新疆伊寧市1952年～2015年氣溫及降水量變化特征分析

肉孜買買提·阿不來提

(新疆伊犁水文勘測局，新疆伊寧835000)

1 引言

近幾十年來，全球氣候變化已造成多地洪澇災害頻發，給人們的生產生活帶來了嚴重影響。氣候變化也在不斷的改變水文特征，對水資源的合理分配使用以及人類、動植物生存的自然環境造成極大的負面影響。在全球氣候變暖及人類活動的影響下，新疆伊寧市氣溫、降水也呈現出一定的規律性變化[1]，由于新疆地區生態環境比較脆弱，受氣候變化的影響較大，為深入掌握新疆的氣候變化特征，已有很多學者采用多種分析方法研究新疆不同區域的氣候變化規律[2～3]。近年來，伊犁地區受極端天氣過程的影響，部分河流，特別是無資料小山溝災害性洪水頻發，氣候異常是影響該地區洪水災害頻發的主要原因，因此有必要對新疆伊寧市的氣候變化特征進行分析研究。本文基于前人研究成果，以新疆伊寧市為研究區，綜合運用線性傾向估計法、距平分析法、五年滑動平均法、M-K檢驗等相關水文統計學方法[4]，分析研究區多年降水量、氣溫變化特征和變化趨勢，尋找其時間分布規律，為該地區水資源調度、水資源合理開發利用以及洪水預警和防災減災提供決策依據。

2 研究區自然地理概況

新疆伊犁河谷位于中天山西部腹地，素有“濕島”之稱，這里的土地肥沃，降水較充沛，物產豐富，享有“蘋果之鄉”等美譽。伊寧市位于伊犁河谷中部，地理位置43°50′～44°15′N，81°04′～81°26′E之間，全市總面積為675.5 km2。

伊寧市為伊犁河谷平原區降水量較少區域，多年平均年降水量為279.1 mm；氣候溫和，屬于溫和半干旱區，多年平均氣溫為9.2℃，極端最高氣溫為38.7℃、最低氣溫為-40.4℃，年日照時數2870 h，無霜期147 d，晝夜溫差較大，四季分明，人居環境條件較好。

3 資料來源與研究方法

3.1 資料來源

選用新疆伊寧氣象站1952年～2015年的年平均氣溫、降水量資料系列進行研究分析，該資料系列完整可靠。季節的劃分方法以春季(3月～5月)、夏季(6月～8月)、秋季(9月～11月)、冬季(12月～2月)做劃分標準。所有數據分析及繪圖采用MATLAB及EXCEL完成。

3.2 研究方法

本文對研究資料采用數理統計、線性趨勢分析[5]、滑動平均法以及累積距平法[6]對氣溫、降水時間序列的變化趨勢進行分析；采用Mann-Kendall非參數趨勢檢驗法[7]來確定并進行檢驗各氣象要素序列的突變位置。

4 結果與分析

4.1 氣溫變化趨勢分析

4.1.1 年平均氣溫變化趨勢

利用伊寧市近64 a逐月氣溫資料分析其氣溫特征，經系列統計分析得出：伊寧市多年平均氣溫為9.2℃，最大為11.9℃，最小為6.3℃，最大與最小差值相對較大，為5.6℃。由圖1可知，1952年～2015年伊寧市年平均氣溫在6.3℃～11.9℃之間變化，其中最大年均氣溫出現在1986年，最小年均氣溫出現在1954年。該地區在研究時段內年均氣溫在波動中整體呈明顯上升趨勢，從圖中可看出年平均氣溫變化過程與5年滑動平均曲線變化一致，均顯示上升趨勢。其氣候傾向率為0.47℃/10 a，明顯比西北地區近50 a來0.22℃/10 a[8]和中國天山山區1959年～2000年0.20℃/10 a[9]的變化速率要高。

圖1 伊寧市多年平均氣溫序列變化圖

新疆伊寧市近64 a來年均氣溫序列累積距平曲線趨勢見圖2。由圖2可以看出，1952年～2015年間年均氣溫累積距平曲線大致呈先下降后上升的變化趨勢，說明伊寧市年均氣溫在近64 a經歷了下降-上升的主要階段性趨勢變化過程，氣溫在1986年以前呈持續下降趨勢，1986年以后迅速上升，并持續保持升高的態勢。

圖2 新疆伊寧市多年氣溫累計距平曲線圖

4.1.2 氣溫季節變化趨勢

新疆伊寧市近64 a來各季氣溫序列經線性擬合分析(見圖3)。由圖3可知，伊寧市各季氣溫與年均氣溫變化趨勢較為一致，均呈明顯上升趨勢，但各季氣溫上升幅度不同。各季氣候傾向率由大到小依次為冬季(0.47℃/10 a)>春季(0.42℃/10 a)>秋季(0.32℃/10 a)>夏季(0.31℃/10 a)，從各季氣溫線性擬合增長率變化來看，研究區近64年間各季氣溫的變化趨勢對年平均氣溫的上升趨勢均有一定貢獻，其中冬季氣溫增溫趨勢最明顯，貢獻也最大，而夏季氣溫增溫趨勢最弱，貢獻則最小。

