阿勒泰地区暖季昼夜降水气候特征

白松竹，李博渊，黄晓华

（1.阿勒泰地区气象局，新疆 阿勒泰 836500；2.青河县气象局，新疆 阿勒泰 836500）

阿勒泰地区暖季昼夜降水气候特征

白松竹1，李博渊2，黄晓华1

（1.阿勒泰地区气象局，新疆 阿勒泰 836500；2.青河县气象局，新疆 阿勒泰 836500）

利用阿勒泰地区7个气象站1961—2013年5—9月逐日降水量资料，采用数理统计方法分析了阿勒泰地区暖季昼夜降水的气候统计特征及其变化。结果表明：①近53 a阿勒泰地区暖季昼夜雨量空间分布基本一致，总体表现为由山麓丘陵向河谷平原减少的特征。各站暖季昼夜雨量差和雨日差值均呈昼雨量多于夜雨量，昼雨日多于夜雨日的分布。②全地区昼、夜降雨日数的月际分布均表现为单峰式分布，峰值为7月。③全地区昼夜降水量均呈增多趋势，日数均呈减少趋势，夜雨量的增加速率大雨昼雨雨量，夜雨日数的减少速率小雨昼雨日数，表明该地区暖季昼夜降水的雨强增大，极端降水事件有所增加，并且这种变化在夜间表现得更为明显。④夜雨量和夜雨日数和昼雨量的年代际变化一致，均在20世纪90年代最多，70年代最少；昼雨日数在80年代最多，21世纪第一个10 a最少。暖季昼夜降水日数均在1972年发生了突变，夜雨量和昼雨量分别在1983年和1991年发生了突变。⑤暖季昼夜降水的Morlet小波分析表明虽然昼夜雨量和日数各自有其周期变化特征，但也有共性，目前夜雨量、夜雨日数、昼雨日数均处于偏少时期。

昼夜降水；气候特征；阿勒泰地区

降水量的多寡是表征一个地区气候特征的重要气象要素，但其数和量在昼夜之间分布则对一个地区农业、工业等各方面均有较明显的影响[1]。降水日循环对于地表水（径流、蒸发）影响很大，也能改变地表温度的格局，影响大气湿对流和云的形成，进而改变地表的太阳辐射和长波辐射[2]。从20世纪70年代末期至今，国际上对降水日循环进行了大量研究，Chen等[3]用NCAR的CCM（Community Climate Model,Version 2）模拟了美国每小时的降水频率和强度，结果发现与观测结果相比，模拟出的降水频率偏高很多，而降水强度偏低很多。Yu等[4]首次对中国大陆区域的夏季降水日变化特征进行了系统分析，指出中国夏季降水的日变化具有明显的区域性：华南和东北地区的降水日峰值出现在下午，青藏高原及其东部地区在午夜达到降水极值，长江中游地区的最大降水量出现在清晨，而江淮、黄淮地区则呈现出清晨、午后双峰并存的特征。肖卉等[5]根据江苏省日最大降水的特征建立了省内日最大降水的概率分布模式，指出皮尔逊III型概率分布模式能够较好地拟合大暴雨的分布特征。杨森等[6]分析指出辽宁省沿海站降水量的最大值基本出现在午前04—08时，而内陆站点则呈双峰值的形式，峰值分别出现在午前和午后。我国沿海和青藏高原地区的许多学者针对当地的昼夜降水变化也做了许多研究[7-11]。但这些研究均有一定的地域性，关于新疆日降水量分布的研究较少，崔彩霞等[12]分析了1960—2001年新疆昼夜降水的分布，指出新疆暖季分别有两个频率≥55%的夜雨区和昼雨区，夜雨区分别位于西天山北坡和西昆仑山北坡，昼雨区位于阿尔泰山南坡和天山南坡等地；到了冷季，这种条状带相间的格局消失。

阿勒泰地区位于新疆最北部，是新疆重要的畜牧业生产基地和水源地。许多学者对该地降水的形成机理、预报方法、气候特征等方面做了大量的研究[13-19]，但很少涉及到昼夜降水的变化特征。施雅风等[20]指出，由于全球显著变暖和水循环加快，使得新疆暖湿化特征显著。阿勒泰地区的暖季（5—9月）是该地农作物和牧草的生长季节，也是主要的降雨期，对流性天气集中，易引发洪涝灾害。在这种暖湿化背景下，探寻阿勒泰地区暖季降水主要发生在哪个时段，降水的增多是发生在白天还是夜晚，有什么分布特征，对日后的预报预警工作以及防灾减灾部署均有一定的指导意义。因此，本文针对该地区暖季昼夜降水时空分布及其长期变化进行了分析。

