河西走廊西部近41年5-9月降水特征分析

李健 陳麗娜 陶生才 張文軍

摘要：利用位于河西走廊西部的酒泉市7個(gè)國家自動(dòng)氣象站1976-2016年5-9月逐日20：00-20：00降水資料，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，研究酒泉市降水雨日、雨量以及極端降水事件的時(shí)空分布特征和變化趨勢(shì)。結(jié)果表明，酒泉市小雨雨日最多，占總雨日的82.1%，5-9月雨量將近1/3是由小雨提供的，2/3是由中雨以上的降水提供的。各級(jí)雨日（量）的空間分布特點(diǎn)是，最多的是肅北，最少的是敦煌，近41年酒泉極端降水事件絕對(duì)強(qiáng)度較小，相對(duì)強(qiáng)度較大，暴雨事件頻次沒有顯著的線性趨勢(shì)，穩(wěn)定維持在0.1次/年左右，但其年際和年代際波動(dòng)十分明顯，無暴雨事件的時(shí)間分布較為分散，在每個(gè)年代都有出現(xiàn)，另外在2011-2016年8-9月沒有極端降水事件的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：雨日;分級(jí)降水;有效降水;極端降水;河西走廊西部

中圖分類號(hào)：P467 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2020）09-0060-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.09.012

酒泉市地處亞歐大陸腹地、甘肅省西北部、河西走廊的西端，位于阿爾金山、祁連山與馬鬃山之間，具有大陸性溫帶干旱氣候特點(diǎn)，日照時(shí)數(shù)長，降水小，是糧棉和瓜果的主要產(chǎn)區(qū)，也是風(fēng)力發(fā)電和礦業(yè)的新興基地，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)水資源的需求大。正確認(rèn)識(shí)降水量以及降水特征，才能合理利用自然降水，充分開發(fā)空中水資源，提高自然降水的利用率[1]。酒泉年平均降水量39.8～152.5mm，降水稀少但變率較大，近幾年境內(nèi)局地性暴雨頻發(fā)[2-4]。有研究表明，西北地區(qū)的氣候在向暖濕方向變化，酒泉年降水量也呈略增加趨勢(shì)[5-7]。

在全球氣候變化的大背景下，區(qū)域氣候變化情況更加引起人們的關(guān)注，氣候變化會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)厣a(chǎn)生活和經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成越來越大的影響[8，9]。過去多是研究單一降水量的變化，近些年來已逐漸轉(zhuǎn)向?qū)τ炅?、雨?qiáng)、雨日的綜合研究，表明降水是一個(gè)地區(qū)氣候變化最直接、最敏感的因素，干旱、暴雨、暴雪等災(zāi)害性天氣不僅與降水量有關(guān)，還與降水強(qiáng)度、降水日數(shù)和地理位置有密切的聯(lián)系[10，11]。利用逐日、逐小時(shí)資料分析了降水的變化特征和時(shí)空分布差異的研究較少[12，13]。本研究選用酒泉7個(gè)測(cè)站資料序列（1976-2016年）5-9月降水量資料，對(duì)酒泉主汛期降水量的空間分布和時(shí)間演變趨勢(shì)進(jìn)行分析，同時(shí)對(duì)極端降水事件的發(fā)生進(jìn)行了分析，希望能夠掌握不同區(qū)域降水量變化的年代際或年際變化規(guī)律，較好地為酒泉主汛期降水量的預(yù)測(cè)提供理論依據(jù)。

1 資料和方法

利用酒泉市境內(nèi)7個(gè)自動(dòng)氣象站1976-2016近41年的逐日20：00-20：00時(shí)的降水量資料。7個(gè)觀測(cè)站為肅州（酒泉觀測(cè)站）、金塔、玉門、瓜州、敦煌、肅北和馬鬃山站。統(tǒng)計(jì)日降水量≥0.1mm的降水事件，并將日降雨量≥0.1mm的降水稱為有效降水。運(yùn)用統(tǒng)計(jì)方法分析觀測(cè)數(shù)據(jù)，采用線性傾向估計(jì)與相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)方法，分析全市有效降水日數(shù)和強(qiáng)度趨勢(shì)變化。

