新疆伊宁市1952年～2015年气温及降水量变化特征分析

肉孜买买提·阿不来提

(新疆伊犁水文勘测局，新疆伊宁835000)

1 引言

近几十年来，全球气候变化已造成多地洪涝灾害频发，给人们的生产生活带来了严重影响。气候变化也在不断的改变水文特征，对水资源的合理分配使用以及人类、动植物生存的自然环境造成极大的负面影响。在全球气候变暖及人类活动的影响下，新疆伊宁市气温、降水也呈现出一定的规律性变化[1]，由于新疆地区生态环境比较脆弱，受气候变化的影响较大，为深入掌握新疆的气候变化特征，已有很多学者采用多种分析方法研究新疆不同区域的气候变化规律[2～3]。近年来，伊犁地区受极端天气过程的影响，部分河流，特别是无资料小山沟灾害性洪水频发，气候异常是影响该地区洪水灾害频发的主要原因，因此有必要对新疆伊宁市的气候变化特征进行分析研究。本文基于前人研究成果，以新疆伊宁市为研究区，综合运用线性倾向估计法、距平分析法、五年滑动平均法、M-K检验等相关水文统计学方法[4]，分析研究区多年降水量、气温变化特征和变化趋势，寻找其时间分布规律，为该地区水资源调度、水资源合理开发利用以及洪水预警和防灾减灾提供决策依据。

2 研究区自然地理概况

新疆伊犁河谷位于中天山西部腹地，素有“湿岛”之称，这里的土地肥沃，降水较充沛，物产丰富，享有“苹果之乡”等美誉。伊宁市位于伊犁河谷中部，地理位置43°50′～44°15′N，81°04′～81°26′E之间，全市总面积为675.5 km2。

伊宁市为伊犁河谷平原区降水量较少区域，多年平均年降水量为279.1 mm；气候温和，属于温和半干旱区，多年平均气温为9.2℃，极端最高气温为38.7℃、最低气温为-40.4℃，年日照时数2870 h，无霜期147 d，昼夜温差较大，四季分明，人居环境条件较好。

3 资料来源与研究方法

3.1 资料来源

选用新疆伊宁气象站1952年～2015年的年平均气温、降水量资料系列进行研究分析，该资料系列完整可靠。季节的划分方法以春季(3月～5月)、夏季(6月～8月)、秋季(9月～11月)、冬季(12月～2月)做划分标准。所有数据分析及绘图采用MATLAB及EXCEL完成。

3.2 研究方法

本文对研究资料采用数理统计、线性趋势分析[5]、滑动平均法以及累积距平法[6]对气温、降水时间序列的变化趋势进行分析；采用Mann-Kendall非参数趋势检验法[7]来确定并进行检验各气象要素序列的突变位置。

4 结果与分析

4.1 气温变化趋势分析

4.1.1 年平均气温变化趋势

利用伊宁市近64 a逐月气温资料分析其气温特征，经系列统计分析得出：伊宁市多年平均气温为9.2℃，最大为11.9℃，最小为6.3℃，最大与最小差值相对较大，为5.6℃。由图1可知，1952年～2015年伊宁市年平均气温在6.3℃～11.9℃之间变化，其中最大年均气温出现在1986年，最小年均气温出现在1954年。该地区在研究时段内年均气温在波动中整体呈明显上升趋势，从图中可看出年平均气温变化过程与5年滑动平均曲线变化一致，均显示上升趋势。其气候倾向率为0.47℃/10 a，明显比西北地区近50 a来0.22℃/10 a[8]和中国天山山区1959年～2000年0.20℃/10 a[9]的变化速率要高。

图1 伊宁市多年平均气温序列变化图

新疆伊宁市近64 a来年均气温序列累积距平曲线趋势见图2。由图2可以看出，1952年～2015年间年均气温累积距平曲线大致呈先下降后上升的变化趋势，说明伊宁市年均气温在近64 a经历了下降-上升的主要阶段性趋势变化过程，气温在1986年以前呈持续下降趋势，1986年以后迅速上升，并持续保持升高的态势。

图2 新疆伊宁市多年气温累计距平曲线图

4.1.2 气温季节变化趋势

新疆伊宁市近64 a来各季气温序列经线性拟合分析(见图3)。由图3可知，伊宁市各季气温与年均气温变化趋势较为一致，均呈明显上升趋势，但各季气温上升幅度不同。各季气候倾向率由大到小依次为冬季(0.47℃/10 a)>春季(0.42℃/10 a)>秋季(0.32℃/10 a)>夏季(0.31℃/10 a)，从各季气温线性拟合增长率变化来看，研究区近64年间各季气温的变化趋势对年平均气温的上升趋势均有一定贡献，其中冬季气温增温趋势最明显，贡献也最大，而夏季气温增温趋势最弱，贡献则最小。

