石河子墾區(qū)近51年降水統(tǒng)計(jì)特征分析*

（石河子氣象局，新疆 石河子 832000）

近年來全球氣候異常變化，引發(fā)嚴(yán)重的極端氣候?yàn)?zāi)害，特別是極端高溫和強(qiáng)降水引起的洪澇災(zāi)害造成的生態(tài)系統(tǒng)以及經(jīng)濟(jì)損失較為嚴(yán)重[1-2]。目前，越來越多的學(xué)者著重對(duì)區(qū)域氣候變化引發(fā)的氣象災(zāi)害問題進(jìn)行研究[3-4]。安文芝[5]等對(duì)西北地區(qū)降水量變化特征進(jìn)行分析。周連童[6]、黃櫻[7]分析了華北地區(qū)降水與南亞高壓特征指數(shù)的關(guān)系。張秀麗[8]等利用北京市逐日降水資料，采用DFA分形理論，來判斷未來降水變化趨勢(shì)。王燕[9]等分析了近37年甘肅省降水特征。

石河子位于準(zhǔn)噶爾盆地南緣，屬于典型的溫帶大陸性氣候，地形復(fù)雜，南北縱橫一百多公里，分別為山地、平原和沙漠。隨著全球變暖和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，極端天氣事件頻發(fā)，降水災(zāi)害所造成的損失也越來越大。本文利用石河子市氣象局1960―2010年近51年逐日降水氣象資料，分析石河子降水時(shí)空變化規(guī)律，旨在加深對(duì)降水天氣的認(rèn)識(shí)，為強(qiáng)降水預(yù)報(bào)預(yù)警和氣象防災(zāi)減災(zāi)提供參考依據(jù)。

1 資料來源

利用石河子市氣象局1960―2010年近51年逐日降水氣象資料，使用線性回歸方法、M-K突變檢驗(yàn)方法和相關(guān)性方法，分別對(duì)石河子近51年逐日降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算出月、季和年降水量，分析研究石河子墾區(qū)的降水時(shí)空變化規(guī)律。

2 降水時(shí)空特征

2.1 線性回歸分析

一元線性回歸即用最小二乘法擬合線性趨勢(shì)：

2.2 趨勢(shì)變化分析

Mann-Kendall是一種非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法，其僅用于檢測(cè)序列的變化趨勢(shì)，一般取顯著性水平，那么臨界值將兩個(gè)統(tǒng)計(jì)量序列曲線和±1.96兩條直線均繪在一張圖上，分析繪出曲線圖。若的值大于0，則表明序列呈上升趨勢(shì)；若小于0，則表明呈下降趨勢(shì)。當(dāng)它們超過臨界直線時(shí)，表明上升或下降趨勢(shì)顯著。超過臨界線的范圍確定為出現(xiàn)突變的時(shí)間區(qū)域。如果兩條曲線出現(xiàn)交點(diǎn)，且交點(diǎn)在臨界線之間，那么交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻便是突變開始的時(shí)間。

2.3 相關(guān)性分析

3 降水量的變化分析

3.1 年際變化

石河子近51年中年平均降水量為109.3 mm，其中1990年最多，降水量為188.2mm；1997年最少，降水量為37.5mm。從圖1可以看出，石河子年降水量波動(dòng)變化較大，20世紀(jì)60年至90年代初期，降水量低于平均值水平；20世紀(jì)90年代年降水量高于平均值水平。從各年代年降水量統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，21世紀(jì)00年代值最高，降水量為132.20 mm；20世紀(jì)70年代值最低，降水量為92.39 mm。20世紀(jì)70年代較60年代減少4.62 mm，20世紀(jì)80年代較60年代增加17.75 mm，20世紀(jì)80年代年較70年代增加22.37 mm，20世紀(jì)90年代較80年代減少不明顯。

圖1 石河子市近51年年降水量

根據(jù)一元線性回歸方程可知，石河子市年降水量總體呈遞增趨勢(shì)，其氣候傾向率為8.3 mm/10 a，表示年降水量每10年增加8.3 mm。統(tǒng)計(jì)年代降水量變化趨勢(shì)，20世紀(jì)60年代氣候傾向率為12.6 mm/10 a，20世紀(jì)70年代的年氣候傾向率為13.6 mm/10 a，20世紀(jì) 80年代的氣候傾向率為 78.2 mm/10 a，20世紀(jì)90年代的氣候傾向率為-46.7 mm/10 a，21世紀(jì)00年代的氣候傾向率為-94.8 mm/10 a。從20世紀(jì)60年代至80年代年降水量呈逐漸增多趨勢(shì)，從20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)00年代年降水量呈逐漸遞減趨勢(shì)。

