2010—2019年南疆致灾暴雨时空分布及其影响

魏艳英，龚美玲，李海花

(1.新疆巴州气象局，新疆 库尔勒 841000；2.新疆维吾尔自治区气象台，新疆 乌鲁木齐 830002)

引 言

暴雨洪涝灾害是对农业生产、人类生存和发展影响较大的自然灾害之一[1-4]，据统计暴雨洪涝灾害损失约占全球自然灾害损失的40%[5-7]。我国是全球气候变化的敏感区和脆弱区，暴雨洪涝灾害频繁发生[8-10]，2004—2013年我国暴雨洪涝灾害造成的直接经济损失平均每年达1228.3亿元[11-12]。研究表明中国未来极端强降水事件将增加，且100 a重现期中高以上风险区域面积均呈不断增加趋势[13]，因此有关我国暴雨洪涝灾害的研究对防灾减灾工作有重要意义。

新疆虽是干旱、半干旱区，但“三山夹两盆”的特殊地形，使得强降水天气频发，且暴雨洪水多发生在山区及浅山区，近年来农田受灾面积增大、暴雨洪水发生次数增多、直接经济损失明显上升[14-18]。降水量可作为新疆易灾暴雨的风险区划指标[19]，新疆降雨发生频次和降雨强度共同增加使得暴雨洪涝灾害发生风险增加[20]。王秋香等[21]利用1950—2006年新疆84个县2038份洪水灾害资料，采用灰色关联评估模型，以县为单位对新疆洪灾区进行分类，发现洪灾面积总体呈显著增加趋势。研究表明，新疆暴雨洪涝灾害损失与年降水量、GDP均呈显著正相关，且经济发达地区损失较高[22]。近年来新疆暴雨山洪灾害的强度呈上升趋势，年灾损指数也呈线性增长趋势，山洪灾害主要出现在伊犁州、阿克苏地区和喀什地区[23]。新疆南疆暴雨洪涝灾害发生在3—10月，正值农作物和林果业主要生长季，对作物生长造成损害较大，甚至绝产，且近10 a随着南疆极端暴雨天气增加[24]，灾害损失加重。因此，本文利用2010—2019年新疆南疆地区逐日降水资料、各县洪涝灾情及国民经济数据等，对南疆地区暴雨洪涝及灾害影响进行分析，以期提升对南疆暴雨洪涝灾害的客观认识及危险性评价水平，为合理制定防灾减灾措施以及防洪避险规划提供科学参考和决策服务依据。

1 研究区概况

新疆南疆地区由巴音郭楞蒙古自治州(简称“巴州”)、阿克苏地区(简称“阿克苏”)、喀什地区(简称“喀什”)、克孜勒苏柯尔克孜自治州(简称“克州”)、和田地区(简称“和田”)5个行政区组成，总面积106.34×104km2，约占新疆总面积的64%。南疆地区位于天山以南、昆仑山以北，中部为塔里木盆地，盆地周围有平原区，是暖温带大陆性干旱气候和绿洲气候；山间盆地呈温带、中温带大陆性气候；而周边高山区因气候干燥寒冷，与盆地气候相反。天山的高山带是半干旱半湿润高寒山地气候，帕米尔高原、昆仑山、阿尔金山的高山带是干旱半干旱高寒山地气候。南疆5个地区的降水差异大，空间分布异常不均，具有北部多、南部少，山区迎风坡多，背风坡、平原及盆地沙漠区少等特点。

2 资料与方法

利用2010—2019年南疆5个地(州)的44个国家气象站(图1、表1)逐日降水量数据，其中克州、阿克苏、巴州、喀什、和田的站点数分别为4、10、12、11、7个。定义日降水量R≥24.1 mm为暴雨[25]，统计暴雨日数、年降水量、3—10月累计降水量。

图1 南疆地形(阴影，单位：m)和国家气象站点(黑色圆点)分布(数字为台站序号)Fig.1 Topography (the shadow, Unit: m) and national meteorological stations (the black dots) distribution in the southern Xinjiang(The numbers are station serial numbers)

表1 图1中序号对应的站点名称Tab.1 The station name corresponding to serial number in figure 1

利用中国气象局灾情直报系统提供的2010—2019年3—10月南疆各县(市)暴雨洪涝灾情数据，考虑数据连续性和完整性，对灾情数据进行逐条整理和核对，剔除有误和重复数据，共有40个县(市)出现过暴雨洪涝灾情。采用受灾人口、直接经济损失、农作物受灾面积及气象灾害损失率来表征灾情，其中气象灾害损失率是指当年气象灾害直接损失与当年GDP的比值，具体计算公式[26]如下：

(1)

式中：L(%)为气象灾害损失率；i为年份；Di(万元)为i年的气象灾害直接损失；Pi(万元)为i年的GDP总量。

在研究暴雨洪涝灾害频次与降水量关系时，从南疆5个行政区中各选取1个县(市)进行分析，要求该县(市)灾情资料数据相对比较完整，且暴雨洪涝灾害次数最多。最终选取巴州的和静县、阿克苏的拜城县、喀什的莎车县、克州的阿克陶县、和田的皮山县为代表县。

利用surfer11软件中克里金(Kriging)插值法[27]对数据进行空间处理，利用origin软件制作趋势分析图。

3 结果分析

3.1 降水量空间分布

图2为2010—2019年南疆年均降水量和年均暴雨雨量占年均降水量比例的空间分布。可以看出，南疆多雨区主要分布在山区[图2(a)]，年降水量均大于200.0 mm，这与王慧等[19]研究发现南疆西部山区是暴雨洪涝致灾因子危险性较高的地区之一相对应。年降雨量最大值在喀什北部山区吐尔尕特站，为346.8 mm。阿克苏的乌什、阿克苏、拜城、柯坪、温宿，克州的阿图什、阿克陶站，喀什的英吉沙、喀什站的降水量在100.0～200.0 mm之间。南疆少雨区位于巴州南部及和田大部(主要是塔里木盆地边缘)，年降水量小于70.0 mm。而年均降水量在50.0 mm以下的站点均在巴州，分别是尉犁、铁干里克、若羌、塔中、且末站。

