烏魯木齊地區(qū)不同等級降水日數(shù)特征分析

蔣慧敏，劉春云，古麗巴哈·伊米提

(新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市氣象局，新疆 烏魯木齊 830002)

降水是水循環(huán)中最活躍的因子，在各種時空尺度的大氣環(huán)流過程中均扮演著重要的角色。不同區(qū)域的降水對全球變暖的響應均非常顯著，因此，正確描述區(qū)域降水對人類生產(chǎn)生活有著十分重要的意義。

新疆地處我國的西北地區(qū)，是著名的干旱區(qū)，作為新疆首府的烏魯木齊，水資源是制約該區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的決定性資源因素，合理配置有限的水資源，是促進區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的關鍵。烏魯木齊地勢起伏大，降水情況復雜，對氣候變化敏感，氣溫及降水的微弱變化都會引起該區(qū)域流域徑流變化明顯，生態(tài)環(huán)境十分脆弱。因此，正確描述烏魯木齊地區(qū)的降水時空分布和變化特征對該區(qū)域的水資源配置有著極為重要的意義。同時不同等級降水對干旱緩解或是觸發(fā)洪水均有著不同的作用。因此，有必要開展烏魯木齊地區(qū)不同量級降水規(guī)律的研究，旨在對干旱監(jiān)測、洪水預防等具有一定的參考價值。

1 降雨量級標準

降雨量級標準按氣發(fā)〔2004〕45號《新疆降水量級標準（修訂版）》24小時降雨量達0～6.0毫米為大雨，6.1～12.0 毫米為中雨，12.1至24.0毫米為大雨、24.1～48.0毫米為暴雨，降雨量＞48.1毫米為大暴雨。

2 材料與方法

因為烏魯木齊11月至翌年3月為冬季，降水相態(tài)以雪為主，而本文主要研究相態(tài)為雨，因此采取的資料是烏魯木齊地區(qū)5個測站1961～2012年4～10月的逐日降水數(shù)據(jù)。該資料由新疆氣象局信息中心審核，進行了質(zhì)量控制。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同等級降水日數(shù)的氣候特征

從烏魯木齊地區(qū)暖季年降水日數(shù)與降水量空間對比圖（圖1）可以看出，兩者總體上大致相同，即降水量的多寡主要由降水日數(shù)的多少決定，略有不一致是大值中心，從圖1中(a)可以看出，降水日數(shù)空間分布表現(xiàn)為由西至東逐漸減少，降水日數(shù)最多的是位于高山帶的大西溝，達到119天/年，年降水最多的小渠子，降水日數(shù)并不是最多，而達坂城區(qū)的降水日數(shù)仍為全區(qū)最少（22天/年）。

圖1 烏魯木齊暖季（a）年平均降水日數(shù)和年平均降水量（b）空間分布圖

表1給出了近52年烏魯木齊市5個測站不同等級降水日數(shù)的空間分布。從各等級降水分布來說，小雨中雨降水日數(shù)的分布較為接近，均為大西溝站出現(xiàn)最多，次高區(qū)為小渠子，其他各等級降水日數(shù)大值區(qū)均為小渠子為最多，而大西溝居于其次，各等級的降水日數(shù)的低值中心皆為達坂城站，而烏魯木齊和米泉站各等級降水日數(shù)均相當。從烏魯木齊區(qū)域不同量級降水日數(shù)占總降水日數(shù)的百分比看，各站均以小雨的發(fā)生頻率最高，其次對夏季降水日數(shù)貢獻最大的是中雨，兩者的貢獻率之和均達到了85%以上，說明夏季降水日數(shù)主要來自于小雨和中雨的日數(shù)的貢獻，而大雨日數(shù)的貢獻率小渠子明顯要高于其他站。而從年平均降水日數(shù)和降水量的對比圖中，年降水最多的小渠子，降水日數(shù)并不是最多，這說明該區(qū)域年降水量較大是由大雨以上量級的降水造成的，暴雨、大暴雨對各站來說均為小概率事件，出現(xiàn)的概率均小于3%。

表1 烏魯木齊地區(qū)代表站近52年各等級年平均降水日數(shù)及趨勢系數(shù)的空間分布

烏魯木齊地區(qū)不同區(qū)域降水日數(shù)隨時間變化整體表現(xiàn)出增加趨勢，不同地區(qū)的不同等級年際變化速率如表1所示。除了小渠子小雨降水日數(shù)略增加以外，其他區(qū)域均呈減少趨勢，中雨、大雨和暴雨降水日數(shù)各站均呈增加趨勢，其中大西溝中雨、達坂城大雨以及烏魯木齊暴雨日數(shù)均通過了99%的顯著性檢驗，表明上述地區(qū)不同級別降水日數(shù)增加顯著，米泉和大西溝沒有出現(xiàn)過大暴雨，達坂城出現(xiàn)過大暴雨，但是日數(shù)極少，平均到每年基本為0，其他區(qū)域大暴雨日數(shù)呈增加趨勢，但是不顯著。

