乌鲁木齐地区不同等级降水日数特征分析

蒋慧敏 刘春云 古丽巴哈·伊米提

摘要：采用乌鲁木齐地区5个观测站1961～2012年4～10月降水量资料，利用气候趋势系数，Morlet小波变换法及R/S分析、对该地区各站不同等级降水日数进行分析。结果表明，降水量的多寡主要由降水日数决定，特别是大雨以上量级降水日数是决定降水量大小的关键。小雨日数除了小渠子外的其他站点，均呈减少趋势，中雨大雨和暴雨日数变化一致，呈增加趋势，乌鲁木齐和小渠子的大暴雨日数呈增加趋势，但不显著。各站点不同等级降水日数存在显著的年代际和年際尺度的周期变化。小雨日数各站变化趋势呈现不同变化外，其他不同级别降水日数变化各站均具有较好的持续性，而各站的大暴雨日数因数据太少，持续性无法判断。

关键词：乌鲁木齐;降水日数;降水量;不同等级

降水是水循环中最活跃的因子，在各种时空尺度的大气环流过程中均扮演着重要的角色。不同区域的降水对全球变暖的响应均非常显著，因此，正确描述区域降水对人类生产生活有着十分重要的意义。

新疆地处我国的西北地区，是著名的干旱区，作为新疆首府的乌鲁木齐，水资源是制约该区域经济发展的决定性资源因素，合理配置有限的水资源，是促进区域可持续发展的关键。乌鲁木齐地势起伏大，降水情况复杂，对气候变化敏感，气温及降水的微弱变化都会引起该区域流域径流变化明显，生态环境十分脆弱。因此，正确描述乌鲁木齐地区的降水时空分布和变化特征对该区域的水资源配置有着极为重要的意义。同时不同等级降水对干旱缓解或是触发洪水均有着不同的作用。因此，有必要开展乌鲁木齐地区不同量级降水规律的研究，旨在对干旱监测、洪水预防等具有一定的参考价值。

1  降雨量级标准

降雨量级标准按气发〔2004〕45号《新疆降水量级标准（修订版）》24小时降雨量达0～6.0毫米为大雨，6.1～12.0 毫米为中雨，12.1至24.0毫米为大雨、24.1～48.0毫米为暴雨，降雨量>48.1毫米为大暴雨。

2  材料与方法

因为乌鲁木齐11月至翌年3月为冬季，降水相态以雪为主，而本文主要研究相态为雨，因此采取的资料是乌鲁木齐地区5个测站1961～2012年4～10月的逐日降水数据。该资料由新疆气象局信息中心审核，进行了质量控制。

3  结果与分析

3.1 不同等级降水日数的气候特征

从乌鲁木齐地区暖季年降水日数与降水量空间对比图（图1）可以看出，两者总体上大致相同，即降水量的多寡主要由降水日数的多少决定，略有不一致是大值中心，从图1中（a）可以看出，降水日数空间分布表现为由西至东逐渐减少，降水日数最多的是位于高山带的大西沟，达到119天/年，年降水最多的小渠子，降水日数并不是最多，而达坂城区的降水日数仍为全区最少（22天/年）。

表1给出了近52年乌鲁木齐市5个测站不同等级降水日数的空间分布。从各等级降水分布来说，小雨中雨降水日数的分布较为接近，均为大西沟站出现最多，次高区为小渠子，其他各等级降水日数大值区均为小渠子为最多，而大西沟居于其次，各等级的降水日数的低值中心皆为达坂城站，而乌鲁木齐和米泉站各等级降水日数均相当。从乌鲁木齐区域不同量级降水日数占总降水日数的百分比看，各站均以小雨的发生频率最高，其次对夏季降水日数贡献最大的是中雨，两者的贡献率之和均达到了85%以上，说明夏季降水日数主要来自于小雨和中雨的日数的贡献，而大雨日数的贡献率小渠子明显要高于其他站。而从年平均降水日数和降水量的对比图中，年降水最多的小渠子，降水日数并不是最多，这说明该区域年降水量较大是由大雨以上量级的降水造成的，暴雨、大暴雨对各站来说均为小概率事件，出现的概率均小于3%。

