新疆烏蘇市近66年降水量變化特征分析

靳 磊

(新疆塔城水文勘測局，新疆 塔城 834700)

烏蘇市位于新疆維吾爾自治區北部準噶爾盆地的西南緣，天山支脈婆羅科努山和依連哈比爾尕山北麓，地理坐標東經83°20′～85°18′，北緯43°26′～45°15′[1]。烏蘇市地處歐亞大陸腹地，屬北溫帶大陸性干旱氣候，氣候四季分明，夏季炎熱，冬季嚴寒，降水較少，空氣干燥，溫度年、日變化較大，光照充足，是北疆熱量豐富、無霜期較長的地區之一[2]。區域主要平原區氣溫最高，南部與山區氣溫最低，平均氣溫在3.6℃～8.1℃之間，平均降水量在175.9～412.5 mm之間，從平原到南部山區降水量逐步增加，年蒸發量高值在平原區，低山丘陵區蒸發量一般高于900 mm[3]。大氣降水是水文循環中最活躍的因子，又是徑流補給的主要因素，降水量的多少反映了評價區域的水資源豐枯狀況，對河流及區域水資源的形成有著重要的影響[4]。為此本文選取新疆烏蘇市8個氣象、水文站點1953-2018年降水數據對烏蘇市近66年降水年內和年際特征進行分析。成果對于分析烏蘇市水資源量的豐枯變化具有重要指導意義。

1 烏蘇市水汽條件

烏蘇市位于天山北坡中段，準噶爾盆地西南緣，地處歐亞大陸腹地，遠離海洋，屬內陸型干旱、半干旱地區[5]。區域降水量隨著高度的遞增而逐步增加，平原地區的降水量低于山區降水量[6-8]。降水主要來源于大氣水，是水資源的主要組成部分，土壤水、地表及地下水主要通過降水進行補給。從整個地區來看，水汽主要來源于大西洋西風氣流帶來的濕潤空氣。由于新疆位于北半球中緯度西風環流范圍內，在一年四季都暢通中緯度西風高空環流，大西洋西風氣流直達天山山脈，水汽通道除零星丘陵外，無高山對其通道進行阻擋，新疆西北部山脈由于低缺口海拔，使得北疆不能流入下層的西風氣流，降水多形成在天山北玻。除西風環流帶來水汽外，從印度半島和阿拉伯海的水汽隨較強西南氣流可以跨過青藏高原到達新疆南部，甚至可以跨過天山進入北疆地區。

2 降雨資料情況

2.1 基本資料

本區域選用站實測資料年份最長的是烏蘇市氣象站，從1953-2018年有66 a資料，其次為吉勒德水文站，從1956-2018年有63 a資料，各選用站資料年份均超過20年。各站點情況見表1。對采用站實測資料進行了逐站逐年審查，有疑問的資料均查閱原始資料，逐一核實改正。對特大、特小值也進行了分析考證，評價其合理性。對所收集的水文、氣象站降水資料，進行了分析和復核，經過復核基礎資料可靠，滿足分析要求。

表1 烏蘇市選用雨量站基本情況表

2.2 插補延長處理

本次選用實測資料較長的吉勒德水文站為參證站，資料系列為1956-2018年。平原區選用資料系列較長的烏蘇市氣象站為參證站，資料系列為1953-2018年。區域內各站資料系列長短不一，資料參差不齊，為了保持資料一致性，必須對評價區內各水文、氣象站降水量資料進行插補延長，對各站資料系列采用參證站資料相關系列延長；對各站年內資料不全缺測月份少的采用均值替代法[9]插補；對年內資料缺測月份較多的采用多年平均月降水量占年降水量的百分比法[10]進行插補。降雨插補延長見表2。

表2 選用站降水量資料插補一覽表

3 降雨變化特征分析

3.1 降水量的地區分布

烏蘇市區域展布在天山山脈的婆羅科努山、依連哈比爾尕山和準噶爾盆地兩個大的地貌單元上，整個山地呈東西走向。從大地貌單元看，烏蘇市境內天山中高山地帶的新月型有利于西來水汽的富集，天山山脈前托斯特、獨山子隆起半圓形彎曲有利于谷地環流形成。各站點降水量實測值在100～400 m之間變化，待普僧氣象站位于婆羅科努中山帶，年降水量最大實測值在611.9 m，20年實測降水量的均值為412.5 mm。吉勒德水文站位于出山口，年降水量最大實測值為426.4 mm，實測數據系列中降水量的平均值可達到267.3 mm，車排子氣象站位于古爾班通古特沙漠邊緣，其實測數據系列的降水平均值僅為168.0 mm。