1 资料与方法

选取阿勒泰地区观测年限较长、资料较为完整的7个气象站1961—2013年5—9月逐日08—20时和20—08时地面降水资料。本文规定：一日中出现在20:00—08:00（08:00—20:00）的降水，无论降水次数或时间长短，均作为一个夜（昼）雨日计算，其间降水的累积量作为当日的夜（昼）雨量，夜（昼）雨量与24 h降水量的百分比为夜（昼）雨率。

利用线性回归法[21]和M-K突变检测法[17，22]，定性分析暖季昼夜降水的变化趋势、突变特征等，并采用F检验对趋势系数进行显著性检验；用Morlet小波变换法[23-24]取其实部分析暖季昼夜降水的周期特征。

2 暖季昼夜降水的基本特征

2.1 空间分布特征

利用阿勒泰地区暖季昼夜降水资料，采用克里格插值方法，绘制了1961—2013年阿勒泰地区暖季昼雨量（日数）和夜雨量（日数）的空间分布图（图1）。由图1可见，阿勒泰地区暖季夜雨量（图1a）空间分布总体表现为由山麓丘陵向河谷平原减少的特征，全地区夜雨量在30.3～47.4 mm之间，大值中心位于西部的吉木乃，布尔津最小；夜雨日数（图1b）的分布呈现西多东少的格局，最多日数仍位于西部的吉木乃，为40.2 d，夜雨日数最少的站为东部的青河，仅29.1 d。昼雨量的分布与夜雨量基本一致（图1c），全地区昼雨量在42.9～65.1 mm，存在两个大值中心，一个位于西部的吉木乃，为65.1 mm，另一个大值中心位于东部的青河，为58 mm，南部的福海最少；暖季昼雨日数的分布呈现为南多北少的形式，全地区昼雨日在40.1～51.8 d之间，吉木乃昼雨日数最多，其次为福海，最少的站为布尔津（图1d）。从各台站暖季昼夜雨量差和雨日差值分布来看，各站均呈昼雨量多于夜雨量，昼雨日多于夜雨日的分布特征，这与文献[12]的结论一致。

2.2 旬、月变化特征

从暖季降水的月际分布来看，全地区昼、夜雨日均表现为单峰式分布，峰值为7月，9月最少。5—7月呈现快速上升的趋势，8月略有减少，9月快速减少。统计昼夜雨日的逐旬分布，发现昼雨日数与夜雨日数的逐旬分布基本一致，平均旬昼雨日数最大值为3.7 d，出现在7月下旬，最小值为2.0 d，出现在9月中旬；平均旬夜雨日数最大值为2.7 d，出现在6月下旬、7月中旬和7月下旬，最小值出现在9月上旬和中旬，为1.9 d。

3 暖季昼夜降水年际变化特征

3.1 夜雨变化特征

表1为阿勒泰地区各站暖季降水线性趋势值，由表1可知，夜雨量全地区均呈增加趋势，以富蕴增加趋势最为明显，以5.43 mm/10 a的趋势增加，并且通过了α=0.01的显著性检验，其余各站增加趋势在0.8～3.22 mm/10 a之间，但未通过显著性检验。夜雨日数西部的吉木乃和布尔津两站呈弱的增加趋势，其余各站呈减少趋势，但仅阿勒泰、青河通过了α=0.05的显著性检验，其中阿勒泰站减少最快，为1.37 d/10a。

逐年计算暖季平均昼雨量（日数）和夜雨量（日数），得到阿勒泰地区1961—2013年暖季昼雨量（日数）和夜雨量（日数）序列，并绘制成图2。由图2a可见，阿勒泰地区暖季平均夜雨量最大值出现在1993年，为73.5 mm；最小值出现在1974年，仅13.3 mm。从昼雨量的年代际变化来看，70年代最少，以90年代最多，70年代到90年代呈逐年代递增的趋势，90年代以后又呈减少趋势。

为了解阿勒泰地区暖季昼夜降水的突变性质，采用Mann-Kendall突变检验方法（M-K法）进行检测。图中UF为顺序时间秩序列统计量曲线，UB为逆时间秩序列统计量曲线。若UF或UB的值大于零，则表示序列呈上升趋势，小于零则表示呈下降趋势，当它们超出临界直线时，表示上升或下降趋势显逆时间秩序列统计量曲线。若UF或UB的值大于零，则表示序列呈上升趋势，小于零则表示呈下降趋势，当它们超出临界直线时，表示上升或下降趋势显著，超过临界线的范围确定为出现突变的时间区域。如果UF和UB两条轴线在临界线之间有交点，交点所对应的年份则为突变开始的时间。从图3a可以看出，阿勒泰地区暖季夜雨量的UF和UB序列在1983年相交，并且UF序列上升超过了临界值，表明暖季夜雨量呈上升趋势，并且在1983年前后发生了由少到多的突变。

