新疆烏蘇市近66年降水量變化特征分析

靳 磊

(新疆塔城水文勘測(cè)局，新疆 塔城 834700)

烏蘇市位于新疆維吾爾自治區(qū)北部準(zhǔn)噶爾盆地的西南緣，天山支脈婆羅科努山和依連哈比爾尕山北麓，地理坐標(biāo)東經(jīng)83°20′～85°18′，北緯43°26′～45°15′[1]。烏蘇市地處歐亞大陸腹地，屬北溫帶大陸性干旱氣候，氣候四季分明，夏季炎熱，冬季嚴(yán)寒，降水較少，空氣干燥，溫度年、日變化較大，光照充足，是北疆熱量豐富、無(wú)霜期較長(zhǎng)的地區(qū)之一[2]。區(qū)域主要平原區(qū)氣溫最高，南部與山區(qū)氣溫最低，平均氣溫在3.6℃～8.1℃之間，平均降水量在175.9～412.5 mm之間，從平原到南部山區(qū)降水量逐步增加，年蒸發(fā)量高值在平原區(qū)，低山丘陵區(qū)蒸發(fā)量一般高于900 mm[3]。大氣降水是水文循環(huán)中最活躍的因子，又是徑流補(bǔ)給的主要因素，降水量的多少反映了評(píng)價(jià)區(qū)域的水資源豐枯狀況，對(duì)河流及區(qū)域水資源的形成有著重要的影響[4]。為此本文選取新疆烏蘇市8個(gè)氣象、水文站點(diǎn)1953-2018年降水?dāng)?shù)據(jù)對(duì)烏蘇市近66年降水年內(nèi)和年際特征進(jìn)行分析。成果對(duì)于分析烏蘇市水資源量的豐枯變化具有重要指導(dǎo)意義。

1 烏蘇市水汽條件

烏蘇市位于天山北坡中段，準(zhǔn)噶爾盆地西南緣，地處歐亞大陸腹地，遠(yuǎn)離海洋，屬內(nèi)陸型干旱、半干旱地區(qū)[5]。區(qū)域降水量隨著高度的遞增而逐步增加，平原地區(qū)的降水量低于山區(qū)降水量[6-8]。降水主要來(lái)源于大氣水，是水資源的主要組成部分，土壤水、地表及地下水主要通過(guò)降水進(jìn)行補(bǔ)給。從整個(gè)地區(qū)來(lái)看，水汽主要來(lái)源于大西洋西風(fēng)氣流帶來(lái)的濕潤(rùn)空氣。由于新疆位于北半球中緯度西風(fēng)環(huán)流范圍內(nèi)，在一年四季都暢通中緯度西風(fēng)高空環(huán)流，大西洋西風(fēng)氣流直達(dá)天山山脈，水汽通道除零星丘陵外，無(wú)高山對(duì)其通道進(jìn)行阻擋，新疆西北部山脈由于低缺口海拔，使得北疆不能流入下層的西風(fēng)氣流，降水多形成在天山北玻。除西風(fēng)環(huán)流帶來(lái)水汽外，從印度半島和阿拉伯海的水汽隨較強(qiáng)西南氣流可以跨過(guò)青藏高原到達(dá)新疆南部，甚至可以跨過(guò)天山進(jìn)入北疆地區(qū)。

2 降雨資料情況

2.1 基本資料

本區(qū)域選用站實(shí)測(cè)資料年份最長(zhǎng)的是烏蘇市氣象站，從1953-2018年有66 a資料，其次為吉勒德水文站，從1956-2018年有63 a資料，各選用站資料年份均超過(guò)20年。各站點(diǎn)情況見(jiàn)表1。對(duì)采用站實(shí)測(cè)資料進(jìn)行了逐站逐年審查，有疑問(wèn)的資料均查閱原始資料，逐一核實(shí)改正。對(duì)特大、特小值也進(jìn)行了分析考證，評(píng)價(jià)其合理性。對(duì)所收集的水文、氣象站降水資料，進(jìn)行了分析和復(fù)核，經(jīng)過(guò)復(fù)核基礎(chǔ)資料可靠，滿足分析要求。

