河西走廊西部近41年5-9月降水特征分析

李健 陳麗娜 陶生才 張文軍

摘要：利用位于河西走廊西部的酒泉市7個國家自動氣象站1976-2016年5-9月逐日20：00-20：00降水資料，運用統計學方法，研究酒泉市降水雨日、雨量以及極端降水事件的時空分布特征和變化趨勢。結果表明，酒泉市小雨雨日最多，占總雨日的82.1%，5-9月雨量將近1/3是由小雨提供的，2/3是由中雨以上的降水提供的。各級雨日（量）的空間分布特點是，最多的是肅北，最少的是敦煌，近41年酒泉極端降水事件絕對強度較小，相對強度較大，暴雨事件頻次沒有顯著的線性趨勢，穩定維持在0.1次/年左右，但其年際和年代際波動十分明顯，無暴雨事件的時間分布較為分散，在每個年代都有出現，另外在2011-2016年8-9月沒有極端降水事件的發生。

關鍵詞：雨日;分級降水;有效降水;極端降水;河西走廊西部

中圖分類號：P467 文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2020）09-0060-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.09.012

酒泉市地處亞歐大陸腹地、甘肅省西北部、河西走廊的西端，位于阿爾金山、祁連山與馬鬃山之間，具有大陸性溫帶干旱氣候特點，日照時數長，降水小，是糧棉和瓜果的主要產區，也是風力發電和礦業的新興基地，工農業生產對水資源的需求大。正確認識降水量以及降水特征，才能合理利用自然降水，充分開發空中水資源，提高自然降水的利用率[1]。酒泉年平均降水量39.8～152.5mm，降水稀少但變率較大，近幾年境內局地性暴雨頻發[2-4]。有研究表明，西北地區的氣候在向暖濕方向變化，酒泉年降水量也呈略增加趨勢[5-7]。

在全球氣候變化的大背景下，區域氣候變化情況更加引起人們的關注，氣候變化會對當地生產生活和經濟發展造成越來越大的影響[8，9]。過去多是研究單一降水量的變化，近些年來已逐漸轉向對雨量、雨強、雨日的綜合研究，表明降水是一個地區氣候變化最直接、最敏感的因素，干旱、暴雨、暴雪等災害性天氣不僅與降水量有關，還與降水強度、降水日數和地理位置有密切的聯系[10，11]。利用逐日、逐小時資料分析了降水的變化特征和時空分布差異的研究較少[12，13]。本研究選用酒泉7個測站資料序列（1976-2016年）5-9月降水量資料，對酒泉主汛期降水量的空間分布和時間演變趨勢進行分析，同時對極端降水事件的發生進行了分析，希望能夠掌握不同區域降水量變化的年代際或年際變化規律，較好地為酒泉主汛期降水量的預測提供理論依據。

1 資料和方法

利用酒泉市境內7個自動氣象站1976-2016近41年的逐日20：00-20：00時的降水量資料。7個觀測站為肅州（酒泉觀測站）、金塔、玉門、瓜州、敦煌、肅北和馬鬃山站。統計日降水量≥0.1mm的降水事件，并將日降雨量≥0.1mm的降水稱為有效降水。運用統計方法分析觀測數據，采用線性傾向估計與相關系數檢驗方法，分析全市有效降水日數和強度趨勢變化。

雨日定義為1d內（北京時間20：00-20：00）的降雨量≥0.1mm時，這1d為雨日，以d為單位，24h內的降水量叫日雨量。根據甘肅省河西地區降水量等級標準，將日降雨量分為4級，小雨、中雨、大雨、暴雨。4個降水級別的劃分標準見表1。

2 降水日數分析

2.1 降水日數時空分布特征

酒泉市有效降水日數最多的站為肅北，41年共達到了1067d，肅州次之，為1057d，有效降水日數最少的站為敦煌，僅為540d。降水日數空間分布呈現出明顯的由東向西、由南向北遞減，高海拔地區多于低海拔地區的規律;高值區位于沿祁連山一帶，主要分布在肅州和肅北，其中最高值出現在海拔最高的肅北;低值區位于酒泉市安敦盆地的瓜州和敦煌。5-9月有效降水日數在時間上的分布呈拋物線的形狀，5-7月降水日數逐漸增多，7月的時候達到極值，7月之后，降水日數又開始逐月遞減（表2）。

