新疆1979—2013年降水量時(shí)空變化特征和趨勢(shì)分析

殷剛, 李蘭海, 孟現(xiàn)勇, 王蕾， 劉洋,4

(1.中國(guó)科學(xué)院 新疆生態(tài)與地理研究所,新疆 烏魯木齊 830011; 2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院 流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100038; 3.新疆林業(yè)科學(xué)院 現(xiàn)代林業(yè)研究所，新疆 烏魯木齊830000； 4.新疆大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830046)

新疆1979—2013年降水量時(shí)空變化特征和趨勢(shì)分析

殷剛1, 李蘭海1, 孟現(xiàn)勇2, 王蕾3， 劉洋1,4

(1.中國(guó)科學(xué)院 新疆生態(tài)與地理研究所,新疆 烏魯木齊 830011; 2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院 流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100038; 3.新疆林業(yè)科學(xué)院 現(xiàn)代林業(yè)研究所，新疆 烏魯木齊830000； 4.新疆大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830046)

新疆地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱且對(duì)氣候變化敏感，在全球氣候變化背景下，新疆生態(tài)環(huán)境及水資源可持續(xù)發(fā)展方面均面臨巨大的挑戰(zhàn)。以新疆降水為重點(diǎn)研究對(duì)象，應(yīng)用歐洲中期數(shù)值預(yù)報(bào)中心(European Centre for Medium-range Weather Forecasts,ECMWF)的全球再分析氣象數(shù)據(jù)(ECMWF Re-Analysis-Interim)探究新疆的降水變化規(guī)律。研究結(jié)果表明：新疆地區(qū)南北疆、山地、平原、盆地、荒漠和沙漠不同地域的氣候差異極為顯著，北疆的降水量多于南疆，西部的降水量多于東部。其中，西部伊犁地區(qū)降水量達(dá)東部哈密地區(qū)的近6倍；此外，山區(qū)降水量遠(yuǎn)多于盆地，天山山區(qū)的年降水量約235.65 mm。通過(guò)分析1979—2013年降水量數(shù)據(jù)時(shí)間序列和月、季度、年各氣候區(qū)劃的降水量均值和變化趨勢(shì)發(fā)現(xiàn)，新疆不同氣候區(qū)劃的降水量差異顯著。其中，天山北坡氣候區(qū)降水充沛，多年平均降水量達(dá)278.52 mm，為新疆降水量最多的氣候區(qū)，阿爾泰山氣候區(qū)次之，多年平均降水量達(dá)221.91 mm，北疆準(zhǔn)噶爾盆地氣候區(qū)的年降水量為181.87 mm，而南疆塔里木盆地氣候區(qū)的多年平均降水量?jī)H為66.03 mm。本研究總體認(rèn)為：新疆降水量時(shí)空分布呈現(xiàn)北疆多、南疆少，山地多、平原少，夏季多、冬季少的時(shí)空分布特征。研究結(jié)果將為新疆水資源對(duì)氣候變化的響應(yīng)研究起到重要的推動(dòng)作用。

降水量;干旱半干旱區(qū);ECMWF再分析數(shù)據(jù);氣候分區(qū);新疆

新疆地處中緯度地區(qū)，屬于典型的大陸性氣候。該地區(qū)冬冷夏熱，氣溫年、日較差大，光照充足[1]。由于其遠(yuǎn)離海洋，高山環(huán)繞，致使該地區(qū)降水稀少[2]。新疆地形特征造就了其氣候要素的巨大空間異質(zhì)性，尤其在山區(qū)具有明顯的氣候垂直差異。新疆北部的阿爾泰山、中部的天山和南部的昆侖山以及準(zhǔn)噶爾盆地和塔里木盆地使新疆具有“三山兩盆”的復(fù)雜地形。氣候和生態(tài)環(huán)境脆弱、差異大，組成了一個(gè)巨大的山地—綠洲—荒漠生態(tài)系統(tǒng)[3]。暴雪、雪崩、寒潮、沙塵暴等氣象災(zāi)害對(duì)高發(fā)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生直接影響。這一特殊的自然地理環(huán)境和復(fù)雜多變的氣候?qū)υ摰貐^(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了重大影響[4-5]。研究新疆的氣候變化及其對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響成為西北干旱區(qū)氣候變化和生態(tài)環(huán)境研究的熱點(diǎn)[6-7]。新疆水資源的極度短缺、干旱和極端天氣的頻發(fā)[8-9]使得新疆降水變化的研究工作日益重要和緊迫[10-11]，不同的研究方法可以從不同尺度和精度分析和研究新疆降水變化的特征和規(guī)律[12-14]。