乌鲁木齐地区不同区域降水日数随时间变化整体表现出增加趋势，不同地区的不同等级年际变化速率如表1所示。除了小渠子小雨降水日数略增加以外，其他区域均呈减少趋势，中雨、大雨和暴雨降水日数各站均呈增加趋势，其中大西沟中雨、达坂城大雨以及乌鲁木齐暴雨日数均通过了99%的显著性检验，表明上述地区不同级别降水日数增加显著，米泉和大西沟没有出现过大暴雨，达坂城出现过大暴雨，但是日数极少，平均到每年基本为0，其他区域大暴雨日数呈增加趋势，但是不显著。

3.2 降水日数的周期变化

乌鲁木齐地区各站不同等级降水日数均存在着明显的周期性变化，各站的小雨日数均存在21年的年代际尺度的显著性周期变化。而中雨日数各站均存在两个显著周期，后者表现的更加明显，除了达坂城有15年左右的显著周期变化，其他各区的较显著周期变化多集中在20～22年。而各站另一个较弱周期除了大西沟有15年的年代际变化外，其他各站都集中在5～10年的年际尺度变化。而大雨日数来说，只有小渠子存在6～8年和21年两个周期性变化，其他各站均是单周期变化，其中乌鲁木齐具有17～18年的年代际周期变化外。另外三站均是7～8年的年际变化周期，暴雨日数和大雨日数有相似之处，只有达坂城是双周期，其他各站单周期特征明显。但周期性变化差异性较大，大暴雨日数除了乌鲁木齐具有7～8年和小渠子11年的年际变化外，其他各站无年际变化尺度。

3.3 降水日数的持续性分析

根据R/S分析基本原理，对乌鲁木齐各站不同等级降水日数变化的持续性进行了分析，计算相应的Hurst指数（表3）。乌鲁木齐和小渠子在小雨日数的持续性分析中，Hurst指数在0<小时<0.5，说明乌鲁木齐过去52年小雨日数减少的趋势在未来会逐渐转为增多，而小渠子则相反，其他各区继续维持原来的趋势不变，中雨日数的Hurst均表现为0.5<小时<1，表明在未来中雨日数日益增加的趋势有较强的持续性，大雨日数除了达坂城区域无法得到小时值，其他各区也继续维持原趋势不变，除了小渠子和大西沟在暴雨日数继续增加持续性相对较强以外，其他各区无法判断，因各区大暴雨日数较少，在对大暴雨日数持续性分析时无法得到有效数值，因此无法判断其持续性。

3.4 降水日数对农业的影响

降水资源的变化对农业的影响是比较复杂的，降水日数和降水量的多少是影响旱作区农作物产量的主要原因，由于乌鲁木齐地区相对干旱少雨，土壤水分对降水的依赖性大，所以，乌鲁木齐土壤湿度对降水的敏感性远大于其他地区。因降水自上而下逐渐下渗、截留，因此，小雨日数对土壤湿度的影响相对不显著，而乌鲁木齐地区生态环境相对脆弱，且干旱地区的土壤对暴雨和大暴雨不能及时吸收，反而容易引发泥石流。因此，中雨和大雨日数的变化才是决定乌鲁木齐地区土壤变化的密切因素，本文中研究发现乌鲁木齐各个不同站点中雨和大雨日数均呈增加趋势，对本地未来的农业发展是十分有利的。

4  结论

降水量的多寡主要由降水日数的决定，特别是大雨以上量级降水日数是决定降水量大小的关键值。小雨日数除了小渠子外的其他站点，均呈减少趋势，中雨、大雨和暴雨日数变化一致呈增加趋势，乌鲁木齐和小渠子的大暴雨日数呈增加趋势，但不显著。各站点不同等级降水日数存在显著的年代际和年际尺度的周期性变化。除了小雨日数各站变化趋势呈现不同变化外和大暴雨日数无法判断外，其他不同级别各站降水日数变化具有较好的持续性，而各站的大暴雨日数因数据太少，持续性无法判断外。

基金项目：新疆维吾尔自治区气象局青年基金课题（Q201406）。

作者简介：蒋慧敏（1981-），女，硕士研究生。主要从事短期预报和气候研究。

*通讯作者：蒋慧敏。