表1 烏蘇市選用雨量站基本情況表

2.2 插補(bǔ)延長(zhǎng)處理

本次選用實(shí)測(cè)資料較長(zhǎng)的吉勒德水文站為參證站，資料系列為1956-2018年。平原區(qū)選用資料系列較長(zhǎng)的烏蘇市氣象站為參證站，資料系列為1953-2018年。區(qū)域內(nèi)各站資料系列長(zhǎng)短不一，資料參差不齊，為了保持資料一致性，必須對(duì)評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)各水文、氣象站降水量資料進(jìn)行插補(bǔ)延長(zhǎng)，對(duì)各站資料系列采用參證站資料相關(guān)系列延長(zhǎng)；對(duì)各站年內(nèi)資料不全缺測(cè)月份少的采用均值替代法[9]插補(bǔ)；對(duì)年內(nèi)資料缺測(cè)月份較多的采用多年平均月降水量占年降水量的百分比法[10]進(jìn)行插補(bǔ)。降雨插補(bǔ)延長(zhǎng)見(jiàn)表2。

表2 選用站降水量資料插補(bǔ)一覽表

3 降雨變化特征分析

3.1 降水量的地區(qū)分布

烏蘇市區(qū)域展布在天山山脈的婆羅科努山、依連哈比爾尕山和準(zhǔn)噶爾盆地兩個(gè)大的地貌單元上，整個(gè)山地呈東西走向。從大地貌單元看，烏蘇市境內(nèi)天山中高山地帶的新月型有利于西來(lái)水汽的富集，天山山脈前托斯特、獨(dú)山子隆起半圓形彎曲有利于谷地環(huán)流形成。各站點(diǎn)降水量實(shí)測(cè)值在100～400 m之間變化，待普僧氣象站位于婆羅科努中山帶，年降水量最大實(shí)測(cè)值在611.9 m，20年實(shí)測(cè)降水量的均值為412.5 mm。吉勒德水文站位于出山口，年降水量最大實(shí)測(cè)值為426.4 mm，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)系列中降水量的平均值可達(dá)到267.3 mm，車(chē)排子氣象站位于古爾班通古特沙漠邊緣，其實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)系列的降水平均值僅為168.0 mm。

降水量受地形、地貌特征以及地勢(shì)條件的綜合影響，變化規(guī)律隨著高度變化較為復(fù)雜，降水變化和成因都有所差異，但主要可以歸為大尺度和中小尺度地理因素的影響，由于降水機(jī)理影響程度不同，因此烏蘇市降水量由于復(fù)雜地形分布十分不均勻?？偟膩?lái)說(shuō)，南部大于北部，山區(qū)大于平原，降水量隨海拔高度增加而增加，垂直變化明顯。以300 mm線(等值線圖)代表平均情況，等值線與山體走勢(shì)一致，可以看出一些基本趨勢(shì)，即在此線以北年降水量小于300 mm，以南大于300 mm。區(qū)域內(nèi)最大降水區(qū)位于山脊附近，年降水量1 000 mm左右，形成1 000 mm的閉合圈。

精河一帶和車(chē)排子—克拉瑪依一線為荒漠性較強(qiáng)的少雨區(qū)，在烏蘇市西部的古爾圖、西北部的甘家湖和北部的車(chē)排子一帶，年降水量只有100 mm左右，降水日數(shù)約50 d。

3.2 降水量的年內(nèi)分配

降水的年內(nèi)分配受水汽條件和地理位置的影響，烏蘇地區(qū)位于中緯度內(nèi)陸區(qū)，屬大陸性溫帶干旱氣候。從每年的四月份開(kāi)始降水明顯增多，四月的降水量約占全年降水量的13%，連續(xù)最大四個(gè)月降水量出現(xiàn)在4-7月和5-8月。

連續(xù)最大四個(gè)月降水量占年降水量的百分比分布，除平原區(qū)烏蘇市氣象站、車(chē)排子氣象站約為50%外，其余各山區(qū)站均在60%～79%之間。海拔高程對(duì)降水量的百分比分布影響較大，從實(shí)測(cè)資料可以看出，山區(qū)連續(xù)最大四個(gè)月降水量占年降水量的百分比要大于平原。