新疆屬于中國(guó)西北干旱區(qū)，深處內(nèi)陸、遠(yuǎn)離海洋，屬于大氣水汽輸送的末端，南有青藏高原阻隔印度洋水汽，所以隨西風(fēng)環(huán)流而來(lái)的大西洋的水汽成為西北干旱區(qū)唯一的水汽來(lái)源[15-16]。該地區(qū)海拔高、日照時(shí)間長(zhǎng)、晝夜溫差大，四季分明，夏季干旱少雨。北疆冬季漫長(zhǎng)，降水主要集中在山區(qū)，天山是中亞干旱區(qū)最重要的水源地，新疆70%的河流源于天山山區(qū)[17-18]。新疆的植被覆蓋和生長(zhǎng)與是否擁有充足的水源密切相關(guān)，新疆南疆的塔里木河、克里雅河為沿河沙漠胡楊的生長(zhǎng)提供水分，西天山的伊犁河谷降雨充沛，是植被生長(zhǎng)最為茂盛的地區(qū)[19-20]。

上述研究表明，新疆氣候變化已成為區(qū)域研究的焦點(diǎn)，但針對(duì)區(qū)域范圍內(nèi)的氣候變化研究還不夠全面、深入，新疆地域遼闊，地形復(fù)雜，山盆相間，降水和氣溫變化在水平和垂直方向具有明顯的空間分異特征，在全球氣候變暖的大背景下，各區(qū)域的氣候變化趨勢(shì)與強(qiáng)度并不完全一致。目前，關(guān)于新疆氣候變化的研究主要基于氣象站點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)，少有采用氣候分區(qū)方法研究新疆降水。在當(dāng)前生態(tài)和農(nóng)業(yè)用水需求日益增加而水資源短缺的情況下[21-22]，采用氣候區(qū)劃來(lái)研究新疆氣候變化特征十分必要。

近10年來(lái)，各種全球氣象再分析資料不斷涌現(xiàn)，由于歐洲中期數(shù)值預(yù)報(bào)中心(ECMWF)推出幾乎包括降水和氣溫所有氣象要素在內(nèi)的再分析資料，具有較好的時(shí)空精度和較廣的時(shí)空范圍，在全球和區(qū)域氣候變化和天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中得到了廣泛應(yīng)用[23-24]。此后，國(guó)內(nèi)外學(xué)者們相繼開展了基于ECMWF再分析資料對(duì)水分循環(huán)要素的研究。黃榮輝等[25]利用ECMWF再分析資料1980—1989年逐日比濕場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)分析了夏季東亞季風(fēng)與印度季風(fēng)水汽輸送的差別，結(jié)果表明東亞夏季風(fēng)降水主要是由夏季風(fēng)帶來(lái)的水汽平流引起的，而印度季風(fēng)區(qū)夏季降水主要是由夏季風(fēng)環(huán)流系統(tǒng)的風(fēng)場(chǎng)輻合所引起的。戴新剛等[26]利用ECMWF 再分析資料對(duì)新疆水汽源地的變化和該地區(qū)夏季降水增多的主要機(jī)制進(jìn)行了研究，結(jié)果表明,1987年以前新疆的水汽主要來(lái)自其以西的湖泊或海洋，其后水汽更多地直接來(lái)自較高緯度帶，新疆北部地區(qū)夏季降水增多的主要機(jī)理之一是瞬變擾動(dòng)活動(dòng)的增加。蔣興文等[27]利用ECMWF再分析資料，首次從水汽輸送異常入手，來(lái)尋找與之對(duì)應(yīng)的降水類型，發(fā)現(xiàn)水汽輸送異常的第一模態(tài)的變化與長(zhǎng)江流域的降水存在較好的關(guān)系。本文利用1979—2013年ERA_Interim降水資料，對(duì)新疆的氣候變化特征進(jìn)行分析，以期為新疆山區(qū)和盆地區(qū)域氣候變化研究提供一定的參考。

