，8月略有減少，9月快速減少。統(tǒng)計(jì)晝夜雨日的逐旬分布，發(fā)現(xiàn)晝雨日數(shù)與夜雨日數(shù)的逐旬分布基本一致，平均旬晝雨日數(shù)最大值為3.7 d，出現(xiàn)在7月下旬，最小值為2.0 d，出現(xiàn)在9月中旬；平均旬夜雨日數(shù)最大值為2.7 d，出現(xiàn)在6月下旬、7月中旬和7月下旬，最小值出現(xiàn)在9月上旬和中旬，為1.9 d。

3 暖季晝夜降水年際變化特征

3.1 夜雨變化特征

表1為阿勒泰地區(qū)各站暖季降水線性趨勢值，由表1可知，夜雨量全地區(qū)均呈增加趨勢，以富蘊(yùn)增加趨勢最為明顯，以5.43 mm/10 a的趨勢增加，并且通過了α=0.01的顯著性檢驗(yàn)，其余各站增加趨勢在0.8～3.22 mm/10 a之間，但未通過顯著性檢驗(yàn)。夜雨日數(shù)西部的吉木乃和布爾津兩站呈弱的增加趨勢，其余各站呈減少趨勢，但僅阿勒泰、青河通過了α=0.05的顯著性檢驗(yàn)，其中阿勒泰站減少最快，為1.37 d/10a。

逐年計(jì)算暖季平均晝雨量（日數(shù)）和夜雨量（日數(shù)），得到阿勒泰地區(qū)1961—2013年暖季晝雨量（日數(shù)）和夜雨量（日數(shù)）序列，并繪制成圖2。由圖2a可見，阿勒泰地區(qū)暖季平均夜雨量最大值出現(xiàn)在1993年，為73.5 mm；最小值出現(xiàn)在1974年，僅13.3 mm。從晝雨量的年代際變化來看，70年代最少，以90年代最多，70年代到90年代呈逐年代遞增的趨勢，90年代以后又呈減少趨勢。

為了解阿勒泰地區(qū)暖季晝夜降水的突變性質(zhì)，采用Mann-Kendall突變檢驗(yàn)方法（M-K法）進(jìn)行檢測。圖中UF為順序時(shí)間秩序列統(tǒng)計(jì)量曲線，UB為逆時(shí)間秩序列統(tǒng)計(jì)量曲線。若UF或UB的值大于零，則表示序列呈上升趨勢，小于零則表示呈下降趨勢，當(dāng)它們超出臨界直線時(shí)，表示上升或下降趨勢顯逆時(shí)間秩序列統(tǒng)計(jì)量曲線。若UF或UB的值大于零，則表示序列呈上升趨勢，小于零則表示呈下降趨勢，當(dāng)它們超出臨界直線時(shí)，表示上升或下降趨勢顯著，超過臨界線的范圍確定為出現(xiàn)突變的時(shí)間區(qū)域。如果UF和UB兩條軸線在臨界線之間有交點(diǎn)，交點(diǎn)所對應(yīng)的年份則為突變開始的時(shí)間。從圖3a可以看出，阿勒泰地區(qū)暖季夜雨量的UF和UB序列在1983年相交，并且UF序列上升超過了臨界值，表明暖季夜雨量呈上升趨勢，并且在1983年前后發(fā)生了由少到多的突變。

平均夜雨日數(shù)（圖2b）最大值出現(xiàn)在1983年，為47.7 d；最小值出現(xiàn)在1974年，僅24.3 d。20世紀(jì)90年代中期后平均夜雨日數(shù)在波動中下降。90年代夜雨日數(shù)最多，2010年以后最少，就夜雨日數(shù)的年代際變化趨勢來看，與夜雨量基本一致，均表現(xiàn)為70年代到90年代呈逐年代遞增的趨勢，90年代以后又呈減少趨勢。M-K突變檢測表明，夜雨日數(shù)呈減少趨勢，并且在1972年發(fā)生了由多到少的突變。

3.2 晝雨變化特征

全地區(qū)平均晝雨量與夜雨量的線性趨勢一致，但速率小于夜雨量，晝雨量以1.27 mm/10 a的趨勢增加（表1），但未通過顯著性檢驗(yàn)。哈巴河站呈不顯著地減少趨勢，吉木乃站無明顯變化，其余各站均呈不顯著的增加趨勢；晝雨日數(shù)除吉木乃、布爾津呈不顯著的增加趨勢外，其余各站均呈減少趨勢，阿勒泰站以2.42 d/10 a的趨勢減少最快，并且通過α=0.01的顯著性檢驗(yàn)。

