新疆降水的時空分布特征

康婷，王江凡，吐爾遜古麗·麥買提

(新疆農業(yè)大學 數(shù)理學院，新疆 烏魯木齊 830052)

新疆位于亞歐大陸中心，遠離海洋，缺乏水資源，年降水量少于同緯度其他地區(qū)。 其山地與盆地相互交錯排列的地貌格局，使得降水的空間分布具有顯著的區(qū)域性差異，在空間布局上呈現(xiàn)出山區(qū)降水量比平原地區(qū)與盆地地區(qū)多、北疆地區(qū)降水量比南疆地區(qū)多，且降水量從西北向東南減少的趨勢[1]。

長期以來，學者[2-6]對新疆地區(qū)降水量及變化趨勢做了大量的研究分析。近幾十年來新疆的氣溫、降水量的變化趨于上升，但隨著地理位置的不同而展現(xiàn)出不同的增長幅度。新疆降水主要集中在夏季(6—8月)，降水空間差異明顯，新疆降水在地域分布上極不均勻，存在著明顯的水平和垂直差異，楊蓮梅等[5]對新疆夏季強降水進行研究分析，指出雖然新疆干旱半干旱地區(qū)暴雨發(fā)生頻率相對較低，但每年也有2、3次區(qū)域性暴雨，正因為極端降水和降水異常事件對社會、人民生活和自然環(huán)境具有極大的危害，使得其成為國內外相關領域學者的研究熱點。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)資料來源

由于新疆地形復雜，氣象觀測站點不均勻分布，個別市觀測站的建設時間不同，撤站、搬遷導致降水數(shù)據(jù)的記錄長度也不同，部分山區(qū)和荒原地區(qū)幾乎沒有氣象觀測站，簡單的內插會引入不必要的誤差，所以對收集數(shù)據(jù)進行了嚴格篩選[6]。對每個站點的原始數(shù)據(jù)進行標準化處理，不僅可以反映降水量的增減趨勢，而且還統(tǒng)一了振幅范圍，使數(shù)值得到了一定的量化，更有利于降水量預報的實際運用。考慮到新疆降水主要分布在夏季(6—8月)，夏季降水情況較為復雜并且多變，最終選取了2000—2018年烏魯木齊、吐魯番、庫爾勒、阿克蘇、喀什、和田、伊寧、塔城、阿勒泰9個市的逐月降水量，數(shù)據(jù)資料來源于新疆維吾爾自治區(qū)統(tǒng)計局新疆統(tǒng)計年鑒[7]。本文季節(jié)劃分為春(3—5月)、夏(6—8月)、秋(9—11月)、冬(12—2月)四季。

1.2 研究方法

1.2.1 線性回歸方程和比值訂正方程

利用線性回歸法和比值訂正法[8]進行降水量的推算。

線性回歸方程的建立：用2000—2018年新疆9個市6—8月降水量R6-8和年降水量R年作線性擬合，如圖1所示。

圖1 9個市6—8月降水量與年降水量擬合曲線

比值訂正方程建立：K=R6-8/R年，K為訂正系數(shù)。9個市2000—2018年6—8月降水量R6-8占年降水量R年的比值有差別，如圖2所示。

圖2 9個市6—8月降水量與年降水量比值

由圖2可知，6—8月降水量與年降水量的比值烏魯木齊為0.83，對年降水量的貢獻最大，其次是塔城和阿克蘇，最小值出現(xiàn)在吐魯番(0.15)，可以利用9個市6—8月降水量R6-8與平均訂正系數(shù)來推算年降水量R年。

1.2.2 線性回歸方程和比值訂正方程的的檢驗

運用線性回歸法以及比值訂正法，對實測降水量與1.2.1結果數(shù)據(jù)進行了相關分析，如圖3所示。

(a)線性回歸法

分析得到，兩種方法得出的年降水量與實際測得的年降水量相關系數(shù)均達到0.919 3，均通過0.01的顯著性水平檢驗。說明用線性回歸法和比值訂正法計算出來的降水量數(shù)據(jù)與9個市的實測數(shù)據(jù)基本相等,可以通過模型推算出新疆的年降水量。