平均夜雨日数（图2b）最大值出现在1983年，为47.7 d；最小值出现在1974年，仅24.3 d。20世纪90年代中期后平均夜雨日数在波动中下降。90年代夜雨日数最多，2010年以后最少，就夜雨日数的年代际变化趋势来看，与夜雨量基本一致，均表现为70年代到90年代呈逐年代递增的趋势，90年代以后又呈减少趋势。M-K突变检测表明，夜雨日数呈减少趋势，并且在1972年发生了由多到少的突变。

3.2 昼雨变化特征

全地区平均昼雨量与夜雨量的线性趋势一致，但速率小于夜雨量，昼雨量以1.27 mm/10 a的趋势增加（表1），但未通过显著性检验。哈巴河站呈不显著地减少趋势，吉木乃站无明显变化，其余各站均呈不显著的增加趋势；昼雨日数除吉木乃、布尔津呈不显著的增加趋势外，其余各站均呈减少趋势，阿勒泰站以2.42 d/10 a的趋势减少最快，并且通过α=0.01的显著性检验。

阿勒泰地区暖季平均昼雨量（图2c）最大值出现在1992年，为105 mm；最小值出现在1962年，仅14.2 mm。昼雨量的年代际变化与夜雨量一致，20世纪90年代最多，70年代最少；但2010年以后昼雨量有增加的趋势。M-K突变检测表明，1991年昼雨量发生了由少到多的突变，但未通过显著性检验。

平均昼雨日数(图2d）最大值出现在1992年，为58.7 d；最小值出现在1962年，为30.3 d。从年代际变化来看，20世纪80年代昼雨日数最多，2000年代最少；80年代以后，昼雨日数呈逐年代递减的趋势。M-K突变检测表明，昼雨日数在1972年发生了由多到少的突变。

综上，全地区昼夜降水量均呈增多趋势，日数均呈减少趋势，夜雨量的增加速率大于昼雨量，夜雨日数的减少速率小于昼雨日数，这表明该地区暖季昼夜降水的雨强增大，极端降水事件有所增加，并且这种变化在夜间表现的更为明显；暖季昼夜降水日数均在1972年发生了由多到少的突变，夜雨量和昼雨量分别在1983年和1991年发生了由少到多的突变。虽然整体平均线性变化趋势不显著，但局部区域与整个区域的气候变化趋势并不完全同步。昼夜降水的极值比较，昼间雨量与雨日均大于夜间雨量与雨日。夜雨量、夜雨日数和昼雨量的年代际变化一致，均在20世纪90年代最多，70年代最少；昼雨日数在80年代最多，21世纪第一个10 a最少。

4 暖季昼夜降水的周期特征

4.1 夜雨周期变化

对阿勒泰地区暖季平均昼夜降水量、降水日数，分别用Morlet小波分析法分析他们的周期。图4为 1961—2013年阿勒泰地区暖季昼夜降水序列小波变换实部，由图可见，周期图中都形成各种尺度正负相见的震荡中心，显示降水量和降水日数包含了多个尺度的周期变化。观察其中闭合曲线的密集区，发现夜雨量（图4a）在21 a左右、10 a左右的时间尺度上，正负闭合中心最为明显。在21 a左右的时间尺度上，阿勒泰地区暖季夜雨量序列主要经历了“多—少—多—少—多—少”的交替演变，其中20世纪60年代初期偏多，60年代中期到70年代中期偏少，70年代中期到80年代中期偏多，80年代中期到90年代偏少，2000—2007年偏多，2007年以后偏少。此外10 a左右的周期70年代开始显现并且在80年代末到90年代尤为显著。暖季夜雨日数（图4b）存在着30～35 a、7～8 a、5 a左右的周期特征，在30～35 a的时间尺度上，经历了“多—少—多—少”的交替演变，60年代前期夜雨日数偏多，60年代中期到80年代初期夜雨日数偏少，80年代中期到90年代夜雨日数偏多，2000年以后夜雨日数偏少。60年代到80年代中期夜雨日数还存在着7～9 a的时间尺度，80年代中期以后夜雨日数再无明显的短周期显现。