阿勒泰地區(qū)暖季平均晝雨量（圖2c）最大值出現(xiàn)在1992年，為105 mm；最小值出現(xiàn)在1962年，僅14.2 mm。晝雨量的年代際變化與夜雨量一致，20世紀(jì)90年代最多，70年代最少；但2010年以后晝雨量有增加的趨勢。M-K突變檢測表明，1991年晝雨量發(fā)生了由少到多的突變，但未通過顯著性檢驗(yàn)。

平均晝雨日數(shù)(圖2d）最大值出現(xiàn)在1992年，為58.7 d；最小值出現(xiàn)在1962年，為30.3 d。從年代際變化來看，20世紀(jì)80年代晝雨日數(shù)最多，2000年代最少；80年代以后，晝雨日數(shù)呈逐年代遞減的趨勢。M-K突變檢測表明，晝雨日數(shù)在1972年發(fā)生了由多到少的突變。

綜上，全地區(qū)晝夜降水量均呈增多趨勢，日數(shù)均呈減少趨勢，夜雨量的增加速率大于晝雨量，夜雨日數(shù)的減少速率小于晝雨日數(shù)，這表明該地區(qū)暖季晝夜降水的雨強(qiáng)增大，極端降水事件有所增加，并且這種變化在夜間表現(xiàn)的更為明顯；暖季晝夜降水日數(shù)均在1972年發(fā)生了由多到少的突變，夜雨量和晝雨量分別在1983年和1991年發(fā)生了由少到多的突變。雖然整體平均線性變化趨勢不顯著，但局部區(qū)域與整個(gè)區(qū)域的氣候變化趨勢并不完全同步。晝夜降水的極值比較，晝間雨量與雨日均大于夜間雨量與雨日。夜雨量、夜雨日數(shù)和晝雨量的年代際變化一致，均在20世紀(jì)90年代最多，70年代最少；晝雨日數(shù)在80年代最多，21世紀(jì)第一個(gè)10 a最少。

4 暖季晝夜降水的周期特征

4.1 夜雨周期變化

對阿勒泰地區(qū)暖季平均晝夜降水量、降水日數(shù)，分別用Morlet小波分析法分析他們的周期。圖4為 1961—2013年阿勒泰地區(qū)暖季晝夜降水序列小波變換實(shí)部，由圖可見，周期圖中都形成各種尺度正負(fù)相見的震蕩中心，顯示降水量和降水日數(shù)包含了多個(gè)尺度的周期變化。觀察其中閉合曲線的密集區(qū)，發(fā)現(xiàn)夜雨量（圖4a）在21 a左右、10 a左右的時(shí)間尺度上，正負(fù)閉合中心最為明顯。在21 a左右的時(shí)間尺度上，阿勒泰地區(qū)暖季夜雨量序列主要經(jīng)歷了“多—少—多—少—多—少”的交替演變，其中20世紀(jì)60年代初期偏多，60年代中期到70年代中期偏少，70年代中期到80年代中期偏多，80年代中期到90年代偏少，2000—2007年偏多，2007年以后偏少。此外10 a左右的周期70年代開始顯現(xiàn)并且在80年代末到90年代尤為顯著。暖季夜雨日數(shù)（圖4b）存在著30～35 a、7～8 a、5 a左右的周期特征，在30～35 a的時(shí)間尺度上，經(jīng)歷了“多—少—多—少”的交替演變，60年代前期夜雨日數(shù)偏多，60年代中期到80年代初期夜雨日數(shù)偏少，80年代中期到90年代夜雨日數(shù)偏多，2000年以后夜雨日數(shù)偏少。60年代到80年代中期夜雨日數(shù)還存在著7～9 a的時(shí)間尺度，80年代中期以后夜雨日數(shù)再無明顯的短周期顯現(xiàn)。

4.2 晝雨周期變化

阿勒泰地區(qū)暖季晝雨量（圖4c）僅存在著15 a左右的顯著周期，并且在20世紀(jì)80年代到90年代中期這種周期尺度最為強(qiáng)烈。暖季晝雨日數(shù)（圖4d）在24～26 a、6～9 a的時(shí)間尺度上，正負(fù)閉合中心最為明顯。在24～26 a的時(shí)間尺度上，晝雨日數(shù)經(jīng)歷了“少—多—少—多—少”的交替演變，60年代前期晝雨日數(shù)偏少，60年代中期到70年代中期晝雨日數(shù)偏多，70年代后期到80年代末晝雨日數(shù)偏少，90年代到21世紀(jì)初晝雨日數(shù)偏多，2005年以后晝雨日數(shù)偏少；90年代以前6～9 a的周期尺度較為顯著。

