新疆伊寧市1952年～2015年氣溫及降水量變化特征分析

肉孜買買提·阿不來提

(新疆伊犁水文勘測(cè)局，新疆伊寧835000)

1 引言

近幾十年來，全球氣候變化已造成多地洪澇災(zāi)害頻發(fā)，給人們的生產(chǎn)生活帶來了嚴(yán)重影響。氣候變化也在不斷的改變水文特征，對(duì)水資源的合理分配使用以及人類、動(dòng)植物生存的自然環(huán)境造成極大的負(fù)面影響。在全球氣候變暖及人類活動(dòng)的影響下，新疆伊寧市氣溫、降水也呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性變化[1]，由于新疆地區(qū)生態(tài)環(huán)境比較脆弱，受氣候變化的影響較大，為深入掌握新疆的氣候變化特征，已有很多學(xué)者采用多種分析方法研究新疆不同區(qū)域的氣候變化規(guī)律[2～3]。近年來，伊犁地區(qū)受極端天氣過程的影響，部分河流，特別是無資料小山溝災(zāi)害性洪水頻發(fā)，氣候異常是影響該地區(qū)洪水災(zāi)害頻發(fā)的主要原因，因此有必要對(duì)新疆伊寧市的氣候變化特征進(jìn)行分析研究。本文基于前人研究成果，以新疆伊寧市為研究區(qū)，綜合運(yùn)用線性傾向估計(jì)法、距平分析法、五年滑動(dòng)平均法、M-K檢驗(yàn)等相關(guān)水文統(tǒng)計(jì)學(xué)方法[4]，分析研究區(qū)多年降水量、氣溫變化特征和變化趨勢(shì)，尋找其時(shí)間分布規(guī)律，為該地區(qū)水資源調(diào)度、水資源合理開發(fā)利用以及洪水預(yù)警和防災(zāi)減災(zāi)提供決策依據(jù)。

2 研究區(qū)自然地理概況

新疆伊犁河谷位于中天山西部腹地，素有“濕島”之稱，這里的土地肥沃，降水較充沛，物產(chǎn)豐富，享有“蘋果之鄉(xiāng)”等美譽(yù)。伊寧市位于伊犁河谷中部，地理位置43°50′～44°15′N，81°04′～81°26′E之間，全市總面積為675.5 km2。

伊寧市為伊犁河谷平原區(qū)降水量較少區(qū)域，多年平均年降水量為279.1 mm；氣候溫和，屬于溫和半干旱區(qū)，多年平均氣溫為9.2℃，極端最高氣溫為38.7℃、最低氣溫為-40.4℃，年日照時(shí)數(shù)2870 h，無霜期147 d，晝夜溫差較大，四季分明，人居環(huán)境條件較好。

3 資料來源與研究方法

3.1 資料來源

選用新疆伊寧氣象站1952年～2015年的年平均氣溫、降水量資料系列進(jìn)行研究分析，該資料系列完整可靠。季節(jié)的劃分方法以春季(3月～5月)、夏季(6月～8月)、秋季(9月～11月)、冬季(12月～2月)做劃分標(biāo)準(zhǔn)。所有數(shù)據(jù)分析及繪圖采用MATLAB及EXCEL完成。

3.2 研究方法

本文對(duì)研究資料采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)、線性趨勢(shì)分析[5]、滑動(dòng)平均法以及累積距平法[6]對(duì)氣溫、降水時(shí)間序列的變化趨勢(shì)進(jìn)行分析；采用Mann-Kendall非參數(shù)趨勢(shì)檢驗(yàn)法[7]來確定并進(jìn)行檢驗(yàn)各氣象要素序列的突變位置。

4 結(jié)果與分析

4.1 氣溫變化趨勢(shì)分析

4.1.1 年平均氣溫變化趨勢(shì)

利用伊寧市近64 a逐月氣溫資料分析其氣溫特征，經(jīng)系列統(tǒng)計(jì)分析得出：伊寧市多年平均氣溫為9.2℃，最大為11.9℃，最小為6.3℃，最大與最小差值相對(duì)較大，為5.6℃。由圖1可知，1952年～2015年伊寧市年平均氣溫在6.3℃～11.9℃之間變化，其中最大年均氣溫出現(xiàn)在1986年，最小年均氣溫出現(xiàn)在1954年。該地區(qū)在研究時(shí)段內(nèi)年均氣溫在波動(dòng)中整體呈明顯上升趨勢(shì)，從圖中可看出年平均氣溫變化過程與5年滑動(dòng)平均曲線變化一致，均顯示上升趨勢(shì)。其氣候傾向率為0.47℃/10 a，明顯比西北地區(qū)近50 a來0.22℃/10 a[8]和中國(guó)天山山區(qū)1959年～2000年0.20℃/10 a[9]的變化速率要高。