1 研究區(qū)概況

新疆屬于典型的大陸性氣候。干熱風(fēng)與沙塵暴頻發(fā)，在這里沒(méi)有灌溉就沒(méi)有農(nóng)業(yè)。南疆氣溫高于北疆，山地氣溫垂直遞減明顯。光熱資源極為豐富，新疆太陽(yáng)總輻射量達(dá)(5 440～6 280)MJ·m-2，年平均日照時(shí)數(shù)達(dá)2 500～3 400 h，是全國(guó)日照時(shí)數(shù)最多的地區(qū)之一[28-30]。年平均氣溫4～14 ℃，天山北麓大于等于10 ℃的積溫為3 000～3 600 ℃，而南疆則高達(dá)4 700 ℃[7]。

新疆年均降水量2 588×108m3,折合降水深度為157 mm。新疆的西部、北部及中部的高大山脈為攔截深入內(nèi)陸空中的由緯向西風(fēng)環(huán)流帶來(lái)的西來(lái)水汽和北冰洋的干冷水汽提供了有利條件，形成了干旱區(qū)山地降水遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于盆地平原的特征[31-32]。山區(qū)總面積占全疆總面積的42.7%，多年平均降水量2 062×108m3，折合降水深度為294 mm，占全疆總降水量的81.1%。平原區(qū)面積(含沙漠和荒漠區(qū))占全疆總面積的57.3%，多年平均降水資源量482×108m3，折合降水深度僅為51.1 mm，占全疆降水量的18.9%[33]。就北疆和南疆分別而論，北疆山地降水一般在400～800 mm，盆地邊緣降水一般在150～200 mm，盆地中心降水約為100 mm；南疆山地降水一般在200～500 mm，盆地邊緣降水一般在50～80 mm，其東南邊緣僅為20～30 mm，盆地中心降水僅為20 mm[34]。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

數(shù)據(jù)采用歐洲中期數(shù)值預(yù)報(bào)中心(ECMWF)再分析全球氣象數(shù)據(jù)ECMWF Re-Analysis (簡(jiǎn)稱ERA_Interim)[13]，從ERA_Interim數(shù)據(jù)集網(wǎng)站(http://apps.ecmwf.int/datasets/data/interim-full-daily/)下載ERA_Interim數(shù)據(jù)集中的1979—2013年日降水?dāng)?shù)據(jù)，分析和研究新疆的降水變化。

2.2 研究方法

由于新疆地域遼闊，根據(jù)新疆的地形和氣候特征對(duì)新疆進(jìn)行氣候區(qū)劃。參考《新疆綜合自然區(qū)劃概要》[35]《中國(guó)干旱區(qū)自然地理》[2]《新疆氣候》[3]，結(jié)合新疆地形圖(圖1)、植被空間分布圖、新疆降水空間分布圖、氣溫空間分布圖，將新疆北疆和南疆、山地和平原、沙漠和綠洲、流域和戈壁分為不同的氣候區(qū)劃級(jí)別進(jìn)行研究，分析氣溫和降水的變化。北疆和南疆均采用從北往南順序進(jìn)行區(qū)劃編號(hào)，北疆北起阿爾泰山南至天山北坡，南疆北起天山南坡南到昆侖山。

