新疆乌苏市近66年降水量变化特征分析

靳 磊

(新疆塔城水文勘测局，新疆 塔城 834700)

乌苏市位于新疆维吾尔自治区北部准噶尔盆地的西南缘，天山支脉婆罗科努山和依连哈比尔尕山北麓，地理坐标东经83°20′～85°18′，北纬43°26′～45°15′[1]。乌苏市地处欧亚大陆腹地，属北温带大陆性干旱气候，气候四季分明，夏季炎热，冬季严寒，降水较少，空气干燥，温度年、日变化较大，光照充足，是北疆热量丰富、无霜期较长的地区之一[2]。区域主要平原区气温最高，南部与山区气温最低，平均气温在3.6℃～8.1℃之间，平均降水量在175.9～412.5 mm之间，从平原到南部山区降水量逐步增加，年蒸发量高值在平原区，低山丘陵区蒸发量一般高于900 mm[3]。大气降水是水文循环中最活跃的因子，又是径流补给的主要因素，降水量的多少反映了评价区域的水资源丰枯状况，对河流及区域水资源的形成有着重要的影响[4]。为此本文选取新疆乌苏市8个气象、水文站点1953-2018年降水数据对乌苏市近66年降水年内和年际特征进行分析。成果对于分析乌苏市水资源量的丰枯变化具有重要指导意义。

1 乌苏市水汽条件

乌苏市位于天山北坡中段，准噶尔盆地西南缘，地处欧亚大陆腹地，远离海洋，属内陆型干旱、半干旱地区[5]。区域降水量随着高度的递增而逐步增加，平原地区的降水量低于山区降水量[6-8]。降水主要来源于大气水，是水资源的主要组成部分，土壤水、地表及地下水主要通过降水进行补给。从整个地区来看，水汽主要来源于大西洋西风气流带来的湿润空气。由于新疆位于北半球中纬度西风环流范围内，在一年四季都畅通中纬度西风高空环流，大西洋西风气流直达天山山脉，水汽通道除零星丘陵外，无高山对其通道进行阻挡，新疆西北部山脉由于低缺口海拔，使得北疆不能流入下层的西风气流，降水多形成在天山北玻。除西风环流带来水汽外，从印度半岛和阿拉伯海的水汽随较强西南气流可以跨过青藏高原到达新疆南部，甚至可以跨过天山进入北疆地区。

2 降雨资料情况

2.1 基本资料

本区域选用站实测资料年份最长的是乌苏市气象站，从1953-2018年有66 a资料，其次为吉勒德水文站，从1956-2018年有63 a资料，各选用站资料年份均超过20年。各站点情况见表1。对采用站实测资料进行了逐站逐年审查，有疑问的资料均查阅原始资料，逐一核实改正。对特大、特小值也进行了分析考证，评价其合理性。对所收集的水文、气象站降水资料，进行了分析和复核，经过复核基础资料可靠，满足分析要求。

表1 乌苏市选用雨量站基本情况表

2.2 插补延长处理

本次选用实测资料较长的吉勒德水文站为参证站，资料系列为1956-2018年。平原区选用资料系列较长的乌苏市气象站为参证站，资料系列为1953-2018年。区域内各站资料系列长短不一，资料参差不齐，为了保持资料一致性，必须对评价区内各水文、气象站降水量资料进行插补延长，对各站资料系列采用参证站资料相关系列延长；对各站年内资料不全缺测月份少的采用均值替代法[9]插补；对年内资料缺测月份较多的采用多年平均月降水量占年降水量的百分比法[10]进行插补。降雨插补延长见表2。

表2 选用站降水量资料插补一览表

3 降雨变化特征分析

3.1 降水量的地区分布

乌苏市区域展布在天山山脉的婆罗科努山、依连哈比尔尕山和准噶尔盆地两个大的地貌单元上，整个山地呈东西走向。从大地貌单元看，乌苏市境内天山中高山地带的新月型有利于西来水汽的富集，天山山脉前托斯特、独山子隆起半圆形弯曲有利于谷地环流形成。各站点降水量实测值在100～400 m之间变化，待普僧气象站位于婆罗科努中山带，年降水量最大实测值在611.9 m，20年实测降水量的均值为412.5 mm。吉勒德水文站位于出山口，年降水量最大实测值为426.4 mm，实测数据系列中降水量的平均值可达到267.3 mm，车排子气象站位于古尔班通古特沙漠边缘，其实测数据系列的降水平均值仅为168.0 mm。