圖1 伊寧市多年平均氣溫序列變化圖

新疆伊寧市近64 a來年均氣溫序列累積距平曲線趨勢(shì)見圖2。由圖2可以看出，1952年～2015年間年均氣溫累積距平曲線大致呈先下降后上升的變化趨勢(shì)，說明伊寧市年均氣溫在近64 a經(jīng)歷了下降-上升的主要階段性趨勢(shì)變化過程，氣溫在1986年以前呈持續(xù)下降趨勢(shì)，1986年以后迅速上升，并持續(xù)保持升高的態(tài)勢(shì)。

圖2 新疆伊寧市多年氣溫累計(jì)距平曲線圖

4.1.2 氣溫季節(jié)變化趨勢(shì)

新疆伊寧市近64 a來各季氣溫序列經(jīng)線性擬合分析(見圖3)。由圖3可知，伊寧市各季氣溫與年均氣溫變化趨勢(shì)較為一致，均呈明顯上升趨勢(shì)，但各季氣溫上升幅度不同。各季氣候傾向率由大到小依次為冬季(0.47℃/10 a)>春季(0.42℃/10 a)>秋季(0.32℃/10 a)>夏季(0.31℃/10 a)，從各季氣溫線性擬合增長(zhǎng)率變化來看，研究區(qū)近64年間各季氣溫的變化趨勢(shì)對(duì)年平均氣溫的上升趨勢(shì)均有一定貢獻(xiàn)，其中冬季氣溫增溫趨勢(shì)最明顯，貢獻(xiàn)也最大，而夏季氣溫增溫趨勢(shì)最弱，貢獻(xiàn)則最小。

春季 夏季秋季 冬季圖3 新疆伊寧市多年平均氣溫季節(jié)變化圖

4.1.3 年均氣溫的突變檢測(cè)分析

1952年～2015年伊寧市年均氣溫序列Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)量UF、UB曲線見圖4。可看出，自20世紀(jì)50年代初(1952年)開始，UF曲線始終大于0，研究區(qū)增溫趨勢(shì)較為顯著，且從90年代后期開始增溫趨勢(shì)遠(yuǎn)超過顯著水平臨界線U0.05=1.96，呈持續(xù)顯著的上升趨勢(shì)，這與線性相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)的結(jié)果較為一致；研究區(qū)氣溫在1995年發(fā)生突變。

圖4 新疆伊寧市年均氣溫Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)量曲線圖

4.2 降水變化趨勢(shì)分析

4.2.1 年降水變化趨勢(shì)

新疆伊寧市近64 a的降水資料序列反映的降水量趨勢(shì)變化見圖5。由圖5中可看出：伊寧市年降水量的趨勢(shì)線是上升的，表明該地區(qū)在1952年～2015年降水總趨勢(shì)是上升的，且年降水量的波動(dòng)性變化幅度較大，年降水量增加速率為11.7 mm/10 a，左洪超等[7]研究發(fā)現(xiàn)，新疆地區(qū)降水量的增加趨勢(shì)在全國(guó)范圍內(nèi)在趨勢(shì)與強(qiáng)度上是最大的，由圖5中還可以看出，新疆伊寧市近64 a來降水最多、最少年份分別為2004年490.9 mm，1967年137.6 mm。圖5中5 a滑動(dòng)平均可以發(fā)現(xiàn)，近64 a來，伊寧市年降水量無論是年變化過程線或5年滑動(dòng)平均曲線均在波動(dòng)中呈明顯上升趨勢(shì)，說明新疆伊寧市氣候的濕潤(rùn)化趨勢(shì)較為明顯。