酒泉市降水日數空間分布差異形成的主要原因是地形影響下的水汽輸送差異，與降水空間分布的主要影響因素相同。酒泉市水汽輸送方向由西南向東北，冷空氣則是西北或者偏西的路徑。祁連山對酒泉市的降水的作用主要有兩方面，一是由于祁連山的阻擋作用，水汽僅有部分翻越祁連山到達酒泉市，越遠離祁連山的地方，水汽的含量越少;二是由于祁連山的阻擋，會使冷空氣在酒泉市堆積，進而由于冷暖空氣交匯形成降水，因此降水在離祁連山比較近且海拔較高的地方比較多。張強等[14，15]研究表明，祁連山及周邊地區的大氣水汽含量由西北向東南逐漸增加，東高西低的分布形勢是由東亞季風擴展方向所決定的，南高北低的分布形勢是由南亞季風和高原季風擴展方向所決定的;東亞季風影響區平均水汽含量更高，峰值強度更大，峰值出現的海拔高度越低;而西風帶影響區與此相反;偏南季風影響區處于兩者之間;背風坡的水汽含量比迎風坡低。

2.2 各站年降水日數趨勢變化

由各站有效降水日數氣候傾向率（表3）可見，各站41年有效降水日數除肅北之外，都是呈減少趨勢，減少幅度最大的為馬鬃山，10年平均減少日數超過了2d，最小的為金塔，10年減少的日數還不足0.1d。

3 降水量級分析

3.1 各量級降雨雨日的特征

從酒泉市7個站點41年各級降水的雨日、雨日占總雨日的比例和降水概率（表4）可見，酒泉市降水概率最大的是肅北，為17.4%，10d中有1.74d在降雨，最小的是敦煌，為8.8%;在各級降水中，降水雨日最多的是小雨，最少的敦煌，達11.4d/年;降水日數最少的是暴雨，最多的肅北，41年共出現15次暴雨，平均每年不足0.4d。從全市各個量級降水日數占比來看，隨著降水量級的增大，所占的比例越來越小，小雨占比最大，都在70.0%以上，占比最大的為馬鬃山，達85.4%，最小的是肅北，為71.4%;中雨占比最大的肅北，為20.7%，其余各站中雨日所占比例相差不大，在12.8%～14.7%;大雨的占比更低，在1.1%～6.5%，占比最大的為肅北;暴雨的占比最低，其中占比最大的肅北不足1.5。從各站的情況來分析，小雨日數，肅北少于肅州和馬鬃山，多于其余各站，但是從占比來看，肅北的小雨占比均低于其余各站，但是中雨、大雨和暴雨不論從日數還是占比來看，均高于各站，特別是大雨和暴雨所占比例是其他各站的3倍。這可能與肅北所處的地理位置和海拔有一定的關系，也待進一步考證。

3.2 各量級降雨量特征分析

由5-9月各站年平均降水量、各級平均降水量和其與年平均降水量的占比（表5）可見，對于雨量大小影響最大的為中雨，它在所有降水量級中占比最大，除肅北中雨量級僅占37.6%外，其余各站中雨量級降水量達到了年平均降水量的40.0%以上，最大的為敦煌，達49.7%，接近1/2;其次是小雨雨量，除肅北小雨雨量占比最小，僅為20.2%外，其余各站小雨雨量占比都相差不大，最大的為金塔，約占43.3%;大雨雨量占比為第三，占比最大的為肅北，達28.5%，接近1/3，最小的為金塔，僅為9.3%;暴雨雨量的占比最小，也是肅北占比最大，為13.7%，瓜州最小，為2.1%。從各站的情況看，肅北各個量級的降水量占年平均的比值相差幅度最小，占比最大的中雨和暴雨的差為23.9個百分點，幅度最大的是敦煌，占比最大的與最小相差47.3個百分點。

4 極端降水分析

研究區內某一測站日降水量達到極端降水標準即作為一次極端降水事件，統計區域內各年5-9月發生極端降水的總次數，然后除以區域內參加統計的站數，得到區域內各年5-9月極端降水事件平均發生的頻次，進而求得區域內極端降水事件發生頻次的時間序列。

由于酒泉地處河西走廊西端，自然降水稀少且分布很不均勻，除了肅北地處祁連山區外，其余6個站點的年均降水量均在30.0～70.0mm，由于酒泉市所處區域的特殊性，降雨的分級標準相對中國內陸大部分地區有所不同。

由41年的統計（表6）可以看出，酒泉地區的小雨日數占總降水量日數的82.1%，降水量占34.3%，而大雨以上的降水出現的頻率僅占3.0%，但降水量貢獻率則達到了23.7%，因此選擇大雨以上的降水作為極端降水的標準。

4.1 極端降水事件的頻次、強度變化

近41年酒泉市15.0mm以上的降水平均強度為23.9mm，年平均頻次為0.6次，此結果與前人統計的河西地區大雨以上年平均頻次遠小于1次基本保持一致[16]。近41年酒泉市大雨和暴雨日數雖然只占5-9月平均降水日數（含微量降水，下同）的2.5%和0.5%，但極端降水導致的降水量卻占到總降水量的17.0%和6.7%，說明酒泉的極端降水和暴雨絕對強度是全國較弱的地區，相對強度卻是全國較強的地區。