雨日定義為1d內(nèi)（北京時(shí)間20：00-20：00）的降雨量≥0.1mm時(shí)，這1d為雨日，以d為單位，24h內(nèi)的降水量叫日雨量。根據(jù)甘肅省河西地區(qū)降水量等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，將日降雨量分為4級(jí)，小雨、中雨、大雨、暴雨。4個(gè)降水級(jí)別的劃分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

2 降水日數(shù)分析

2.1 降水日數(shù)時(shí)空分布特征

酒泉市有效降水日數(shù)最多的站為肅北，41年共達(dá)到了1067d，肅州次之，為1057d，有效降水日數(shù)最少的站為敦煌，僅為540d。降水日數(shù)空間分布呈現(xiàn)出明顯的由東向西、由南向北遞減，高海拔地區(qū)多于低海拔地區(qū)的規(guī)律;高值區(qū)位于沿祁連山一帶，主要分布在肅州和肅北，其中最高值出現(xiàn)在海拔最高的肅北;低值區(qū)位于酒泉市安敦盆地的瓜州和敦煌。5-9月有效降水日數(shù)在時(shí)間上的分布呈拋物線的形狀，5-7月降水日數(shù)逐漸增多，7月的時(shí)候達(dá)到極值，7月之后，降水日數(shù)又開始逐月遞減（表2）。

酒泉市降水日數(shù)空間分布差異形成的主要原因是地形影響下的水汽輸送差異，與降水空間分布的主要影響因素相同。酒泉市水汽輸送方向由西南向東北，冷空氣則是西北或者偏西的路徑。祁連山對(duì)酒泉市的降水的作用主要有兩方面，一是由于祁連山的阻擋作用，水汽僅有部分翻越祁連山到達(dá)酒泉市，越遠(yuǎn)離祁連山的地方，水汽的含量越少;二是由于祁連山的阻擋，會(huì)使冷空氣在酒泉市堆積，進(jìn)而由于冷暖空氣交匯形成降水，因此降水在離祁連山比較近且海拔較高的地方比較多。張強(qiáng)等[14，15]研究表明，祁連山及周邊地區(qū)的大氣水汽含量由西北向東南逐漸增加，東高西低的分布形勢(shì)是由東亞季風(fēng)擴(kuò)展方向所決定的，南高北低的分布形勢(shì)是由南亞季風(fēng)和高原季風(fēng)擴(kuò)展方向所決定的;東亞季風(fēng)影響區(qū)平均水汽含量更高，峰值強(qiáng)度更大，峰值出現(xiàn)的海拔高度越低;而西風(fēng)帶影響區(qū)與此相反;偏南季風(fēng)影響區(qū)處于兩者之間;背風(fēng)坡的水汽含量比迎風(fēng)坡低。

2.2 各站年降水日數(shù)趨勢(shì)變化

由各站有效降水日數(shù)氣候傾向率（表3）可見，各站41年有效降水日數(shù)除肅北之外，都是呈減少趨勢(shì)，減少幅度最大的為馬鬃山，10年平均減少日數(shù)超過了2d，最小的為金塔，10年減少的日數(shù)還不足0.1d。

3 降水量級(jí)分析

3.1 各量級(jí)降雨雨日的特征

從酒泉市7個(gè)站點(diǎn)41年各級(jí)降水的雨日、雨日占總雨日的比例和降水概率（表4）可見，酒泉市降水概率最大的是肅北，為17.4%，10d中有1.74d在降雨，最小的是敦煌，為8.8%;在各級(jí)降水中，降水雨日最多的是小雨，最少的敦煌，達(dá)11.4d/年;降水日數(shù)最少的是暴雨，最多的肅北，41年共出現(xiàn)15次暴雨，平均每年不足0.4d。從全市各個(gè)量級(jí)降水日數(shù)占比來看，隨著降水量級(jí)的增大，所占的比例越來越小，小雨占比最大，都在70.0%以上，占比最大的為馬鬃山，達(dá)85.4%，最小的是肅北，為71.4%;中雨占比最大的肅北，為20.7%，其余各站中雨日所占比例相差不大，在12.8%～14.7%;大雨的占比更低，在1.1%～6.5%，占比最大的為肅北;暴雨的占比最低，其中占比最大的肅北不足1.5。從各站的情況來分析，小雨日數(shù)，肅北少于肅州和馬鬃山，多于其余各站，但是從占比來看，肅北的小雨占比均低于其余各站，但是中雨、大雨和暴雨不論從日數(shù)還是占比來看，均高于各站，特別是大雨和暴雨所占比例是其他各站的3倍。這可能與肅北所處的地理位置和海拔有一定的關(guān)系，也待進(jìn)一步考證。