根據(jù)實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，烏蘇市區(qū)域各季降水量占全年降水量的百分比為：春季占23%～33%；夏季占33%～61%；秋季占11%～23%；冬季占4%～12%。最大月占13%～23%，出現(xiàn)在6-7月；最小月僅占1%～4%，出現(xiàn)在1月。因?yàn)榱饔蛏峡盏奈黠L(fēng)環(huán)流終年暢通，所以除了冬季處于蒙古高壓控制，氣溫低、降水少外，每年4-7月或5-8月，該區(qū)受大陸熱低壓影響，陣性天氣較多，春、夏兩季的降水量占到全年降水量的60%左右，見(jiàn)表3。

表3 烏蘇市區(qū)域各站降雨量四季分配表

3.3 降水量的年際變化

降水量的年際變化可以用最大與最小年來(lái)表示，從表4中看出，烏蘇市氣象站比值最大，為4.7，喇嘛廟水文站最小，為2.1，各站間存在一定的差異，但數(shù)值變化幅度不太大，且年際間變化沒(méi)有明顯的規(guī)律性。

表4 烏蘇市區(qū)域各站年降水量最大、最小倍比統(tǒng)計(jì)表

4 水資源分區(qū)降水變化分析

4.1 水資源分區(qū)

烏蘇市水資源分區(qū)，一級(jí)區(qū)2個(gè)為：天山北麓中段、艾比湖水系；二級(jí)區(qū)按流域分為6個(gè)：外流區(qū)Ⅰ、外流區(qū)Ⅱ、外流區(qū)Ⅲ、古爾圖河流域灌區(qū)、四棵樹(shù)河流域灌區(qū)、奎屯河流域灌區(qū)；三級(jí)區(qū)按灌區(qū)分為9個(gè)：托托河和烏東果勒區(qū)、小巴音溝和烏蘭薩依區(qū)、巴音溝區(qū)、古爾圖灌區(qū)、兵團(tuán)灌區(qū)Ⅰ、四棵樹(shù)河流域灌區(qū)、奎屯河灌區(qū)、車(chē)排子灌區(qū)、兵團(tuán)灌區(qū)Ⅱ。各分區(qū)面積量算見(jiàn)表5。

表5 烏蘇市各水資源分區(qū)名稱(chēng)及面積統(tǒng)計(jì)表

4.2 分區(qū)降水量分析

在電子地圖上點(diǎn)繪各降雨站點(diǎn)的降水量均值，控制點(diǎn)為區(qū)域內(nèi)實(shí)測(cè)降水?dāng)?shù)據(jù)，在站點(diǎn)處見(jiàn)各站點(diǎn)近66 a的降水均值進(jìn)行標(biāo)注，降水等值線按照趨勢(shì)進(jìn)行繪制。降水量等值線根據(jù)站點(diǎn)降雨統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行繪制，考慮到降水?dāng)?shù)據(jù)的一致性、代表性以及可靠性，對(duì)參考和主要站點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)別，在圖上分別采用不同符號(hào)進(jìn)行標(biāo)注，此外考慮地形、地貌以及氣候特征的綜合影響合理分布降水等值線。降水量地區(qū)分布情況可以從降水等值線中得到了解。無(wú)降水觀測(cè)站點(diǎn)的降水量級(jí)也可從降水等值線中獲得大致分布。結(jié)合烏蘇市不同分區(qū)邊界，在多年平均降水等值線中對(duì)分區(qū)降水量按照等值線包圍面積進(jìn)行量算，各分區(qū)降水量統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表6。經(jīng)量算，烏蘇市多年平均年降水總量為50.40×108m3，折合降水深為350.3 mm。

表6 烏蘇市各水資源分區(qū)1956-2018年降水量量算表

5 結(jié)語(yǔ)

(1)海拔高程對(duì)烏蘇市降水量的百分比分布影響較大，降水隨海拔高度的增加而增加，垂直變化明顯。降水在區(qū)域內(nèi)的分布山區(qū)多于平原，山區(qū)連續(xù)最大四個(gè)月降水量占年降水量的百分比大于平原區(qū)。山區(qū)是烏蘇市降水量相對(duì)豐富地區(qū)，降水量占全區(qū)的79.5%。

(2)烏蘇市各站間存在一定的差異，但數(shù)值變化幅度不太大，且降水年際間變化沒(méi)有明顯的規(guī)律性。