圖1 新疆地形圖

新疆的氣候受地形、緯度等自然地理特征的影響很大。天山橫亙新疆中部，是干旱中溫帶和干旱暖溫帶形成的重要因素和分界線。新疆一級(jí)氣候區(qū)劃為北疆中溫帶干旱大區(qū)和南疆暖溫帶干旱大區(qū)。一級(jí)區(qū)按照天山山脊線把新疆分為南、北疆兩個(gè)大區(qū)，發(fā)源于天山的河流、流到塔里木盆地或天山南坡山間盆地的流域范圍屬于南疆，其他流域范圍屬于北疆[35]。北疆和南疆兩個(gè)大區(qū)不論山地、山前平原或荒漠，在氣候、水文、土壤和植被方面，都反映了北疆溫帶和南疆暖溫帶的南北自然條件差異。

新疆二級(jí)氣候區(qū)劃按照山系、山前傾斜平原及沙漠分為6個(gè)二級(jí)區(qū)劃。按照大地貌特征，新疆境內(nèi)從北向南可分為阿爾泰山、準(zhǔn)噶爾盆地、天山、塔里木盆地、昆侖山系5個(gè)地貌單元，即所謂三大山系包圍兩大盆地。這5個(gè)地貌單元都是東西走向，為橫向帶狀，是5個(gè)氣候特征差異明顯的自然氣候地理單元，可作為新疆氣候區(qū)劃中二級(jí)氣候區(qū)的自然單元。為了反映天山南坡和北坡的差異，把天山北坡劃入北疆中溫帶干旱大區(qū)，把天山南坡劃入南疆暖溫帶干旱大區(qū)，更能反映實(shí)際存在的地區(qū)氣候變化差異。因此，沿天山山脊線把天山分為天山北坡與天山南坡兩個(gè)氣候區(qū)，所以新疆二級(jí)氣候區(qū)劃有6個(gè)自然地理單元，如圖2所示并見(jiàn)表1。

圖2 新疆二級(jí)氣候區(qū)劃

一級(jí)區(qū)劃二級(jí)區(qū)劃區(qū)劃符號(hào)北疆溫帶(N)區(qū)阿爾泰山氣候區(qū)N1準(zhǔn)噶爾盆地氣候N2天山北坡氣候區(qū)N3南疆暖溫帶(S)區(qū)天山南坡氣候區(qū)S1塔里木盆地氣候S2昆侖山氣候區(qū)S3

分析國(guó)家基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)和再分析數(shù)據(jù)，大部分地區(qū)年降水量不超過(guò)100 mm，極度干旱，只有天山北側(cè)準(zhǔn)噶爾盆地年降水量達(dá)到100～200 mm。天山素有“中亞水塔”之稱，高大的山形攔阻了較多的可承接水汽，降水豐富，如天山中山帶年降水量達(dá)300 mm以上，是新疆和中亞眾多河流和地表徑流的水源地[36-37]。

新疆阿爾泰山和塔城山區(qū)、伊犁河谷、天山北坡、塔里木盆地西部綠洲和昆侖山部分區(qū)域有植被覆蓋，準(zhǔn)噶爾盆地、吐哈盆地、塔里木盆地和羅布泊地區(qū)為干旱少雨的荒漠無(wú)植被覆蓋區(qū)[38]。

新疆年降水量空間分布和地形相關(guān)，從新疆年降水量的空間分布可以看出，新疆年降水量200 mm以上的區(qū)域全部在山區(qū)，主要在天山、阿爾泰山和昆侖山，新疆山區(qū)降水是新疆南北疆生活用水、生態(tài)用水、農(nóng)業(yè)灌溉用水和工業(yè)用水最重要的來(lái)源[21，31]。受全球氣候變化和下墊面的影響，降水量的空間格局每年發(fā)生變化。新疆的降水量各地區(qū)差異較大，受大氣環(huán)流走向的地形的影響，山地降水多于平原，北疆多于南疆，西部多于東部，迎風(fēng)坡多于背風(fēng)坡，沙漠或盆地邊緣多于沙漠或盆地中心[39]。新疆伊犁河谷年降水量417.6 mm，山區(qū)達(dá)600 mm，是新疆最濕潤(rùn)的地區(qū)。多年平均降水量最少的地區(qū)是羅布泊地區(qū)，年降水量只有42 mm，少于塔里木盆地的年降水量(66 mm)，屬于極度干旱地區(qū)。