3.2 降水日數(shù)的周期變化

烏魯木齊地區(qū)各站不同等級降水日數(shù)均存在著明顯的周期性變化，各站的小雨日數(shù)均存在21年的年代際尺度的顯著性周期變化。而中雨日數(shù)各站均存在兩個顯著周期，后者表現(xiàn)的更加明顯，除了達坂城有15年左右的顯著周期變化，其他各區(qū)的較顯著周期變化多集中在20～22年。而各站另一個較弱周期除了大西溝有15年的年代際變化外，其他各站都集中在5～10年的年際尺度變化。而大雨日數(shù)來說，只有小渠子存在6～8年和21年兩個周期性變化，其他各站均是單周期變化，其中烏魯木齊具有17～18年的年代際周期變化外。另外三站均是7～8年的年際變化周期，暴雨日數(shù)和大雨日數(shù)有相似之處，只有達坂城是雙周期，其他各站單周期特征明顯。但周期性變化差異性較大，大暴雨日數(shù)除了烏魯木齊具有7～8年和小渠子11年的年際變化外，其他各站無年際變化尺度。

表2 烏魯木齊地區(qū)各站不同等級降水日數(shù)的周期變化分析

表3 烏魯木齊各站不同級別降水日數(shù)的Hurst指數(shù)(小時)

3.3 降水日數(shù)的持續(xù)性分析

根據(jù)R/S分析基本原理，對烏魯木齊各站不同等級降水日數(shù)變化的持續(xù)性進行了分析，計算相應的Hurst指數(shù)(表3)。烏魯木齊和小渠子在小雨日數(shù)的持續(xù)性分析中，Hurst指數(shù)在0＜小時＜0.5，說明烏魯木齊過去52年小雨日數(shù)減少的趨勢在未來會逐漸轉(zhuǎn)為增多，而小渠子則相反，其他各區(qū)繼續(xù)維持原來的趨勢不變，中雨日數(shù)的Hurst均表現(xiàn)為0.5＜小時＜1，表明在未來中雨日數(shù)日益增加的趨勢有較強的持續(xù)性，大雨日數(shù)除了達坂城區(qū)域無法得到小時值，其他各區(qū)也繼續(xù)維持原趨勢不變，除了小渠子和大西溝在暴雨日數(shù)繼續(xù)增加持續(xù)性相對較強以外，其他各區(qū)無法判斷，因各區(qū)大暴雨日數(shù)較少，在對大暴雨日數(shù)持續(xù)性分析時無法得到有效數(shù)值，因此無法判斷其持續(xù)性。

3.4 降水日數(shù)對農(nóng)業(yè)的影響

降水資源的變化對農(nóng)業(yè)的影響是比較復雜的，降水日數(shù)和降水量的多少是影響旱作區(qū)農(nóng)作物產(chǎn)量的主要原因，由于烏魯木齊地區(qū)相對干旱少雨，土壤水分對降水的依賴性大，所以，烏魯木齊土壤濕度對降水的敏感性遠大于其他地區(qū)。因降水自上而下逐漸下滲、截留，因此，小雨日數(shù)對土壤濕度的影響相對不顯著，而烏魯木齊地區(qū)生態(tài)環(huán)境相對脆弱，且干旱地區(qū)的土壤對暴雨和大暴雨不能及時吸收，反而容易引發(fā)泥石流。因此，中雨和大雨日數(shù)的變化才是決定烏魯木齊地區(qū)土壤變化的密切因素，本文中研究發(fā)現(xiàn)烏魯木齊各個不同站點中雨和大雨日數(shù)均呈增加趨勢，對本地未來的農(nóng)業(yè)發(fā)展是十分有利的。

4 結(jié)論

降水量的多寡主要由降水日數(shù)的決定，特別是大雨以上量級降水日數(shù)是決定降水量大小的關鍵值。小雨日數(shù)除了小渠子外的其他站點，均呈減少趨勢，中雨、大雨和暴雨日數(shù)變化一致呈增加趨勢，烏魯木齊和小渠子的大暴雨日數(shù)呈增加趨勢，但不顯著。各站點不同等級降水日數(shù)存在顯著的年代際和年際尺度的周期性變化。除了小雨日數(shù)各站變化趨勢呈現(xiàn)不同變化外和大暴雨日數(shù)無法判斷外，其他不同級別各站降水日數(shù)變化具有較好的持續(xù)性，而各站的大暴雨日數(shù)因數(shù)據(jù)太少，持續(xù)性無法判斷外。