春季 夏季秋季 冬季图3 新疆伊宁市多年平均气温季节变化图

4.1.3 年均气温的突变检测分析

1952年～2015年伊宁市年均气温序列Mann-Kendall统计量UF、UB曲线见图4。可看出，自20世纪50年代初(1952年)开始，UF曲线始终大于0，研究区增温趋势较为显著，且从90年代后期开始增温趋势远超过显著水平临界线U0.05=1.96，呈持续显著的上升趋势，这与线性相关系数检验的结果较为一致；研究区气温在1995年发生突变。

图4 新疆伊宁市年均气温Mann-Kendall统计量曲线图

4.2 降水变化趋势分析

4.2.1 年降水变化趋势

新疆伊宁市近64 a的降水资料序列反映的降水量趋势变化见图5。由图5中可看出：伊宁市年降水量的趋势线是上升的，表明该地区在1952年～2015年降水总趋势是上升的，且年降水量的波动性变化幅度较大，年降水量增加速率为11.7 mm/10 a，左洪超等[7]研究发现，新疆地区降水量的增加趋势在全国范围内在趋势与强度上是最大的，由图5中还可以看出，新疆伊宁市近64 a来降水最多、最少年份分别为2004年490.9 mm，1967年137.6 mm。图5中5 a滑动平均可以发现，近64 a来，伊宁市年降水量无论是年变化过程线或5年滑动平均曲线均在波动中呈明显上升趋势，说明新疆伊宁市气候的湿润化趋势较为明显。

图5 伊宁市多年降水量变化图

新疆伊宁市近64 a来年降水量序列累积距平曲线见图6。从图6可以看出:1952年～1960年伊宁市降水量呈偏多的趋势，而从1961年～1986年降水量总体趋于减少，属于枯水期；1987年～1997年这11 a之间降水丰枯交替出现，波动变化很频繁；从1998年以后降水量开始增加，特别是21世纪初以后降水呈持续增加趋势。因此得出研究区降水量在20世纪80年代中后期开始由干枯向湿润转变。

图6 伊宁市多年降水量累积距平曲线图

4.2.2 降水季节变化特征分析

对新疆伊宁市近64 a来各季降水序列进行趋势变化分析(见图7)，各季降水气候倾向率：春季为-0.16 mm/10 a，夏季为1.20 mm/10 a，秋季为6.01 mm/10 a，冬季为3.83 mm/10 a。可看出，春季降水量变化有较小的减少趋势，而其余季节降水量均呈增加趋势；其中，秋季降水量的增加趋势最为显著，其次是冬季，而夏季降水量的增加趋势相对较小。

春季 夏季秋季 冬季图7 新疆伊宁市多年降水量季节变化图

4.2.3 年降水量的突变检测分析

1952年～2015年伊宁市年降水量统计量UF、UB曲线见图8。结合M-K检验结果，可以看出：研究区年降水量从1954年～1968年呈持续减少趋势，且从1961年开始UF<0，降水减少趋势显著。从整体上看，降水序列从1969年开始呈持续增长态势，在1998年前后发生了突变，其变化趋势为由减少到增多；从1999年开始UF>0，降水呈增加趋势，说明在未来几年内伊宁市降水量将呈显著增加趋势。

图8 新疆伊宁市年降水Mann-Kendall统计量曲线图

5 结论与展望

在全球气候变化的趋势下，通过对研究区的气候要素进行系统性的分析，归纳有以下几方面：

(1)近64 a来新疆伊宁市年均气温在波动中整体呈明显上升趋势；各季气温与年均气温变化趋势均呈明显上升趋势，但上升幅度不同，其中冬季气温对年均气温的上升趋势贡献最大，夏季贡献最小。

(2)研究区近64 a来，年降水量在波动中呈明显上升趋势，说明该区域气候的湿润化趋势比较明显；通过分析可以确定，新疆伊宁市降水量在20世纪80年代中后期开始由干枯向湿润转变。对各季降水量趋势变化分析得知，近64 a来，春季降水量有较小的减少趋势，其余夏、秋、冬季降水量变化均呈增加趋势；其中，秋季降水量呈显著增加趋势，其次是冬季，而夏季降水量的增加趋势相对较小。

(3)近64 a来研究区年均气温在1995年前后存在明显的突变，突变后的年均气温呈显著上升趋势。年降水量在1998年前后发生了突变，其变化趋势为由减少到增多；从1999年开始降水呈增加趋势，预估在未来几年内伊宁市降水量将呈显著增加趋势。

(4)本文通过不同统计方法综合分析了新疆伊宁市近64 a来各气象要素变化过程，未来气候变化将在时空上改变流域的水文情势。深入分析未来气候变化趋势，科学评估未来气候变化下伊犁河流域水资源情势，为保护生态环境及合理利用水资源、有效控制洪水灾害提供有力的科学依据。