由1976-2016年暴雨事件變化曲線（圖1）可見，15.0mm以上的降水頻次從20世紀70年代至21世紀以來，一直呈緩慢減少的趨勢，但在統計學上不顯著。15.0mm以上的降水年際間的波動明顯，尤其是在20世紀70-80年代，其中1979年達到2.3次的峰值，從20世紀90年代開始到21世紀，降水頻次進入相對較低的時段。而就暴雨頻次而言，沒有顯著的線性趨勢，基本上維持在01次1年，近41年中有17年未發生暴雨事件。暴雨主要集中在20世紀80年代前期、中期和90年代后期及2010年以后，有5年暴雨事件達0.2次以上，19$2年達到峰值0.4次，其暴雨頻次在年際間和年代際間的波動均十分明顯。此外，15.0mm以上的降水和暴雨平均強度均沒有顯著的線性趨勢（圖1），但暴雨平均強度的年際波動較為顯著，尤其是進入21世紀后波動更為顯著，其最大值為2012年的86.0mm。

4.2 極端降水事件的時間變化

1976-2016極端降水和暴雨事件每旬頻次變化（圖2）以研究區域內各年每旬中發生15.0mm以上降水和暴雨事件的總次數計。從5月1日開始，每連續10d計為1旬，其中5、7、8月的最后一旬均為11d，因此5-9月共分15旬（圖2）。

在近41年中5-9月發生暴雨事件最早的時間是2005年5月2旬。除個別年份外，1-3旬和12-15旬基本上沒有發生過暴雨事件，暴雨事件主要集中在5-10旬，其中7旬最多。20世紀70年代后期至80年代中期暴雨事件在時間上分布比較集中，主要集中在6-10旬（6月下旬至8月上旬），20世紀80年代中期至90年代末，暴雨事件在時間上分布相對分散，主要集中在7-9旬（7月），開始和結束時間較之前均提前1旬。進入21世紀以來，暴雨事件在時間上分布更為分散，時間跨度大，隨機性強。15.0mm以上降水發生事件較暴雨事件則明顯增多，分布也更為集中。最早出現在1988年的1旬，在15旬也有出現。主要集中在3-12旬，暴雨的主要集中時段開始和結束時間較之前均提前2旬。5-10旬（6月中旬至8月上旬）為強降水相對較集中的時段，其中6旬強降水事件最多。與暴雨事件類似，發生強降水事件主要集中在20世紀70年代中期至20世紀90年代中期，進入21世紀后強降水事件的分布也較之前變得更加分散。但是值得注意的是，在2011年之后，強降水在時間上的分布又變得相對集中，主要分布在3-9旬，在9旬之后，則沒有強降水事件發生，這與2010年以前年份強降水的分布大不相同。在2011-2015年，8-9月沒有強降水事件的發生。就暴雨和強降水發生頻次來看，暴雨主要集中在4旬和7旬，均超過了0.7次。而強降水主要集中在4-9旬，除6旬2.4次之外，其他月份在2.5次以上，8旬更是達到了3.0次。相對而言，強降水的時間分布更為集中。

5 小結

1）在4個降水級別中5-9月降水日數中最多的是小雨，達到17.4d/年，占總雨日的82.1%，暴雨的雨日最少，只有0.1d/年。但在雨量上的貢獻各個級別降水卻表現不同，酒泉5-9月的降水量1/3是由小雨貢獻的，2/3是由中雨以上的降水貢獻的。

2）近41年，酒泉地區5-9月有效降水總雨日變化趨勢呈現不明顯的減少情況下，小雨的雨日減少，大雨的雨日顯著增加;各級雨量都呈現增加趨勢，其中大雨的增加趨勢最明顯，其次為暴雨。

3）分級雨日（量）的低值區位于敦煌和瓜州，高值區多位于肅北和肅州。最小值區敦煌的降水日數相當于最大值區肅北降水日數的約1/2。

4）酒泉極端降水事件絕對強度較小，相對強度較大。其中暴雨事件頻次沒有顯著的線性趨勢，穩定維持在0.1次/年左右，但其年際和年代際波動十分明顯，41年中有17年未發生暴雨事件，無暴雨事件的時間分布較為分散，在每個年代都有出現。暴雨事件主要集中在20世紀80年代前期、中期和20世紀90年代后期以及2010年以后，有5年暴雨事件達0.2次以上，不論暴雨事件還是強降水事件在時間上的分布均比較分散，暴雨事件發生最多的時間是7旬（7月1-10日），6旬（6月21-30日）強降水事件最多，另外在2011-2016年8-9月沒有強降水事件的發生。

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收稿日期：2020-01-10

基金項目：酒泉市科技計劃項目（2019-032）;甘肅省氣象局氣象科研項目（MS2020-09）

作者簡介：李健（1988-），男，甘肅合作人，高級工程師，碩士，主要從事天氣預報工作，（電話）15101745291（電子信箱）512014762@qq.com;通信作者，陶生才，男，高級工程師，碩士，（電話）15209375949。