春季 夏季秋季 冬季圖3 新疆伊寧市多年平均氣溫季節變化圖

4.1.3 年均氣溫的突變檢測分析

1952年～2015年伊寧市年均氣溫序列Mann-Kendall統計量UF、UB曲線見圖4。可看出，自20世紀50年代初(1952年)開始，UF曲線始終大于0，研究區增溫趨勢較為顯著，且從90年代后期開始增溫趨勢遠超過顯著水平臨界線U0.05=1.96，呈持續顯著的上升趨勢，這與線性相關系數檢驗的結果較為一致；研究區氣溫在1995年發生突變。

圖4 新疆伊寧市年均氣溫Mann-Kendall統計量曲線圖

4.2 降水變化趨勢分析

4.2.1 年降水變化趨勢

新疆伊寧市近64 a的降水資料序列反映的降水量趨勢變化見圖5。由圖5中可看出：伊寧市年降水量的趨勢線是上升的，表明該地區在1952年～2015年降水總趨勢是上升的，且年降水量的波動性變化幅度較大，年降水量增加速率為11.7 mm/10 a，左洪超等[7]研究發現，新疆地區降水量的增加趨勢在全國范圍內在趨勢與強度上是最大的，由圖5中還可以看出，新疆伊寧市近64 a來降水最多、最少年份分別為2004年490.9 mm，1967年137.6 mm。圖5中5 a滑動平均可以發現，近64 a來，伊寧市年降水量無論是年變化過程線或5年滑動平均曲線均在波動中呈明顯上升趨勢，說明新疆伊寧市氣候的濕潤化趨勢較為明顯。

圖5 伊寧市多年降水量變化圖

新疆伊寧市近64 a來年降水量序列累積距平曲線見圖6。從圖6可以看出:1952年～1960年伊寧市降水量呈偏多的趨勢，而從1961年～1986年降水量總體趨于減少，屬于枯水期；1987年～1997年這11 a之間降水豐枯交替出現，波動變化很頻繁；從1998年以后降水量開始增加，特別是21世紀初以后降水呈持續增加趨勢。因此得出研究區降水量在20世紀80年代中后期開始由干枯向濕潤轉變。

圖6 伊寧市多年降水量累積距平曲線圖

4.2.2 降水季節變化特征分析

對新疆伊寧市近64 a來各季降水序列進行趨勢變化分析(見圖7)，各季降水氣候傾向率：春季為-0.16 mm/10 a，夏季為1.20 mm/10 a，秋季為6.01 mm/10 a，冬季為3.83 mm/10 a。可看出，春季降水量變化有較小的減少趨勢，而其余季節降水量均呈增加趨勢；其中，秋季降水量的增加趨勢最為顯著，其次是冬季，而夏季降水量的增加趨勢相對較小。

春季 夏季秋季 冬季圖7 新疆伊寧市多年降水量季節變化圖

4.2.3 年降水量的突變檢測分析

1952年～2015年伊寧市年降水量統計量UF、UB曲線見圖8。結合M-K檢驗結果，可以看出：研究區年降水量從1954年～1968年呈持續減少趨勢，且從1961年開始UF<0，降水減少趨勢顯著。從整體上看，降水序列從1969年開始呈持續增長態勢，在1998年前后發生了突變，其變化趨勢為由減少到增多；從1999年開始UF>0，降水呈增加趨勢，說明在未來幾年內伊寧市降水量將呈顯著增加趨勢。

圖8 新疆伊寧市年降水Mann-Kendall統計量曲線圖

5 結論與展望

在全球氣候變化的趨勢下，通過對研究區的氣候要素進行系統性的分析，歸納有以下幾方面：

(1)近64 a來新疆伊寧市年均氣溫在波動中整體呈明顯上升趨勢；各季氣溫與年均氣溫變化趨勢均呈明顯上升趨勢，但上升幅度不同，其中冬季氣溫對年均氣溫的上升趨勢貢獻最大，夏季貢獻最小。

(2)研究區近64 a來，年降水量在波動中呈明顯上升趨勢，說明該區域氣候的濕潤化趨勢比較明顯；通過分析可以確定，新疆伊寧市降水量在20世紀80年代中后期開始由干枯向濕潤轉變。對各季降水量趨勢變化分析得知，近64 a來，春季降水量有較小的減少趨勢，其余夏、秋、冬季降水量變化均呈增加趨勢；其中，秋季降水量呈顯著增加趨勢，其次是冬季，而夏季降水量的增加趨勢相對較小。

(3)近64 a來研究區年均氣溫在1995年前后存在明顯的突變，突變后的年均氣溫呈顯著上升趨勢。年降水量在1998年前后發生了突變，其變化趨勢為由減少到增多；從1999年開始降水呈增加趨勢，預估在未來幾年內伊寧市降水量將呈顯著增加趨勢。

(4)本文通過不同統計方法綜合分析了新疆伊寧市近64 a來各氣象要素變化過程，未來氣候變化將在時空上改變流域的水文情勢。深入分析未來氣候變化趨勢，科學評估未來氣候變化下伊犁河流域水資源情勢，為保護生態環境及合理利用水資源、有效控制洪水災害提供有力的科學依據。