4.2 昼雨周期变化

阿勒泰地区暖季昼雨量（图4c）仅存在着15 a左右的显著周期，并且在20世纪80年代到90年代中期这种周期尺度最为强烈。暖季昼雨日数（图4d）在24～26 a、6～9 a的时间尺度上，正负闭合中心最为明显。在24～26 a的时间尺度上，昼雨日数经历了“少—多—少—多—少”的交替演变，60年代前期昼雨日数偏少，60年代中期到70年代中期昼雨日数偏多，70年代后期到80年代末昼雨日数偏少，90年代到21世纪初昼雨日数偏多，2005年以后昼雨日数偏少；90年代以前6～9 a的周期尺度较为显著。

可见，虽然昼夜雨量和日数各自有其周期变化特征，但也有共性存在，目前夜雨量、夜雨日数、昼雨日数均处于偏少时期。

5 结论

（1）阿勒泰地区暖季昼夜雨量空间分布基本一致，总体表现为由山麓丘陵向河谷平原减少的特征，大值中心均位于西部的吉木乃站；夜雨日数的分布呈现西多东少的格局，昼雨日数呈现南多北少的格局，西部的吉木乃站昼夜雨日数均为最多。各站暖季昼夜雨量差和雨日差值均呈昼雨量多于夜雨量，昼雨日多于夜雨日的分布。

（2）全地区昼、夜降雨日数的月际分布均表现为单峰式分布，峰值在7月，9月最少。昼雨日数与夜雨日数的旬际分布基本一致，7月下旬最多，9月上旬最少。

（3）全地区昼夜降水量均呈增多趋势，日数均呈减少趋势，夜雨量的增加速率大于昼雨量，夜雨日数的减少速率小于昼雨日数，这表明该地区暖季昼夜降水的雨强增大，极端降水事件有所增加，并且这种变化在夜间表现的更为明显；暖季昼夜降水日数均在1972年发生了由多到少的突变，夜雨量和昼雨量分别在1983年和1991年发生了由少到多的突变。昼夜降水的极值比较，昼间雨量与雨日均大于夜间雨量与雨日。夜雨量和夜雨日数和昼雨量的年代际变化一致，均在20世纪90年代最多，70年代最少；昼雨日数在80年代最多，21世纪第1个10 a最少。

（4）Morlet小波分析表明暖季夜雨量具有20 a、10 a的周期特征，夜雨日数存在着30～35 a、7～8 a、5 a左右的周期特征；昼雨量仅存在15 a左右的显著周期，昼雨日数具有24～26 a、6～9 a的时间尺度周期。昼夜雨量和日数既有其各自的周期变化特征，也有共性所在，目前夜雨量、夜雨日数、昼雨日数均处于偏少时期。

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Climate Characteristics of the Diurnal Precipitation in Altay in the Warm Season

BAI Songzhu1，LI Boyuan2，HUANG Xiaohua1
（1.Altay Meteorological Bureau，Altay 836500，China；2.Qinghe Meteorological Bureau，Qinghe 836500，China）

Using daily precipitation data from seven weather stations from May to September in 1961-2013,climate statistical characteristics and the change of day-night rainfall in Altay in the warm season was analyzed with mathematical statistics.The results show as follows（.1）In the warm season day and night rainfall spatial distributions were basically consistent in Aletai nearly 50 years,with a decreasing trend from the foothills to river valley plain.In the warm season precipitation and rainy days number in daytime were more than those in nighttime at each station.（2）Rose distribution of day-night rainfall days showed single peak type,and peak value was in July in the whole area.（3）Daily precipitation showed an increasing trend in Aletai,precipitation days number showed a decreasing trend.The rate of increasing of nighttime precipitation was larger,and the rate of decreasing of the days number of nighttime rain wass less.It means intensity of daynight precipitation in the warm season became strengthening,extreme precipitation events increased, and the two kinds of changes were more obviously.（4）The inter-annual variability of nighttime precipitation and its days number were consistent with that of daytime.And that were the most in 1990s,and the least in 1970s.The days number of nighttime rainfall was the most in 1980s,and the least in 2000s.Days of day-night rainfall mutated in 1972.The day and night precipitation mutated in 1983 and 1991.（5）Morlet wavelet analysis of warm season rainfall showed periodic variation of day and night precipitation and their days are different,but there were similarities between them.For the current time,the nighttime precipitation,days of nighttime rainfall，days of daytime rain,are in the periods of less than normal.

diurnal rainfall；climate characteristics；Altay

P26.614

B

1002-0799（2015）01-0045-07

白松竹，李博渊，黄晓华.阿勒泰地区暖季昼夜降水气候特征[J].沙漠与绿洲气象，2015，9（1）：45-51.

10.3969/j.issn.1002-0799.2015.01.008

2014-08-19；

2014-12-02

新疆气象局科研项目（201314）。

白松竹(1979-)，女，工程师，现主要从事短期天气预报工作。E-mail：bai-1009@163.com