3.2 各量級(jí)降雨量特征分析

由5-9月各站年平均降水量、各級(jí)平均降水量和其與年平均降水量的占比（表5）可見，對(duì)于雨量大小影響最大的為中雨，它在所有降水量級(jí)中占比最大，除肅北中雨量級(jí)僅占37.6%外，其余各站中雨量級(jí)降水量達(dá)到了年平均降水量的40.0%以上，最大的為敦煌，達(dá)49.7%，接近1/2;其次是小雨雨量，除肅北小雨雨量占比最小，僅為20.2%外，其余各站小雨雨量占比都相差不大，最大的為金塔，約占43.3%;大雨雨量占比為第三，占比最大的為肅北，達(dá)28.5%，接近1/3，最小的為金塔，僅為9.3%;暴雨雨量的占比最小，也是肅北占比最大，為13.7%，瓜州最小，為2.1%。從各站的情況看，肅北各個(gè)量級(jí)的降水量占年平均的比值相差幅度最小，占比最大的中雨和暴雨的差為23.9個(gè)百分點(diǎn)，幅度最大的是敦煌，占比最大的與最小相差47.3個(gè)百分點(diǎn)。

4 極端降水分析

研究區(qū)內(nèi)某一測(cè)站日降水量達(dá)到極端降水標(biāo)準(zhǔn)即作為一次極端降水事件，統(tǒng)計(jì)區(qū)域內(nèi)各年5-9月發(fā)生極端降水的總次數(shù)，然后除以區(qū)域內(nèi)參加統(tǒng)計(jì)的站數(shù)，得到區(qū)域內(nèi)各年5-9月極端降水事件平均發(fā)生的頻次，進(jìn)而求得區(qū)域內(nèi)極端降水事件發(fā)生頻次的時(shí)間序列。

由于酒泉地處河西走廊西端，自然降水稀少且分布很不均勻，除了肅北地處祁連山區(qū)外，其余6個(gè)站點(diǎn)的年均降水量均在30.0～70.0mm，由于酒泉市所處區(qū)域的特殊性，降雨的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)中國內(nèi)陸大部分地區(qū)有所不同。

由41年的統(tǒng)計(jì)（表6）可以看出，酒泉地區(qū)的小雨日數(shù)占總降水量日數(shù)的82.1%，降水量占34.3%，而大雨以上的降水出現(xiàn)的頻率僅占3.0%，但降水量貢獻(xiàn)率則達(dá)到了23.7%，因此選擇大雨以上的降水作為極端降水的標(biāo)準(zhǔn)。

4.1 極端降水事件的頻次、強(qiáng)度變化

近41年酒泉市15.0mm以上的降水平均強(qiáng)度為23.9mm，年平均頻次為0.6次，此結(jié)果與前人統(tǒng)計(jì)的河西地區(qū)大雨以上年平均頻次遠(yuǎn)小于1次基本保持一致[16]。近41年酒泉市大雨和暴雨日數(shù)雖然只占5-9月平均降水日數(shù)（含微量降水，下同）的2.5%和0.5%，但極端降水導(dǎo)致的降水量卻占到總降水量的17.0%和6.7%，說明酒泉的極端降水和暴雨絕對(duì)強(qiáng)度是全國較弱的地區(qū)，相對(duì)強(qiáng)度卻是全國較強(qiáng)的地區(qū)。