本文基于ERA_Interim降水?dāng)?shù)據(jù)分析研究新疆降水量的時(shí)空變化特征和趨勢(shì)。降水?dāng)?shù)據(jù)采用時(shí)間序列長(zhǎng)度為35 a(1979—2013年)的日降水量，從日降水量數(shù)據(jù)集分別按月、季度、年求和計(jì)算得到月、季度、年降水量數(shù)據(jù)。其中季度劃分為：春季(MAM:March,April,May)，夏季(JJA:June,July,August)，秋季(SON:September,October，November)，冬季(DJF:December,January,February)。ERA_Interim降水?dāng)?shù)據(jù)的空間水平分辨率為0.125°，覆蓋了整個(gè)研究區(qū)——新疆和附近地區(qū)，包括天山全境和整個(gè)阿爾泰山。通過(guò)R語(yǔ)言結(jié)合Linux shell程序設(shè)計(jì)調(diào)用CDO(Climate Data Operators)氣象處理軟件將月、季度、年降水量數(shù)據(jù)劃分到新疆各個(gè)氣候區(qū)得到包括一級(jí)和二級(jí)氣候區(qū)劃在內(nèi)的各個(gè)氣候區(qū)劃的日、月、季度、年降水量數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上對(duì)新疆各氣候區(qū)的降水量空間分布以及1979—2013年降水量時(shí)間序列和月、季度、年各氣候區(qū)劃降水量均值和變化趨勢(shì)進(jìn)行分析和研究。

3 降水量時(shí)空變化特征和趨勢(shì)分析

氣象和水文研究中的水系和徑流通常用藍(lán)色表示(中國(guó)水文信息網(wǎng)全國(guó)水雨情信息，http://xxfb.hydroinfo.gov.cn/ssIndex.html)，本文在新疆降水空間分布中用藍(lán)色和淡藍(lán)色表示降水量多的區(qū)域，用紅色和深黃色表示降水量少的區(qū)域。

由于新疆水汽來(lái)源受全球氣候變化的影響，年降水量隨時(shí)間呈現(xiàn)周期性波動(dòng)，而新疆復(fù)雜的地形和地貌使得新疆的降水在水平和垂直方向上具有很大的空間分異性[39]。

3.1 新疆年和四季降水量空間分布

3.1.1 新疆1979—2013年降水量均值空間分布

圖3—7為新疆年和四季1979—2013年多年降水量均值空間分布圖。數(shù)據(jù)分析表明，新疆降水量主要集中在春季和夏季，秋季和冬季降水量較少，新疆的低山和平原區(qū)是中國(guó)降水量最少的地區(qū)。

圖3 新疆1979—2013年多年降水量均值空間分布圖

圖4 新疆春季降水量多年均值空間分布圖

圖5 新疆夏季降水量多年均值空間分布圖

圖6 新疆秋季降水量多年均值空間分布圖

圖7 新疆冬季降水量多年均值空間分布圖

3.1.2 新疆各氣候區(qū)劃年和四季降水量分析

表2為新疆各氣候區(qū)劃1979—2013年和四季降水量均值。圖8—9為新疆各氣候區(qū)劃1979—2013年和四季降水量均值直方圖。

表2 新疆年和四季降水量均值 mm

注：F代表新疆，其他區(qū)劃符號(hào)同前。

圖8 新疆1979—2013年降水量均值直方圖

圖9 新疆1979—2013年四季多年降水量均值直方圖

由圖8—9可知：①新疆不同氣候區(qū)的降水量差異顯著。天山北坡氣候區(qū)降水充沛，多年平均降水量達(dá)278.52 mm，是新疆降水量最多的氣候區(qū)；其次是阿爾泰山氣候區(qū)，多年平均降水量為221.91 mm；降水量最少的是塔里木盆地氣候區(qū)，其多年平均降水量只有66.03 mm，又因日照充足,平均氣溫高，降水量小于蒸發(fā)量，所以極度干旱。②新疆降水量時(shí)空分布呈現(xiàn)北疆多、南疆少，山地多、平原少，夏季多、冬季少的時(shí)空分布特征。