2 結果分析

2.1 新疆降水的月際和季節(jié)變化特征

利用新疆9個市2000—2018年的月平均降水量數(shù)據(jù)制作降水量的月際變化圖，如圖4所示。

圖4 新疆9個市2000—2018年降水量的月際變化

從新疆9個市2000—2018年的月平均降水量分布來看，新疆降水量的時空分布存在顯著區(qū)域性差異，最大值出現(xiàn)在7月(190.33 mm)，最小值出現(xiàn)在2月(89.75 mm)；降水主要集中在4—7月，呈雙峰型分布，一個峰值在7月，另一個峰值在 11月。其中6—8月(夏季)降水量占整年降水量的29%。由于新疆是明顯的溫帶大陸性氣候，不同季節(jié)的降水情況也不盡相同。因此，為進一步了解降水空間分布的季節(jié)性差異，利用新疆9個市2000—2018年的降水量數(shù)據(jù)對不同季節(jié)的降水分布進行了統(tǒng)計。如圖5所示。

圖5 新疆9個市2000—2018年降水量的季節(jié)變化

從新疆9個市2000—2018年降水的季節(jié)分布來看，季節(jié)差異非常明顯，秋季降水比夏季偏弱，春季和冬季相當；降水主要集中在夏季(171.07 mm)，春季、夏季、秋季、冬季降水量占總降水量的比例分別為24%、29%、22%、23%。

2.2 新疆降水的空間分布特征

以1.2.1的計算結果為基礎，利用新疆9個市實際測量的年降水量數(shù)據(jù)和線性回歸法、比值訂正法推算出來的年降水量數(shù)據(jù)，分別制作新疆年降水量空間分布圖，如圖6、圖7所示。

圖6 新疆9個市的年降水量空間分布

(a)線性回歸法

由圖6可知，新疆年降水量在空間分布上具有顯著性差異，降水分布不平衡，年降水量在148.42～475.67 mm，最大值在和田(475.67 mm)，次大值中心在伊寧、阿勒泰和塔城，最小值中心在吐魯番(148.42 mm)，次小值中心在庫爾勒、喀什和阿克蘇。進一步分析發(fā)現(xiàn)，年降水量空間分布可分為3個區(qū)域：烏魯木齊以南年降水量表現(xiàn)為從西北向東南逐漸減少，阿克蘇以北的年降水量呈現(xiàn)出從南向北逐漸增加，吐魯番至阿克蘇降水量則由四周山區(qū)向塔里木盆地逐漸減少。

由圖7可知，兩種方法推算出的年降水量空間分布基本一致，呈現(xiàn)出從烏魯木齊向周邊地區(qū)逐漸減少，且與9個市的實測值3個區(qū)域的變化情況大致相同。不同的是：通過兩種方法推算出烏魯木齊的年降水量最大，降水量分別是296.84 mm和174 mm;在阿克蘇南部出現(xiàn)1個相對的降水較小值區(qū);從吐魯番至阿克蘇的年降水量數(shù)據(jù)更加清晰地呈現(xiàn)出由四周山區(qū)向塔里木盆地逐漸減少的形勢。阿克蘇以南出現(xiàn)降水量相對小值中心的結論對新疆同時出現(xiàn)一旱一澇的情況，降水預報服務及防災減災工作顯得尤其重要。

3 結論

本文基于新疆9個市2000—2018年降水量及6—8月降水量資料，利用線性回歸法和比值訂正法，分別對新疆降水量季節(jié)變化及空間分布特征做進一步研究分析，研究結果對新疆的氣象服務、防災減災工作及水資源的合理利用與保護具有重要的意義。

1)利用線性回歸法和比值訂正法分別建立了新疆9個市夏季降水量與年降水量的回歸方程，兩種方法均通過顯著性檢驗， 可以通過模型預測新疆的年降水量。

2)新疆降水量的時空分布存在顯著的區(qū)域差異，最高值出現(xiàn)在7月(190.33 mm)，最小值出現(xiàn)在2月(89.75 mm)，降水主要集中在4—7月，呈雙峰型分布。其中6—8月(夏季)降水量占全年的29%。季節(jié)差異非常明顯，降水主要集中在夏季(171.07 mm)，秋季降水量則相對較少(133.11 mm)。

3)新疆年降水量各地間的差異顯著。和田的年降水量達到了最大值475.67 mm，吐魯番的達到了最小值148.42 mm。由兩種方法得到的年降水量數(shù)據(jù)結果在空間分布上的變化趨勢基本相同，且本文研究的9個市的降水數(shù)據(jù)具有相似的空間分布特征。兩種方法年降水量最大值出現(xiàn)在烏魯木齊，在阿克蘇南部出現(xiàn)1個相對的降水較小值區(qū)，從吐魯番至阿克蘇的年降水量數(shù)據(jù)更加清晰地呈現(xiàn)出由四周山區(qū)向塔里木盆地逐漸減少的形勢。