圖5 伊寧市多年降水量變化圖

新疆伊寧市近64 a來年降水量序列累積距平曲線見圖6。從圖6可以看出:1952年～1960年伊寧市降水量呈偏多的趨勢(shì)，而從1961年～1986年降水量總體趨于減少，屬于枯水期；1987年～1997年這11 a之間降水豐枯交替出現(xiàn)，波動(dòng)變化很頻繁；從1998年以后降水量開始增加，特別是21世紀(jì)初以后降水呈持續(xù)增加趨勢(shì)。因此得出研究區(qū)降水量在20世紀(jì)80年代中后期開始由干枯向濕潤(rùn)轉(zhuǎn)變。

圖6 伊寧市多年降水量累積距平曲線圖

4.2.2 降水季節(jié)變化特征分析

對(duì)新疆伊寧市近64 a來各季降水序列進(jìn)行趨勢(shì)變化分析(見圖7)，各季降水氣候傾向率：春季為-0.16 mm/10 a，夏季為1.20 mm/10 a，秋季為6.01 mm/10 a，冬季為3.83 mm/10 a?？煽闯觯杭窘邓孔兓休^小的減少趨勢(shì)，而其余季節(jié)降水量均呈增加趨勢(shì)；其中，秋季降水量的增加趨勢(shì)最為顯著，其次是冬季，而夏季降水量的增加趨勢(shì)相對(duì)較小。

春季 夏季秋季 冬季圖7 新疆伊寧市多年降水量季節(jié)變化圖

4.2.3 年降水量的突變檢測(cè)分析

1952年～2015年伊寧市年降水量統(tǒng)計(jì)量UF、UB曲線見圖8。結(jié)合M-K檢驗(yàn)結(jié)果，可以看出：研究區(qū)年降水量從1954年～1968年呈持續(xù)減少趨勢(shì)，且從1961年開始UF<0，降水減少趨勢(shì)顯著。從整體上看，降水序列從1969年開始呈持續(xù)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，在1998年前后發(fā)生了突變，其變化趨勢(shì)為由減少到增多；從1999年開始UF>0，降水呈增加趨勢(shì)，說明在未來幾年內(nèi)伊寧市降水量將呈顯著增加趨勢(shì)。

圖8 新疆伊寧市年降水Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)量曲線圖

5 結(jié)論與展望

在全球氣候變化的趨勢(shì)下，通過對(duì)研究區(qū)的氣候要素進(jìn)行系統(tǒng)性的分析，歸納有以下幾方面：

(1)近64 a來新疆伊寧市年均氣溫在波動(dòng)中整體呈明顯上升趨勢(shì)；各季氣溫與年均氣溫變化趨勢(shì)均呈明顯上升趨勢(shì)，但上升幅度不同，其中冬季氣溫對(duì)年均氣溫的上升趨勢(shì)貢獻(xiàn)最大，夏季貢獻(xiàn)最小。

(2)研究區(qū)近64 a來，年降水量在波動(dòng)中呈明顯上升趨勢(shì)，說明該區(qū)域氣候的濕潤(rùn)化趨勢(shì)比較明顯；通過分析可以確定，新疆伊寧市降水量在20世紀(jì)80年代中后期開始由干枯向濕潤(rùn)轉(zhuǎn)變。對(duì)各季降水量趨勢(shì)變化分析得知，近64 a來，春季降水量有較小的減少趨勢(shì)，其余夏、秋、冬季降水量變化均呈增加趨勢(shì)；其中，秋季降水量呈顯著增加趨勢(shì)，其次是冬季，而夏季降水量的增加趨勢(shì)相對(duì)較小。

(3)近64 a來研究區(qū)年均氣溫在1995年前后存在明顯的突變，突變后的年均氣溫呈顯著上升趨勢(shì)。年降水量在1998年前后發(fā)生了突變，其變化趨勢(shì)為由減少到增多；從1999年開始降水呈增加趨勢(shì)，預(yù)估在未來幾年內(nèi)伊寧市降水量將呈顯著增加趨勢(shì)。

(4)本文通過不同統(tǒng)計(jì)方法綜合分析了新疆伊寧市近64 a來各氣象要素變化過程，未來氣候變化將在時(shí)空上改變流域的水文情勢(shì)。深入分析未來氣候變化趨勢(shì)，科學(xué)評(píng)估未來氣候變化下伊犁河流域水資源情勢(shì)，為保護(hù)生態(tài)環(huán)境及合理利用水資源、有效控制洪水災(zāi)害提供有力的科學(xué)依據(jù)。