3.1.3 新疆月降水量分析

圖10為新疆及各氣候區(qū)1979—2013年1—12月多年降水量均值。新疆各氣候區(qū)1—12月多年降水量均值變化趨勢(shì)接近，在夏季的7月，降水量達(dá)到最大值，其次是夏季的6月。在冬季的12月和1月，降水量達(dá)到最小值。新疆最北端的阿爾泰山氣候區(qū)在11月的降水量大于9月和10月的降水量。

圖10 新疆1979—2013年1—12月降水量均值

3.2 新疆年和四季降水量時(shí)間序列分析

3.2.1 新疆年和四季降水量時(shí)間序列

圖11—15為新疆及各氣候區(qū)1979—2013年降水量時(shí)間序列。從圖11可以看出：在1983年、1985年、1986年和1997年，新疆降水量偏少，是枯水年；在2002年、2003年和2010年，新疆降水量較多，均大于200 mm，是豐水年。

圖11 新疆及各氣候區(qū)1979—2013年降水量

圖12 新疆1979—2013年春季降水量

圖13 新疆1979—2013年夏季降水量

圖14 新疆1979—2013年秋季降水量

圖15 新疆1979—2013年冬季降水量

從時(shí)間序列可以看出，各氣候區(qū)雖然降水量不同，但是北疆3個(gè)氣候區(qū)降水量變化趨勢(shì)基本一致，降水量呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，發(fā)生周期性變化，天山北坡和阿爾泰山的降水量變化最為劇烈。天山北坡最大年降水量(418.59 mm，2002年)是最小年降水量(178.42 mm，1997年)的2.35倍，阿爾泰山最大年降水量(380.82 mm，2010年)是最小年降水量(112.81 mm，1982年)的3.38倍。雖然阿爾泰山的降水量小于天山北坡的，但是阿爾泰山的年降水量變化幅度最大達(dá)到268.01 mm，超過(guò)了天山北坡的年降水量變化最大幅度(240.17 mm)和昆侖山的年降水量變化最大幅度(233.90 mm)，是新疆年降水量變化幅度最大的氣候區(qū)。

從表2和圖11—15可知：天山北坡的年和四季降水量最大，分別達(dá)到278.52、74.69、123.52、55.99、24.09 mm；其次是阿爾泰山，年和四季降水量分別為221.91、52.17、82.80、52.13、34.51 mm；塔里木盆地的年降水量最小，年和四季降水量分別只有66.03、15.33、34.73、10.60、5.32 mm。分析各氣候區(qū)年和四季降水量多年均值，北疆各氣候區(qū)的年和四季降水量明顯大于南疆各氣候區(qū)的，所有氣候區(qū)的四季降水量中夏季降水量最大，冬季降水量最小，春季降水量大于秋季降水量。夏季和冬季降水量差異最大的是天山北坡，其差值達(dá)99.45 mm，其次是天山南坡，夏季和冬季降水量差值為92.60 mm，而差異最小的是塔里木盆地，夏季和冬季降水量差值為29.41 mm。春季和秋季降水量差異最大的也是天山北坡，其差值達(dá)18.70 mm，其次是天山南坡，春季和秋季降水量差值為13.02 mm，而春季和秋季降水量差異最小的是阿爾泰山，其差值僅0.04 mm。從各氣候區(qū)年和四季降水量時(shí)間序列還可以看出，降水量大的山區(qū)降水量波動(dòng)變化幅度大于降水量小的盆地降水量波動(dòng)變化幅度。

3.2.2 新疆年和四季降水量距平

降水量變化與氣溫變化有一個(gè)明顯的差別，即空間變率大。圖16—17為新疆年和四季降水量距平。由圖16—17可知，冬季年降水量距平較小，春季、夏季和秋季降水量距平變化幅度較大，原因是新疆冬季降水量少于其他季節(jié)，降水的豐水年和枯水年交替出現(xiàn)，往往豐水年之后1 a或2 a就出現(xiàn)枯水年。新疆降水量周期性變化可能受厄爾尼諾(ENSO)影響。

