烏魯木齊地區不同等級降水日數特征分析

蔣慧敏，劉春云，古麗巴哈·伊米提

(新疆維吾爾自治區烏魯木齊市氣象局，新疆 烏魯木齊 830002)

降水是水循環中最活躍的因子，在各種時空尺度的大氣環流過程中均扮演著重要的角色。不同區域的降水對全球變暖的響應均非常顯著，因此，正確描述區域降水對人類生產生活有著十分重要的意義。

新疆地處我國的西北地區，是著名的干旱區，作為新疆首府的烏魯木齊，水資源是制約該區域經濟發展的決定性資源因素，合理配置有限的水資源，是促進區域可持續發展的關鍵。烏魯木齊地勢起伏大，降水情況復雜，對氣候變化敏感，氣溫及降水的微弱變化都會引起該區域流域徑流變化明顯，生態環境十分脆弱。因此，正確描述烏魯木齊地區的降水時空分布和變化特征對該區域的水資源配置有著極為重要的意義。同時不同等級降水對干旱緩解或是觸發洪水均有著不同的作用。因此，有必要開展烏魯木齊地區不同量級降水規律的研究，旨在對干旱監測、洪水預防等具有一定的參考價值。

1 降雨量級標準

降雨量級標準按氣發〔2004〕45號《新疆降水量級標準（修訂版）》24小時降雨量達0～6.0毫米為大雨，6.1～12.0 毫米為中雨，12.1至24.0毫米為大雨、24.1～48.0毫米為暴雨，降雨量＞48.1毫米為大暴雨。

2 材料與方法

因為烏魯木齊11月至翌年3月為冬季，降水相態以雪為主，而本文主要研究相態為雨，因此采取的資料是烏魯木齊地區5個測站1961～2012年4～10月的逐日降水數據。該資料由新疆氣象局信息中心審核，進行了質量控制。

3 結果與分析

3.1 不同等級降水日數的氣候特征

從烏魯木齊地區暖季年降水日數與降水量空間對比圖（圖1）可以看出，兩者總體上大致相同，即降水量的多寡主要由降水日數的多少決定，略有不一致是大值中心，從圖1中(a)可以看出，降水日數空間分布表現為由西至東逐漸減少，降水日數最多的是位于高山帶的大西溝，達到119天/年，年降水最多的小渠子，降水日數并不是最多，而達坂城區的降水日數仍為全區最少（22天/年）。

圖1 烏魯木齊暖季（a）年平均降水日數和年平均降水量（b）空間分布圖

表1給出了近52年烏魯木齊市5個測站不同等級降水日數的空間分布。從各等級降水分布來說，小雨中雨降水日數的分布較為接近，均為大西溝站出現最多，次高區為小渠子，其他各等級降水日數大值區均為小渠子為最多，而大西溝居于其次，各等級的降水日數的低值中心皆為達坂城站，而烏魯木齊和米泉站各等級降水日數均相當。從烏魯木齊區域不同量級降水日數占總降水日數的百分比看，各站均以小雨的發生頻率最高，其次對夏季降水日數貢獻最大的是中雨，兩者的貢獻率之和均達到了85%以上，說明夏季降水日數主要來自于小雨和中雨的日數的貢獻，而大雨日數的貢獻率小渠子明顯要高于其他站。而從年平均降水日數和降水量的對比圖中，年降水最多的小渠子，降水日數并不是最多，這說明該區域年降水量較大是由大雨以上量級的降水造成的，暴雨、大暴雨對各站來說均為小概率事件，出現的概率均小于3%。

表1 烏魯木齊地區代表站近52年各等級年平均降水日數及趨勢系數的空間分布

烏魯木齊地區不同區域降水日數隨時間變化整體表現出增加趨勢，不同地區的不同等級年際變化速率如表1所示。除了小渠子小雨降水日數略增加以外，其他區域均呈減少趨勢，中雨、大雨和暴雨降水日數各站均呈增加趨勢，其中大西溝中雨、達坂城大雨以及烏魯木齊暴雨日數均通過了99%的顯著性檢驗，表明上述地區不同級別降水日數增加顯著，米泉和大西溝沒有出現過大暴雨，達坂城出現過大暴雨，但是日數極少，平均到每年基本為0，其他區域大暴雨日數呈增加趨勢，但是不顯著。