由1976-2016年暴雨事件變化曲線（圖1）可見，15.0mm以上的降水頻次從20世紀(jì)70年代至21世紀(jì)以來，一直呈緩慢減少的趨勢(shì)，但在統(tǒng)計(jì)學(xué)上不顯著。15.0mm以上的降水年際間的波動(dòng)明顯，尤其是在20世紀(jì)70-80年代，其中1979年達(dá)到2.3次的峰值，從20世紀(jì)90年代開始到21世紀(jì)，降水頻次進(jìn)入相對(duì)較低的時(shí)段。而就暴雨頻次而言，沒有顯著的線性趨勢(shì)，基本上維持在01次1年，近41年中有17年未發(fā)生暴雨事件。暴雨主要集中在20世紀(jì)80年代前期、中期和90年代后期及2010年以后，有5年暴雨事件達(dá)0.2次以上，19$2年達(dá)到峰值0.4次，其暴雨頻次在年際間和年代際間的波動(dòng)均十分明顯。此外，15.0mm以上的降水和暴雨平均強(qiáng)度均沒有顯著的線性趨勢(shì)（圖1），但暴雨平均強(qiáng)度的年際波動(dòng)較為顯著，尤其是進(jìn)入21世紀(jì)后波動(dòng)更為顯著，其最大值為2012年的86.0mm。

4.2 極端降水事件的時(shí)間變化

1976-2016極端降水和暴雨事件每旬頻次變化（圖2）以研究區(qū)域內(nèi)各年每旬中發(fā)生15.0mm以上降水和暴雨事件的總次數(shù)計(jì)。從5月1日開始，每連續(xù)10d計(jì)為1旬，其中5、7、8月的最后一旬均為11d，因此5-9月共分15旬（圖2）。

在近41年中5-9月發(fā)生暴雨事件最早的時(shí)間是2005年5月2旬。除個(gè)別年份外，1-3旬和12-15旬基本上沒有發(fā)生過暴雨事件，暴雨事件主要集中在5-10旬，其中7旬最多。20世紀(jì)70年代后期至80年代中期暴雨事件在時(shí)間上分布比較集中，主要集中在6-10旬（6月下旬至8月上旬），20世紀(jì)80年代中期至90年代末，暴雨事件在時(shí)間上分布相對(duì)分散，主要集中在7-9旬（7月），開始和結(jié)束時(shí)間較之前均提前1旬。進(jìn)入21世紀(jì)以來，暴雨事件在時(shí)間上分布更為分散，時(shí)間跨度大，隨機(jī)性強(qiáng)。15.0mm以上降水發(fā)生事件較暴雨事件則明顯增多，分布也更為集中。最早出現(xiàn)在1988年的1旬，在15旬也有出現(xiàn)。主要集中在3-12旬，暴雨的主要集中時(shí)段開始和結(jié)束時(shí)間較之前均提前2旬。5-10旬（6月中旬至8月上旬）為強(qiáng)降水相對(duì)較集中的時(shí)段，其中6旬強(qiáng)降水事件最多。與暴雨事件類似，發(fā)生強(qiáng)降水事件主要集中在20世紀(jì)70年代中期至20世紀(jì)90年代中期，進(jìn)入21世紀(jì)后強(qiáng)降水事件的分布也較之前變得更加分散。但是值得注意的是，在2011年之后，強(qiáng)降水在時(shí)間上的分布又變得相對(duì)集中，主要分布在3-9旬，在9旬之后，則沒有強(qiáng)降水事件發(fā)生，這與2010年以前年份強(qiáng)降水的分布大不相同。在2011-2015年，8-9月沒有強(qiáng)降水事件的發(fā)生。就暴雨和強(qiáng)降水發(fā)生頻次來看，暴雨主要集中在4旬和7旬，均超過了0.7次。而強(qiáng)降水主要集中在4-9旬，除6旬2.4次之外，其他月份在2.5次以上，8旬更是達(dá)到了3.0次。相對(duì)而言，強(qiáng)降水的時(shí)間分布更為集中。

5 小結(jié)

1）在4個(gè)降水級(jí)別中5-9月降水日數(shù)中最多的是小雨，達(dá)到17.4d/年，占總雨日的82.1%，暴雨的雨日最少，只有0.1d/年。但在雨量上的貢獻(xiàn)各個(gè)級(jí)別降水卻表現(xiàn)不同，酒泉5-9月的降水量1/3是由小雨貢獻(xiàn)的，2/3是由中雨以上的降水貢獻(xiàn)的。

2）近41年，酒泉地區(qū)5-9月有效降水總雨日變化趨勢(shì)呈現(xiàn)不明顯的減少情況下，小雨的雨日減少，大雨的雨日顯著增加;各級(jí)雨量都呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，其中大雨的增加趨勢(shì)最明顯，其次為暴雨。