降水量受地形、地貌特征以及地势条件的综合影响，变化规律随着高度变化较为复杂，降水变化和成因都有所差异，但主要可以归为大尺度和中小尺度地理因素的影响，由于降水机理影响程度不同，因此乌苏市降水量由于复杂地形分布十分不均匀。总的来说，南部大于北部，山区大于平原，降水量随海拔高度增加而增加，垂直变化明显。以300 mm线(等值线图)代表平均情况，等值线与山体走势一致，可以看出一些基本趋势，即在此线以北年降水量小于300 mm，以南大于300 mm。区域内最大降水区位于山脊附近，年降水量1 000 mm左右，形成1 000 mm的闭合圈。

精河一带和车排子—克拉玛依一线为荒漠性较强的少雨区，在乌苏市西部的古尔图、西北部的甘家湖和北部的车排子一带，年降水量只有100 mm左右，降水日数约50 d。

3.2 降水量的年内分配

降水的年内分配受水汽条件和地理位置的影响，乌苏地区位于中纬度内陆区，属大陆性温带干旱气候。从每年的四月份开始降水明显增多，四月的降水量约占全年降水量的13%，连续最大四个月降水量出现在4-7月和5-8月。

连续最大四个月降水量占年降水量的百分比分布，除平原区乌苏市气象站、车排子气象站约为50%外，其余各山区站均在60%～79%之间。海拔高程对降水量的百分比分布影响较大，从实测资料可以看出，山区连续最大四个月降水量占年降水量的百分比要大于平原。

根据实测资料统计，乌苏市区域各季降水量占全年降水量的百分比为：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%，出现在6-7月；最小月仅占1%～4%，出现在1月。因为流域上空的西风环流终年畅通，所以除了冬季处于蒙古高压控制，气温低、降水少外，每年4-7月或5-8月，该区受大陆热低压影响，阵性天气较多，春、夏两季的降水量占到全年降水量的60%左右，见表3。

表3 乌苏市区域各站降雨量四季分配表

3.3 降水量的年际变化

降水量的年际变化可以用最大与最小年来表示，从表4中看出，乌苏市气象站比值最大，为4.7，喇嘛庙水文站最小，为2.1，各站间存在一定的差异，但数值变化幅度不太大，且年际间变化没有明显的规律性。

表4 乌苏市区域各站年降水量最大、最小倍比统计表

4 水资源分区降水变化分析

4.1 水资源分区

乌苏市水资源分区，一级区2个为：天山北麓中段、艾比湖水系；二级区按流域分为6个：外流区Ⅰ、外流区Ⅱ、外流区Ⅲ、古尔图河流域灌区、四棵树河流域灌区、奎屯河流域灌区；三级区按灌区分为9个：托托河和乌东果勒区、小巴音沟和乌兰萨依区、巴音沟区、古尔图灌区、兵团灌区Ⅰ、四棵树河流域灌区、奎屯河灌区、车排子灌区、兵团灌区Ⅱ。各分区面积量算见表5。

表5 乌苏市各水资源分区名称及面积统计表

4.2 分区降水量分析

在电子地图上点绘各降雨站点的降水量均值，控制点为区域内实测降水数据，在站点处见各站点近66 a的降水均值进行标注，降水等值线按照趋势进行绘制。降水量等值线根据站点降雨统计数据进行绘制，考虑到降水数据的一致性、代表性以及可靠性，对参考和主要站点数据进行区别，在图上分别采用不同符号进行标注，此外考虑地形、地貌以及气候特征的综合影响合理分布降水等值线。降水量地区分布情况可以从降水等值线中得到了解。无降水观测站点的降水量级也可从降水等值线中获得大致分布。结合乌苏市不同分区边界，在多年平均降水等值线中对分区降水量按照等值线包围面积进行量算，各分区降水量统计结果见表6。经量算，乌苏市多年平均年降水总量为50.40×108m3，折合降水深为350.3 mm。

表6 乌苏市各水资源分区1956-2018年降水量量算表

5 结语

(1)海拔高程对乌苏市降水量的百分比分布影响较大，降水随海拔高度的增加而增加，垂直变化明显。降水在区域内的分布山区多于平原，山区连续最大四个月降水量占年降水量的百分比大于平原区。山区是乌苏市降水量相对丰富地区，降水量占全区的79.5%。

(2)乌苏市各站间存在一定的差异，但数值变化幅度不太大，且降水年际间变化没有明显的规律性。