3.2 季節(jié)變化

圖2 石河子市近51年春季、夏季、秋季和冬季降水量

圖2為石河子市近51年的逐年季節(jié)降水量變化趨勢(shì)，從圖中可以看出，石河子降水量四季差異明顯，其中夏季平均降水量最多，為52.81 mm，其次是春季，春季平均降水量為25.64 mm，秋季平均降水量為18.89 mm，冬季降水量最少，為11.93 mm。石河子四季降水量總體呈遞增趨勢(shì)。

石河子四季降水量總體呈遞增趨勢(shì)。從圖2（a）中可以看出，石河子市春季降水量波動(dòng)幅度較大，其氣候傾向率為 1.5 mm/10 a。從圖 2（b、c、d）中可以看出，夏季氣候傾向率為2.5 mm/10 a，秋季氣候傾向率為2.1 mm/10 a，冬季氣候傾向率為2.2 mm/10 a。

3.3 突變分析

從圖3降水量M-K統(tǒng)計(jì)曲線可以看出，1960―1974年UF曲線大于0，1975―1979年UF曲線小于0，1980年以后UF曲線均大于0。UF和UB兩條曲線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的年份為1967年和1984年，只有1984年交點(diǎn)在臨界線信度之內(nèi)，表明1984年為石河子年降水量突變年。

圖3 石河子市近51年年降水量M-K統(tǒng)計(jì)曲線

3.4 相關(guān)性分析

選擇4個(gè)氣象因子，分別為氣壓、氣溫、相對(duì)濕度和日照時(shí)數(shù)來分析相關(guān)性，降水量與氣壓的相關(guān)性系數(shù)為-0.0902，降水量與氣溫的相關(guān)性系數(shù)為-0.1059，降水量與相對(duì)濕度的相關(guān)性系數(shù)為0.742 1，降水量與日照時(shí)數(shù)的相關(guān)性系數(shù)為0.046 2，表明降水量與氣壓、氣溫和日照時(shí)數(shù)之間相關(guān)性較弱，降水量與相對(duì)濕度兩者之間存在顯著的正相關(guān)性關(guān)系，即降水量越多，相對(duì)濕度值越大，反之越小。

4 氣候特征分析

分析石河子市近51年逐日降水氣象資料表明,降水形成時(shí)大尺度天氣形勢(shì)有4種類型，即歐亞中高緯度維持兩脊一槽型、一脊一槽型、南北二支鋒區(qū)匯合或中緯度鋒區(qū)分裂短波槽型、南支槽發(fā)展東北上型或北支槽發(fā)展東南下型，環(huán)流形勢(shì)有西西伯利亞低槽、中亞低渦、西北氣流和東西伯利亞型；降水量的大小主要與鋒區(qū)強(qiáng)度及持續(xù)時(shí)間呈正相關(guān)關(guān)系；降水主要發(fā)生月份是6～8月，其中6月下旬發(fā)生強(qiáng)降水的頻率較高；降水的高發(fā)時(shí)段是每日的18時(shí)至22時(shí)，50%以上的大降水出現(xiàn)在這一時(shí)段。

5 結(jié)論

（1）分析石河子市氣象局1960―2010年近51年逐日降水氣象資料，結(jié)果表明，石河子年平均降水量為108.89 mm，年降水量變化波動(dòng)幅度較大，總體呈遞增趨勢(shì)，年降水量每10年增加8.3 mm。20世紀(jì)60年代至80年代，石河子年降水量呈現(xiàn)逐漸遞增趨勢(shì)，20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)00年代年降水量呈現(xiàn)逐漸遞減趨勢(shì)。（2）降水量季節(jié)差異顯著，其中夏季降水量最多，冬季降水量最少。四季降水量總體呈遞增趨勢(shì)，其中夏季降水量每10年增加最多，其氣候傾向率為2.5 mm/10 a；春季降水量每10年增加最少，其氣候傾向率為1.5 mm/10 a。（3）通過MK突變檢驗(yàn)方法可以得出，石河子年降水量在1984年發(fā)生突變。（4）通過相關(guān)性分析得出，年降水量與相對(duì)濕度之間存在顯著的正相關(guān)性關(guān)系，年降水量與氣壓、氣溫和日照時(shí)數(shù)之間相關(guān)性較弱。（5）形成降水的大尺度天氣形勢(shì)有歐亞范圍維持兩脊一槽型、一脊一槽型、南北二支鋒區(qū)匯合或中緯度鋒區(qū)分裂短波槽型、南支槽發(fā)展東北上型或北支槽發(fā)展東南下型4種類型。降水主要發(fā)生月份是6～8月，降水的高發(fā)時(shí)段是每日的18時(shí)至22時(shí)。