3）分級(jí)雨日（量）的低值區(qū)位于敦煌和瓜州，高值區(qū)多位于肅北和肅州。最小值區(qū)敦煌的降水日數(shù)相當(dāng)于最大值區(qū)肅北降水日數(shù)的約1/2。

4）酒泉極端降水事件絕對(duì)強(qiáng)度較小，相對(duì)強(qiáng)度較大。其中暴雨事件頻次沒有顯著的線性趨勢(shì)，穩(wěn)定維持在0.1次/年左右，但其年際和年代際波動(dòng)十分明顯，41年中有17年未發(fā)生暴雨事件，無暴雨事件的時(shí)間分布較為分散，在每個(gè)年代都有出現(xiàn)。暴雨事件主要集中在20世紀(jì)80年代前期、中期和20世紀(jì)90年代后期以及2010年以后，有5年暴雨事件達(dá)0.2次以上，不論暴雨事件還是強(qiáng)降水事件在時(shí)間上的分布均比較分散，暴雨事件發(fā)生最多的時(shí)間是7旬（7月1-10日），6旬（6月21-30日）強(qiáng)降水事件最多，另外在2011-2016年8-9月沒有強(qiáng)降水事件的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1]李棟梁，劉德祥.甘肅氣候[M].北京：氣象出版社，2000.

[2]翟盤茂，潘曉華.中國北方近50年溫度和降水極端事件變化[J].地理學(xué)報(bào)，2003，58（增刊）：1-10.

[3]孔祥偉，陶健紅.近51a甘肅夏季氣溫和降水極端事件變化[J].干旱區(qū)研究，2012（296）：965-971.

[4]劉新偉.甘肅暴雨天氣氣候特征及其成因研究[D].蘭州：蘭州大學(xué)，2013·

[5]左洪超，呂世華，胡隱樵.中國近50年氣溫及降水量的變化趨勢(shì)分析[J].高原氣象，2004，23（2）：238-244.

[6]孟秀敬，張士鋒，張永勇.河西走廊57年來氣溫和降水時(shí)空變化特征[J].地理學(xué)報(bào)，2012，67（11）：1482-1492.

[7]閔屾，錢永甫.我國近40年各類降水事件的變化趨勢(shì)[J].中山大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，47（3）：105-111.

[8]高濤，謝立安.近50年來中國極端降水趨勢(shì)與物理成因研究綜述[J].地球科學(xué)進(jìn)展，2014，29（5）：577-589.

[9]楊金虎，江志紅，王鵬祥，等.中國年極端降水事件的時(shí)空分布特征[J].氣候與環(huán)境研究，2008，13（1）：75-83.

[10]張恩潔，趙聽奕，張晶晶.近50年深圳氣候變化研究[J].北京大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007，43（4）：535-541.

[11]張勇，段修榮.樂山市近50年氣溫和降水變化趨勢(shì)分析[J].高原山地氣象研究，2008，28（3）：68-71.

[12]張紅英，李晶晶，段娟，等.氣候變暖背景下長治市極端降水變化趨勢(shì)[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2016，32（32）：137-143.

[13]于秀晶，李棟梁，胡靖彪.吉林近50a來氣候的年代際變化特征及其突變分析[J].冰川凍土，2004，26（6）：779-783.

[14]張強(qiáng).祁連山及其內(nèi)陸河流域綠洲的水循環(huán)特征[J].大氣科學(xué)，2005，29（3）：367-376.

[15]張強(qiáng)，胡隱樵，綠洲地理特征及氣候效應(yīng)[J].地球科學(xué)進(jìn)展，2002，17（4）：477-486.

[16]林紓，陸登榮.近40年來甘肅省降水的變化特征[J].高原氣象，2004，23（6）：898-904.

收稿日期：2020-01-10

基金項(xiàng)目：酒泉市科技計(jì)劃項(xiàng)目（2019-032）;甘肅省氣象局氣象科研項(xiàng)目（MS2020-09）

作者簡介：李?。?988-），男，甘肅合作人，高級(jí)工程師，碩士，主要從事天氣預(yù)報(bào)工作，（電話）15101745291（電子信箱）512014762@qq.com;通信作者，陶生才，男，高級(jí)工程師，碩士，（電話）15209375949。