新疆伊宁市1952年~2015年气温及降水量变化特征分析
2020-04-13肉孜买买提阿不来提
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。