新疆近50a极端降水气候变化研究

张 新

（新疆塔里木河流域干流管理局，新疆库尔勒841000）

新疆近50a极端降水气候变化研究

张 新

（新疆塔里木河流域干流管理局，新疆库尔勒841000）

利用新疆1961～2010年45个测站的逐日降水量，采用线性趋势、M-K突变检验等统计诊断方法，研究其极端降水的时空变化特征。结果表明：北疆地区和天山山区极端降水量总体上呈增加趋势；除南疆地区外，北疆、天山山区极端降水量分别于1982年、1990年发生显著的上升突变；极端降水量空间分布的区域差异性显著，在研究区西部表现为以天山山区大值为中心，呈现北高南低的特点。

新疆；极端降水；时空变化；研究

极端降水是标志极端天气气候变化的重要指标之一，研究其时空分布特征对于正确认识全球气候变暖背景下的极端天气气候过程具有重要意义［1］。国内外的一些学者针对不同的极端降水指数做了大量的研究：Moberg等［2］研究欧洲在1946～1999年间除关于极端降水指数——单日最大降水量外，其他极端降水指数都以正的变化趋势为主，强降水量随着总降水量的增多而增加。Goswami等［3］根据印度中部1871～2003年间不同强度和大小的降水来划分不同等级的极端降水，结果表明在全球变暖的环境背景下，极端降水事件呈显著的增多趋势。杨金虎等［4］研究分析表明，极端降水事件在西北东部、华北则表现为减少趋势，而在西北西部、长江中下游地区、华南及青藏高原表现为增加趋势。闵屾［5］等分析了中国极端降水事件的区域性和持续性，发现除新疆以外，东北、华北以及西北等大部分北方地区极端降水的持续性和区域性均较差。刘琳［6］对新疆极端降水事件年内非均匀性特征做了研究，发现新疆地区极端降水事件集中度和集中期的空间分布存在一定的差异，集中度表现为减弱趋势，而集中期表现为增加趋势，极端降水越来越分散。赵勇等［7］研究北疆极端降水事件发现，极端降水在季节和空间分布上均存在较大差异，山区极端降水强度大，平原地区极端降水频数多。

研究区为新疆维吾尔自治区全境。从研究现状来看，针对新疆降水量的研究较多，而对极端降水事件研究较少。随着全球极端气候事件发生频率增加，针对该区域内某一小尺度地区的极端降水的研究逐渐增多，而对整个宏观区域的研究较少。考虑气候变化的区域整体性和差异性特征，本文在保持研究区域完整性前提下，根据地貌、行政区域、地理位置不同对研究区进行分区，实现从整体到部分的细致分析，便于客观研究新疆极端降水事件时空分布变化，从而为极端气候事件的区域整体性和区内差异性研究提供参考依据，并为区域内洪涝灾害重点防治地区提供参考方向。

1 资料与方法

1.1 降水资料及区域划分

采用中国气象数据共享服务网1961～2010年的逐日降水资料，根据选定研究区范围，通过数据质量控制，剔除不在研究区、长度不够及因迁移引起数据缺失的站点，选取了45个站点。由于研究区特殊的地形及影响降水条件的差异，把研究区划分为3个区域：北疆地区、天山山区、南疆地区。

1.2 处理方法

百分位法：把统计时段内所有逐日降水量记录值按升序排列，得到x1，x2，…，xn，选取日降水量值逸0.1mm的子样本的第90个百分位的日降水量，作为该站平均极端降水阈值。

该方法可较好地消除地域和季节因素，使计算出的极端降水指数有利于增强少雨地区的强降水事件变化在时间变化趋势和空间分布上的可比性，具有较好的极端性、噪声低、显著性强等优点。

利用线性趋势法判断极端降水量、频率、强度，年最大日降水量的整体变化情况；滑动平均法则是趋势拟合技术最基础的方法，经滑动平均后，序列中短于滑动长度的周期大大削弱，显现出变化趋势；采用Mann-Kendall（M-K）检验极端降水突变变化，通过显著性检验，确定突变时间。通过小波分析法分析极端降水量的周期变化。