降水量受地形、地貌特征以及地勢條件的綜合影響，變化規律隨著高度變化較為復雜，降水變化和成因都有所差異，但主要可以歸為大尺度和中小尺度地理因素的影響，由于降水機理影響程度不同，因此烏蘇市降水量由于復雜地形分布十分不均勻。總的來說，南部大于北部，山區大于平原，降水量隨海拔高度增加而增加，垂直變化明顯。以300 mm線(等值線圖)代表平均情況，等值線與山體走勢一致，可以看出一些基本趨勢，即在此線以北年降水量小于300 mm，以南大于300 mm。區域內最大降水區位于山脊附近，年降水量1 000 mm左右，形成1 000 mm的閉合圈。

精河一帶和車排子—克拉瑪依一線為荒漠性較強的少雨區，在烏蘇市西部的古爾圖、西北部的甘家湖和北部的車排子一帶，年降水量只有100 mm左右，降水日數約50 d。

3.2 降水量的年內分配

降水的年內分配受水汽條件和地理位置的影響，烏蘇地區位于中緯度內陸區，屬大陸性溫帶干旱氣候。從每年的四月份開始降水明顯增多，四月的降水量約占全年降水量的13%，連續最大四個月降水量出現在4-7月和5-8月。

連續最大四個月降水量占年降水量的百分比分布，除平原區烏蘇市氣象站、車排子氣象站約為50%外，其余各山區站均在60%～79%之間。海拔高程對降水量的百分比分布影響較大，從實測資料可以看出，山區連續最大四個月降水量占年降水量的百分比要大于平原。

根據實測資料統計，烏蘇市區域各季降水量占全年降水量的百分比為：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%，出現在6-7月；最小月僅占1%～4%，出現在1月。因為流域上空的西風環流終年暢通，所以除了冬季處于蒙古高壓控制，氣溫低、降水少外，每年4-7月或5-8月，該區受大陸熱低壓影響，陣性天氣較多，春、夏兩季的降水量占到全年降水量的60%左右，見表3。

表3 烏蘇市區域各站降雨量四季分配表

3.3 降水量的年際變化

降水量的年際變化可以用最大與最小年來表示，從表4中看出，烏蘇市氣象站比值最大，為4.7，喇嘛廟水文站最小，為2.1，各站間存在一定的差異，但數值變化幅度不太大，且年際間變化沒有明顯的規律性。

表4 烏蘇市區域各站年降水量最大、最小倍比統計表

4 水資源分區降水變化分析

4.1 水資源分區

烏蘇市水資源分區，一級區2個為：天山北麓中段、艾比湖水系；二級區按流域分為6個：外流區Ⅰ、外流區Ⅱ、外流區Ⅲ、古爾圖河流域灌區、四棵樹河流域灌區、奎屯河流域灌區；三級區按灌區分為9個：托托河和烏東果勒區、小巴音溝和烏蘭薩依區、巴音溝區、古爾圖灌區、兵團灌區Ⅰ、四棵樹河流域灌區、奎屯河灌區、車排子灌區、兵團灌區Ⅱ。各分區面積量算見表5。

表5 烏蘇市各水資源分區名稱及面積統計表

4.2 分區降水量分析

在電子地圖上點繪各降雨站點的降水量均值，控制點為區域內實測降水數據，在站點處見各站點近66 a的降水均值進行標注，降水等值線按照趨勢進行繪制。降水量等值線根據站點降雨統計數據進行繪制，考慮到降水數據的一致性、代表性以及可靠性，對參考和主要站點數據進行區別，在圖上分別采用不同符號進行標注，此外考慮地形、地貌以及氣候特征的綜合影響合理分布降水等值線。降水量地區分布情況可以從降水等值線中得到了解。無降水觀測站點的降水量級也可從降水等值線中獲得大致分布。結合烏蘇市不同分區邊界，在多年平均降水等值線中對分區降水量按照等值線包圍面積進行量算，各分區降水量統計結果見表6。經量算，烏蘇市多年平均年降水總量為50.40×108m3，折合降水深為350.3 mm。

表6 烏蘇市各水資源分區1956-2018年降水量量算表

5 結語

(1)海拔高程對烏蘇市降水量的百分比分布影響較大，降水隨海拔高度的增加而增加，垂直變化明顯。降水在區域內的分布山區多于平原，山區連續最大四個月降水量占年降水量的百分比大于平原區。山區是烏蘇市降水量相對豐富地區，降水量占全區的79.5%。

(2)烏蘇市各站間存在一定的差異，但數值變化幅度不太大，且降水年際間變化沒有明顯的規律性。