2002年之后，春季降水量為正距平；2002年之前，春季降水量主要為負(fù)距平；2002年是一個(gè)時(shí)間轉(zhuǎn)折點(diǎn)，夏季和春季相似。說(shuō)明從長(zhǎng)時(shí)間序列看，新疆降水量呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。

圖16 新疆年降水量距平

圖17 新疆四季降水量距平

3.3 新疆年和四季降水量變化趨勢(shì)

3.3.1 新疆年和四季降水量變化線性趨勢(shì)

圖18為新疆各氣候區(qū)年和四季降水量線性趨勢(shì)直方圖。該圖反映了新疆北疆和南疆各氣候區(qū)降水量均呈增加趨勢(shì)，山區(qū)降水量的增加趨勢(shì)較為顯著，春季降水量增加較多，其次是夏季，冬季除阿爾泰山降水量增加明顯外，其他氣候區(qū)降水量增加不顯著。新疆各氣候區(qū)降水量增加的趨勢(shì)與目前國(guó)內(nèi)外氣候變化研究領(lǐng)域關(guān)于新疆氣候變化增暖增濕的結(jié)論相一致，天山北坡和昆侖山降水量的增加趨勢(shì)遠(yuǎn)高于其他地區(qū)。

圖18 新疆年和四季降水量變化線性趨勢(shì)

從表2和圖18可以看出：在所有氣候區(qū)中，天山北坡和昆侖山的年降水量增加趨勢(shì)最大，分別為5.12、5.36 mm/a；塔里木盆地年降水量增加趨勢(shì)最小，只有1.02 mm/a；各氣候區(qū)除北疆、阿爾泰山和準(zhǔn)噶爾盆地冬季降水量增加趨勢(shì)大于春、夏、秋季，其他氣候區(qū)夏季降水量的增加趨勢(shì)均明顯大于春、秋、冬季降水量的增加趨勢(shì)；各氣候區(qū)除天山南坡的秋季降水量增加趨勢(shì)大于春季的之外，其他氣候區(qū)的春季降水量增加趨勢(shì)均大于秋季的；在各氣候區(qū)中，阿爾泰山的冬季降水量增加趨勢(shì)最大，而春、夏、秋季降水量增加趨勢(shì)最大的是天山北坡，各季節(jié)降水量增加趨勢(shì)最小的是塔里木盆地。

3.3.2 新疆年和四季降水量年際變化趨勢(shì)

圖19—23為新疆及各氣候區(qū)年和四季降水量年際變化趨勢(shì)。由圖可知，新疆各氣候區(qū)四季降水量年際變化趨勢(shì)不同，同一氣候區(qū)不同季節(jié)的降水量年際變化趨勢(shì)也不同，同一季節(jié)不同氣候區(qū)的降水量年際變化趨勢(shì)也不同，同一氣候區(qū)同一季節(jié)但是不同年際的變化趨勢(shì)均不同。

新疆年降水量年際變化線性趨勢(shì)為四季降水量年際變化線性趨勢(shì)的代數(shù)和。降水量大的山區(qū)，其年際變化線性趨勢(shì)絕對(duì)值大于降水量較小的平原和盆地。新疆各氣候區(qū)降水量最多的夏季的年際變化線性趨勢(shì)絕對(duì)值遠(yuǎn)大于春季、秋季和冬季。

圖19 新疆年降水量年際變化趨勢(shì)

圖20 新疆春季降水量年際變化趨勢(shì)

圖21 新疆夏季降水量年際變化趨勢(shì)

圖22 新疆秋季降水量年際變化趨勢(shì)

圖23 新疆冬季降水量年際變化趨勢(shì)