2 结果与分析

2.1 年极端降水量的时间变化趋势及突变特征

各区域年极端降水量最大是天山山区，82.5mm，最少的区域是南疆地区，仅38.1mm。分析研究区各区域极端降水量的变化趋势，各区域的极端降水量都呈上升的趋势，北疆的极端降水量倾向率为7.2mm/10a，天山山区的极端降水量倾向率为8.3mm/10a。北疆和天山山区的极端降水量随时间的变化趋势基本一致，其7a滑动平均表明，这两个区域的极端降水量变化趋势是在波动中上升，天山山区20世纪80年代后迅速上升。南疆地区的极端降水量总体呈现极为微弱的上升趋势。

通过UFk和UBk曲线的变化趋势和两线的交点分析，北疆地区和天山山区的极端降水量分别在1982年和1990年发生显著突变，均通过显著性水平0.05的检验，天山山区显著性水平达到0.01，年极端降水量发生突变的现象十分显著；而南疆地区虽然UFk和UBk曲线与1986年交于一点，但在21世纪初极端降水量趋于下降（UFk），未通过显著性水平0.05的检验，因此该区域不存在显著增加的趋势。

2.2 极端降水的周期分析

揭示气候要素变化周期特征是深入理解气候变化过程与规律，进行气候预测的基础科学问题之一。为进一步了解研究区极端降水的周期变化特征，对近50a极端降水量的标准化序列用Morlet小波分析法研究它的周期。结果表明：新疆极端降水周期变化明显，主要存在一个准6a周期振荡，该周期表现较为显著和稳定。在20世纪80年代中期至90年代中期，极端降水量发生了最强的振动。

2.3 极端降水量的阈值分布

新疆极端降水阈值分布范围在2.7～12.4mm/ d，平均阈值为6.4mm/d。根据极端降水量阈值等值线大小的分布来看，高值主要集中在降水量较多的山区，其中天山山区，代表站为巴仑台，其阈值为12.4mm/d；较低的地区主要分布在降水量最少的吐哈盆地，其他受降水量的影响，阈值差异不大。由此可见，极端降水量的阈值是由降水量决定，极端降水量阈值的设置又会影响极端降水事件的发生。因此，合理设置极端降水量的阈值是很有必要的。

2.4 极端降水量的空间分布特征

新疆年极端降水量的区域差异十分显著，在研究区西部主要以天山山区大值中心，呈现北高南低的特点；研究区的东部主要是自东南向西北递减。其中，年极端降水量较大的区域主要集中在伊犁河谷地区，天山山区中西部和准噶尔西部山地，年极端降水量在100mm以上；年极端降水量较少的区域主要在南疆地区，年均极端降水量在20～30mm之间。年极端降水量的空间分布特征与其阈值的分布基本一致，都是山区较大，但也存在极端降水量的南北差异比阈值明显的现象。

2.5 极端降水频率和强度的时空变化特征

从各区域极端降水频率的变化趋势可以看出，极端降水频率呈现随时间缓慢增加的趋势。但从区域差异上来看，增加的程度是不同的。北疆地区的极端降水频率（0.63次/10a）增加速度是最迅速的，说明北疆地区发生极端降水事件逐渐频繁；其次是天山山区（0.45次/10a），增加比较缓慢。各区域极端降水强度相差不大，最大的天山山区为13.8mm/次，最小的南疆地区为10.0mm/次。

从极端降水强度变化趋势分析，北疆地区（0.11mm/10a）、天山山区（0.29mm/10a）、南疆地区（0.10mm/10a）的极端降水强度都有微弱的上升趋势。从极端降水频率和强度趋势变化的对比分析发现，各区域极端降水的频率和强度不是一致变化的，即极端降水频率增长速度快的地区，极端降水强度增长速度不一定快。再结合各区域极端降水量的变化趋势分析，极端降水频率或强度的增加导致极端降水量的增多。由新疆年极端降水频率空间分布可知，极端降水频率的空间分布与极端降水量基本一致，这说明极端降水频率对极端降水量有重要的影响。极端降水频率分布有两个大值中心，分别是伊犁河谷-天山山区，代表站点是昭苏，为13.7d；极端降水频率分布较小的区域主要集中在南疆地区，代表站点是吐鲁番，为1.3d，但在南疆地区西部有一个较大的区域中心。