可見，雖然晝夜雨量和日數(shù)各自有其周期變化特征，但也有共性存在，目前夜雨量、夜雨日數(shù)、晝雨日數(shù)均處于偏少時(shí)期。

5 結(jié)論

（1）阿勒泰地區(qū)暖季晝夜雨量空間分布基本一致，總體表現(xiàn)為由山麓丘陵向河谷平原減少的特征，大值中心均位于西部的吉木乃站；夜雨日數(shù)的分布呈現(xiàn)西多東少的格局，晝雨日數(shù)呈現(xiàn)南多北少的格局，西部的吉木乃站晝夜雨日數(shù)均為最多。各站暖季晝夜雨量差和雨日差值均呈晝雨量多于夜雨量，晝雨日多于夜雨日的分布。

（2）全地區(qū)晝、夜降雨日數(shù)的月際分布均表現(xiàn)為單峰式分布，峰值在7月，9月最少。晝雨日數(shù)與夜雨日數(shù)的旬際分布基本一致，7月下旬最多，9月上旬最少。

（3）全地區(qū)晝夜降水量均呈增多趨勢，日數(shù)均呈減少趨勢，夜雨量的增加速率大于晝雨量，夜雨日數(shù)的減少速率小于晝雨日數(shù)，這表明該地區(qū)暖季晝夜降水的雨強(qiáng)增大，極端降水事件有所增加，并且這種變化在夜間表現(xiàn)的更為明顯；暖季晝夜降水日數(shù)均在1972年發(fā)生了由多到少的突變，夜雨量和晝雨量分別在1983年和1991年發(fā)生了由少到多的突變。晝夜降水的極值比較，晝間雨量與雨日均大于夜間雨量與雨日。夜雨量和夜雨日數(shù)和晝雨量的年代際變化一致，均在20世紀(jì)90年代最多，70年代最少；晝雨日數(shù)在80年代最多，21世紀(jì)第1個(gè)10 a最少。

（4）Morlet小波分析表明暖季夜雨量具有20 a、10 a的周期特征，夜雨日數(shù)存在著30～35 a、7～8 a、5 a左右的周期特征；晝雨量僅存在15 a左右的顯著周期，晝雨日數(shù)具有24～26 a、6～9 a的時(shí)間尺度周期。晝夜雨量和日數(shù)既有其各自的周期變化特征，也有共性所在，目前夜雨量、夜雨日數(shù)、晝雨日數(shù)均處于偏少時(shí)期。

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Climate Characteristics of the Diurnal Precipitation in Altay in the Warm Season

BAI Songzhu1，LI Boyuan2，HUANG Xiaohua1
（1.Altay Meteorological Bureau，Altay 836500，China；2.Qinghe Meteorological Bureau，Qinghe 836500，China）

Using daily precipitation data from seven weather stations from May to September in 1961-2013,climate statistical characteristics and the change of day-night rainfall in Altay in the warm season was analyzed with mathematical statistics.The results show as follows（.1）In the warm season day and night rainfall spatial distributions were basically consistent in Aletai nearly 50 years,with a decreasing trend from the foothills to river valley plain.In the warm season precipitation and rainy days number in daytime were more than those in nighttime at each station.（2）Rose distribution of day-night rainfall days showed single peak type,and peak value was in July in the whole area.（3）Daily precipitation showed an increasing trend in Aletai,precipitation days number showed a decreasing trend.The rate of increasing of nighttime precipitation was larger,and the rate of decreasing of the days number of nighttime rain wass less.It means intensity of daynight precipitation in the warm season became strengthening,extreme precipitation events increased, and the two kinds of changes were more obviously.（4）The inter-annual variability of nighttime precipitation and its days number were consistent with that of daytime.And that were the most in 1990s,and the least in 1970s.The days number of nighttime rainfall was the most in 1980s,and the least in 2000s.Days of day-night rainfall mutated in 1972.The day and night precipitation mutated in 1983 and 1991.（5）Morlet wavelet analysis of warm season rainfall showed periodic variation of day and night precipitation and their days are different,but there were similarities between them.For the current time,the nighttime precipitation,days of nighttime rainfall，days of daytime rain,are in the periods of less than normal.

diurnal rainfall；climate characteristics；Altay

P26.614

B

1002-0799（2015）01-0045-07

白松竹，李博淵，黃曉華.阿勒泰地區(qū)暖季晝夜降水氣候特征[J].沙漠與綠洲氣象，2015，9（1）：45-51.

10.3969/j.issn.1002-0799.2015.01.008

2014-08-19；

2014-12-02

新疆氣象局科研項(xiàng)目（201314）。

白松竹(1979-)，女，工程師，現(xiàn)主要從事短期天氣預(yù)報(bào)工作。E-mail：bai-1009@163.com