3.2 降水日數的周期變化

烏魯木齊地區各站不同等級降水日數均存在著明顯的周期性變化，各站的小雨日數均存在21年的年代際尺度的顯著性周期變化。而中雨日數各站均存在兩個顯著周期，后者表現的更加明顯，除了達坂城有15年左右的顯著周期變化，其他各區的較顯著周期變化多集中在20～22年。而各站另一個較弱周期除了大西溝有15年的年代際變化外，其他各站都集中在5～10年的年際尺度變化。而大雨日數來說，只有小渠子存在6～8年和21年兩個周期性變化，其他各站均是單周期變化，其中烏魯木齊具有17～18年的年代際周期變化外。另外三站均是7～8年的年際變化周期，暴雨日數和大雨日數有相似之處，只有達坂城是雙周期，其他各站單周期特征明顯。但周期性變化差異性較大，大暴雨日數除了烏魯木齊具有7～8年和小渠子11年的年際變化外，其他各站無年際變化尺度。

表2 烏魯木齊地區各站不同等級降水日數的周期變化分析

表3 烏魯木齊各站不同級別降水日數的Hurst指數(小時)

3.3 降水日數的持續性分析

根據R/S分析基本原理，對烏魯木齊各站不同等級降水日數變化的持續性進行了分析，計算相應的Hurst指數(表3)。烏魯木齊和小渠子在小雨日數的持續性分析中，Hurst指數在0＜小時＜0.5，說明烏魯木齊過去52年小雨日數減少的趨勢在未來會逐漸轉為增多，而小渠子則相反，其他各區繼續維持原來的趨勢不變，中雨日數的Hurst均表現為0.5＜小時＜1，表明在未來中雨日數日益增加的趨勢有較強的持續性，大雨日數除了達坂城區域無法得到小時值，其他各區也繼續維持原趨勢不變，除了小渠子和大西溝在暴雨日數繼續增加持續性相對較強以外，其他各區無法判斷，因各區大暴雨日數較少，在對大暴雨日數持續性分析時無法得到有效數值，因此無法判斷其持續性。

3.4 降水日數對農業的影響

降水資源的變化對農業的影響是比較復雜的，降水日數和降水量的多少是影響旱作區農作物產量的主要原因，由于烏魯木齊地區相對干旱少雨，土壤水分對降水的依賴性大，所以，烏魯木齊土壤濕度對降水的敏感性遠大于其他地區。因降水自上而下逐漸下滲、截留，因此，小雨日數對土壤濕度的影響相對不顯著，而烏魯木齊地區生態環境相對脆弱，且干旱地區的土壤對暴雨和大暴雨不能及時吸收，反而容易引發泥石流。因此，中雨和大雨日數的變化才是決定烏魯木齊地區土壤變化的密切因素，本文中研究發現烏魯木齊各個不同站點中雨和大雨日數均呈增加趨勢，對本地未來的農業發展是十分有利的。

4 結論

降水量的多寡主要由降水日數的決定，特別是大雨以上量級降水日數是決定降水量大小的關鍵值。小雨日數除了小渠子外的其他站點，均呈減少趨勢，中雨、大雨和暴雨日數變化一致呈增加趨勢，烏魯木齊和小渠子的大暴雨日數呈增加趨勢，但不顯著。各站點不同等級降水日數存在顯著的年代際和年際尺度的周期性變化。除了小雨日數各站變化趨勢呈現不同變化外和大暴雨日數無法判斷外，其他不同級別各站降水日數變化具有較好的持續性，而各站的大暴雨日數因數據太少，持續性無法判斷外。