新疆平均极端降水强度为11.2mm/d，由于研究区地势起伏大，高山盆地相间，区域降水空间分布差异显著，也造成极端降水强度分布的空间差异。在极端降水强度的空间分布中，极端降水强度分布较高的区域主要在天山山区中部，较低的区域主要位于吐哈盆地，代表站点是吐鲁番，仅为4.1mm/d。另外，南疆地区的塔克拉玛干沙漠的极端降水强度也较低。极端降水频率大的北疆地区和天山山区，其极端降水强度也较大，而极端降水频率较小的南疆地区，其极端降水强度却较大，这说明极端降水强度对南疆地区极端降水量有一定的影响。

2.6 年最大日降水量的变化特征

年最大日降水量是表征极端降水量其中的一项指标，研究它的变化情况也可反映极端降水量的变化规律。对新疆年最大日降水量趋势进行分析，年最大日降水量倾向率为0.57mm/10a，也呈上升趋势。年最大日降水量最小是1985年的和田，仅为0.7mm，比多年平均少10mm。通过对年最大日降水量M-K突变检验分析，年最大日降水量存在较明显突变特征，具体于1980年发生显著变化，UFk曲线显著上升，通过显著性水平0.05的检验。年最大日降水量与各区域的极端降水量的突变时间大概一致，均发生在20世纪80年代。

3 结语

3.1 讨论

（1）综合分析新疆1961～2010年极端降水量的时空变化特征，发现研究区中北疆地区、天山山区极端降水量突变发生的时间分别是1982年、1990年，极端降水量显著增加；南疆地区的极端降水量上升微弱，突变不显著。这可能表明区域内干湿变化具有差异性：北疆地区、天山地区出现明显“暖湿”而南疆地区明显“暖”而未明显“湿”。总的来说，新疆于20世纪80年代后极端降水量增多，该区呈现增湿的显著变化。这种增湿的趋势对研究区的生态环境、水资源、农业生产和人类活动等产生明显的影响，这种增湿趋势今后会如何变化，还有待进一步深入研究。

（2）新疆关于极端降水事件的研究更多的是关注某一区域的变化特征，对整个区域的研究较少。本文进行研究区划分时，把新疆区域分为3个区域较为合理，但天山山区类型多样，受地形因素的影响，极端降水分布很不均匀，不能精确描述该区域内极端降水的时空变化特征，因此有必要细化该地区的分区。

3.2 结论

总体上，新疆各区域极端降水量呈缓慢上升趋势。北疆地区、天山山区极端降水量显著增多，而南疆地区突变并不显著，这体现了新疆极端降水量的空间差异特征。这种差异性受地形因素影响大，其分布表现以天山山区为大值中心，北疆地区大于南疆地区。本文的研究有助于进一步分析新疆“暖湿”变化的区域差异性特征，并为区域洪涝灾害防治重点地区提供参照依据。

［1］江志红，丁裕国，蔡敏.未来极端降水对气候平均变暖敏感性的蒙特卡罗模拟实验［J］.气象学报，2009（06）：272-279.

［2］Moberg A，Jones P D，Lister D.Indices for DailyTemperature and Precipitation Extremes in Eu ropeAnalyzed for the Period 1901～2000［J］.Journal ofGeophysical Research：Atmospheres（1984～2012），2006，111（D22）.

［3］Goswam i B N，Venugopal V，Sengupta D，et al.IncreasingTrend of Extreme Rain Events over India in a WarmingEnvironment［J］.Science，2006，314（5804）：1442-1445.

［4］杨金虎，江志红，王鹏祥.中国年极端降水事件的时空分布特征［J］.气候与环境研究，2008（13）：75-83.

［5］闵屾，钱永甫.中国极端降水事件的区域性和持续性研究［J］.水科学进展，2008（19）：763-771.

［6］刘琳，陈静.新疆1961～2011年极端降水事件年内非均匀性特征［J］.沙漠与绿洲气象，2013（07）：53-59.

［7］赵勇，黄丹青，朱坚.北疆极端降水事件的初步分析［J］.沙漠与绿洲气象，2010（04）：1-5.

P467

A

1008-1305（2017）01-0115-03

DO I:10.3969/j.issn.1008-1305.2017.01.035

2016-03-15

张 新（1988年—），男，助理工程师。