石河子垦区近51年降水统计特征分析*

（石河子气象局，新疆 石河子 832000）

近年来全球气候异常变化，引发严重的极端气候灾害，特别是极端高温和强降水引起的洪涝灾害造成的生态系统以及经济损失较为严重[1-2]。目前，越来越多的学者着重对区域气候变化引发的气象灾害问题进行研究[3-4]。安文芝[5]等对西北地区降水量变化特征进行分析。周连童[6]、黄樱[7]分析了华北地区降水与南亚高压特征指数的关系。张秀丽[8]等利用北京市逐日降水资料，采用DFA分形理论，来判断未来降水变化趋势。王燕[9]等分析了近37年甘肃省降水特征。

石河子位于准噶尔盆地南缘，属于典型的温带大陆性气候，地形复杂，南北纵横一百多公里，分别为山地、平原和沙漠。随着全球变暖和社会经济的迅速发展，极端天气事件频发，降水灾害所造成的损失也越来越大。本文利用石河子市气象局1960―2010年近51年逐日降水气象资料，分析石河子降水时空变化规律，旨在加深对降水天气的认识，为强降水预报预警和气象防灾减灾提供参考依据。

1 资料来源

利用石河子市气象局1960―2010年近51年逐日降水气象资料，使用线性回归方法、M-K突变检验方法和相关性方法，分别对石河子近51年逐日降水数据进行统计，计算出月、季和年降水量，分析研究石河子垦区的降水时空变化规律。

2 降水时空特征

2.1 线性回归分析

一元线性回归即用最小二乘法拟合线性趋势：

2.2 趋势变化分析

Mann-Kendall是一种非参数统计检验方法，其仅用于检测序列的变化趋势，一般取显著性水平，那么临界值将两个统计量序列曲线和±1.96两条直线均绘在一张图上，分析绘出曲线图。若的值大于0，则表明序列呈上升趋势；若小于0，则表明呈下降趋势。当它们超过临界直线时，表明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。如果两条曲线出现交点，且交点在临界线之间，那么交点对应的时刻便是突变开始的时间。

2.3 相关性分析

3 降水量的变化分析

3.1 年际变化

石河子近51年中年平均降水量为109.3 mm，其中1990年最多，降水量为188.2mm；1997年最少，降水量为37.5mm。从图1可以看出，石河子年降水量波动变化较大，20世纪60年至90年代初期，降水量低于平均值水平；20世纪90年代年降水量高于平均值水平。从各年代年降水量统计结果可以看出，21世纪00年代值最高，降水量为132.20 mm；20世纪70年代值最低，降水量为92.39 mm。20世纪70年代较60年代减少4.62 mm，20世纪80年代较60年代增加17.75 mm，20世纪80年代年较70年代增加22.37 mm，20世纪90年代较80年代减少不明显。

图1 石河子市近51年年降水量

根据一元线性回归方程可知，石河子市年降水量总体呈递增趋势，其气候倾向率为8.3 mm/10 a，表示年降水量每10年增加8.3 mm。统计年代降水量变化趋势，20世纪60年代气候倾向率为12.6 mm/10 a，20世纪70年代的年气候倾向率为13.6 mm/10 a，20世纪 80年代的气候倾向率为 78.2 mm/10 a，20世纪90年代的气候倾向率为-46.7 mm/10 a，21世纪00年代的气候倾向率为-94.8 mm/10 a。从20世纪60年代至80年代年降水量呈逐渐增多趋势，从20世纪90年代至21世纪00年代年降水量呈逐渐递减趋势。

3.2 季节变化

图2 石河子市近51年春季、夏季、秋季和冬季降水量

图2为石河子市近51年的逐年季节降水量变化趋势，从图中可以看出，石河子降水量四季差异明显，其中夏季平均降水量最多，为52.81 mm，其次是春季，春季平均降水量为25.64 mm，秋季平均降水量为18.89 mm，冬季降水量最少，为11.93 mm。石河子四季降水量总体呈递增趋势。

石河子四季降水量总体呈递增趋势。从图2（a）中可以看出，石河子市春季降水量波动幅度较大，其气候倾向率为 1.5 mm/10 a。从图 2（b、c、d）中可以看出，夏季气候倾向率为2.5 mm/10 a，秋季气候倾向率为2.1 mm/10 a，冬季气候倾向率为2.2 mm/10 a。

3.3 突变分析

从图3降水量M-K统计曲线可以看出，1960―1974年UF曲线大于0，1975―1979年UF曲线小于0，1980年以后UF曲线均大于0。UF和UB两条曲线的交点所对应的年份为1967年和1984年，只有1984年交点在临界线信度之内，表明1984年为石河子年降水量突变年。

图3 石河子市近51年年降水量M-K统计曲线

3.4 相关性分析

选择4个气象因子，分别为气压、气温、相对湿度和日照时数来分析相关性，降水量与气压的相关性系数为-0.0902，降水量与气温的相关性系数为-0.1059，降水量与相对湿度的相关性系数为0.742 1，降水量与日照时数的相关性系数为0.046 2，表明降水量与气压、气温和日照时数之间相关性较弱，降水量与相对湿度两者之间存在显著的正相关性关系，即降水量越多，相对湿度值越大，反之越小。

4 气候特征分析

分析石河子市近51年逐日降水气象资料表明,降水形成时大尺度天气形势有4种类型，即欧亚中高纬度维持两脊一槽型、一脊一槽型、南北二支锋区汇合或中纬度锋区分裂短波槽型、南支槽发展东北上型或北支槽发展东南下型，环流形势有西西伯利亚低槽、中亚低涡、西北气流和东西伯利亚型；降水量的大小主要与锋区强度及持续时间呈正相关关系；降水主要发生月份是6～8月，其中6月下旬发生强降水的频率较高；降水的高发时段是每日的18时至22时，50%以上的大降水出现在这一时段。

5 结论

（1）分析石河子市气象局1960―2010年近51年逐日降水气象资料，结果表明，石河子年平均降水量为108.89 mm，年降水量变化波动幅度较大，总体呈递增趋势，年降水量每10年增加8.3 mm。20世纪60年代至80年代，石河子年降水量呈现逐渐递增趋势，20世纪90年代至21世纪00年代年降水量呈现逐渐递减趋势。（2）降水量季节差异显著，其中夏季降水量最多，冬季降水量最少。四季降水量总体呈递增趋势，其中夏季降水量每10年增加最多，其气候倾向率为2.5 mm/10 a；春季降水量每10年增加最少，其气候倾向率为1.5 mm/10 a。（3）通过MK突变检验方法可以得出，石河子年降水量在1984年发生突变。（4）通过相关性分析得出，年降水量与相对湿度之间存在显著的正相关性关系，年降水量与气压、气温和日照时数之间相关性较弱。（5）形成降水的大尺度天气形势有欧亚范围维持两脊一槽型、一脊一槽型、南北二支锋区汇合或中纬度锋区分裂短波槽型、南支槽发展东北上型或北支槽发展东南下型4种类型。降水主要发生月份是6～8月，降水的高发时段是每日的18时至22时。