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)新疆進(jìn)行氣候分區(qū)、應(yīng)用高分辨率再分析降水?dāng)?shù)據(jù)開展研究，其結(jié)果能夠反映出新疆年和季節(jié)降水總量的變化。北疆和南疆各個(gè)氣候區(qū)劃的降水量均呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，北疆的降水量增加趨勢(shì)大于南疆，山區(qū)降水量增加趨勢(shì)大于平原和盆地。春季降水量的增加趨勢(shì)大于其他季節(jié)，秋季降水量的增加趨勢(shì)小于其他季節(jié)。對(duì)新疆各氣候區(qū)降水量進(jìn)行年際變化趨勢(shì)分析可知，雖然1979—2013年各氣候區(qū)降水量均為增加趨勢(shì)，但是各氣候區(qū)降水量年際變化趨勢(shì)正值和負(fù)值交替出現(xiàn)，變化趨勢(shì)主要為增加趨勢(shì)。結(jié)合新疆山區(qū)和平原氣溫增加的趨勢(shì)，表明隨著全球氣候變化，新疆的氣候變化呈現(xiàn)增暖增濕的趨勢(shì)，這一趨勢(shì)在新疆的天山山區(qū)尤為顯著。新疆山區(qū)降水量顯著增加可能與全球氣溫升高導(dǎo)致海水蒸發(fā)增加、從而使山區(qū)降水水汽來(lái)源增加有關(guān)。

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AResearchofPrecipitationTrendandFluctuationinXinjiangfrom1979to2013

YIN Gang1, LI Lanhai1, MENG Xianyong2, WANG Lei3, LIU Yang1,4

(1.Xinjiang Institute of Ecology and Geography, Chinese Academy of Sciences, Urumqi 830011, China; 2.State Key Laboratory of Simulation and Regulation of Water Cycle in River Basin, China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing 100038, China; 3.Institute of Modern Forestry, Xinjiang Academy of Forestry Science, Urumqi 830000, China;4.School of Resources and Environment Science, Xinjiang University, Urumqi 830046, China)

Xinjiang has the unique geographical position and weak ecological environment, so it is very sensitive to climate change. Under the background of global climate change, the sustainable development of ecological environment and water resources in Xinjiang face great challenge. In order to study the characteristics of precipitation variation in Xinjiang, the ECMWF reanalysis data ERA_Interim was used to investigate the change of precipitation in Xinjiang. The results show significant differences in climate in northern and southern Xinjiang as well as in the mountains, the plain, the basin, the wilderness and the desert, there is more precipitation in northern Xinjiang than in southern Xinjiang, and the western part is more than the eastern part. The precipitation in western Yili is almost 6 times as high as that in eastern Hami, the precipitation in the mountains is more than that in the basin, and the annual precipitation in Tianshan Mountains is about 235.65 mm. In addition, by analyzing the time series of precipitation in Xinjiang during 1979—2013, and monthly, quarterly and annual precipitation averages and variation trend of each climatic region, there are significant differences in precipitation in different climatic region in Xinjiang. There is abundant precipitation in the northern slope of Tianshan Mountains, the annual average precipitation reaches 278.52 mm where is the most precipitation place in Xinjiang and is followed by the precipitation in the mountains areas of Altai, and the annual average precipitation reaches 221.91 mm. The annual average precipitation in the climate region of Junggar Basin in northern Xinjiang is 181.87 mm, while the annual average precipitation in the climate region of Tarim Basin in southern Xinjiang is only 66.03 mm. This study finds that the precipitation in northern Xinjiang is more than that in southern Xinjiang, the precipitation in mountainous area is more than that in plain, and the precipitation in summer is more than that in winter. This study provides an important scientific basis for studying the response of water resources to climate change in Xinjiang.

precipitation; arid and semi-arid region; ECMWF reanalysis data; climatic regionalization; Xinjiang

2017-02-09

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41461023,41561100)。

殷剛(1971—),男,陜西西安人，講師，博士,從事氣候變化和水文方面的研究。E-mail:646245643@qq.com。

孟現(xiàn)勇(1987—),男,寧夏銀川人，博士,從事陸面與水文模式耦合方面的研究。E-mail:mxy@iwhr.com。

10.3969/j.issn.1002-5634.2017.05.003

TV121

A

1002-5634(2017)05-0019-09

(責(zé)任編輯喬翠平)