图2 2010—2019年南疆年均降水量(a，单位：mm)和年均暴雨雨量占年均降水量比例(b，单位：%)的空间分布Fig.2 Spatial distribution of annual mean precipitation (a, Unit: mm) and the proportion of annual mean rainstorm precipitation to the total precipitation (b, Unit:%) in the southern Xinjiang during 2010-2019

由南疆年均暴雨雨量占年均降水量的比例[图2(b)]可以看出，大值区在和田的于田、策勒、民丰、洛浦站，巴州的库尔勒、和静、轮台、尉犁站，喀什的麦盖提、岳普湖站，阿克苏的温宿站，占比为51%～80%；小值区在喀什的巴楚、吐尔尕特站，克州的阿图什、阿合奇、乌恰站，阿克苏的乌什站，巴州的巴仑台、巴音布鲁克站，占比小于30%；而阿克苏的库车站、巴州的若羌站和喀什的塔什库尔干站近10 a未出现暴雨；其他站点年暴雨量占比在31%～50%之间。

3.2 暴雨日数特征

图3为2010—2019年3—10月南疆地区暴雨日数的年际变化和空间分布。可以看出，近10 a南疆暴雨日数总计148 d，呈缓慢增加趋势。暴雨日数年际变化幅度较大，2010年最多(32 d)，2016年次之(27 d)，2011年最少仅5 d。南疆暴雨日数最大值出现在克州的阿合奇站(22 d)，其次是巴州的巴仑台站(13 d)，巴州的巴音布鲁克站，克州的乌恰、阿图什站，喀什的叶城、伽师站，阿克苏的乌什、柯坪、阿克苏、拜城站，和田的皮山站暴雨日数为5～10 d；其他站暴雨日数均小于5 d，其中，巴州的若羌站、阿克苏的库车站、喀什塔什库尔干站近10 a暴雨日数为0 d。

图3 2010—2019年3—10月南疆地区暴雨日数的年际变化(a)和空间分布(b)(单位：d)Fig.3 The inter-annual variation (a) and spatial distribution (b) of rainstorm days in the southern Xinjiang from March to October during 2010-2019 (Unit: d)

3.3 暴雨洪涝灾害时空分布

图4为2010—2019年3—10月南疆暴雨洪涝灾害发生频次的年际变化和月际变化。可以看出，2010—2019年南疆地区暴雨洪涝灾害发生频次累计402次，灾情发生频次的年际变化与暴雨日数的年际变化相似，总体呈缓慢增加趋势。2016年暴雨洪涝灾害发生频次最多为67次，2010年次之(65次)，2011年最少，仅有14次。2017、2018年暴雨洪涝灾害发生频次相近，分别为45、44次，2014、2015年暴雨洪涝灾害发生频次分别为23次和24次。暴雨洪涝灾害发生频次的月际变化成单峰型分布，峰值在6月，达129次，其次是7月，为90次，谷值在3月和10月，仅有3～4次。

图4 2010—2019年3—10月南疆暴雨洪涝灾害发生频次的年际变化(a)和月际变化(b)Fig.4 The inter-annual (a) and monthly (b) variation of occurrence frequency of rainstorm and flood disasters in the southern Xinjiang from March to October during 2010-2019

图5为2010—2019年3—10月南疆暴雨洪涝灾害发生频次的空间分布。可以看出，2010年以来南疆暴雨洪涝灾害呈现出由北到南、由西到东逐渐减少的趋势，这与年降水量空间分布一致，说明年降水量多是造成南疆灾情的主要原因之一。暴雨洪涝灾害发生频次最多出现在克州的阿克陶县，发生频次为35次，其次是阿克苏的拜城县(30次)；和田的皮山县、洛浦县，克州的乌恰县、阿图什市，阿克苏的库车市，喀什的英吉沙县，暴雨灾害发生频次在16～21次；喀什的叶城县、喀什市、塔什库尔干县、伽师县，巴州的和静县，和田的民丰县、于田县、策勒县、和田市，克州的阿合奇县、阿克苏的柯坪县、乌什县灾情发生频次在6～11次；其他县均在6次以下。

图5 2010—2019年3—10月南疆暴雨洪涝灾害发生频次的空间分布(单位：次)Fig.5 The spatial distribution of occurrence frequency of rainstorm and flood disasters in the southern Xinjiang from March to October during 2010-2019 (Unit: times)

近10 a南疆暴雨洪涝灾害最多出现在喀什为106次，最少在巴州为40次。图6为2010—2019年3—10月南疆5个地区暴雨洪涝灾害发生频次的年际变化。可以看出，2010年喀什暴雨洪涝灾害发生频次最多，为22次，克州其次(15次)，巴州最少为6次；2011年各地灾情均较少，基本都在5次以下；2012年喀什暴雨洪涝灾害发生频次最多为14次，和田其次(11次)，阿克苏最少为3次；2013年喀什暴雨洪涝灾害发生频次最多为16次，阿克苏其次(15次)，巴州最少为1次；2014年和田暴雨洪涝灾害发生频次最多为8次，喀什其次(6次)，巴州最少为2次；2015年南疆各地出现灾情相差不大，基本为3～7次，其中巴州最多为7次；2016年南疆各地暴雨洪涝灾害发生频次在9～17次，其中喀什最多为17次，阿克苏其次(15次)，巴州最少为9次；2017—2019年，南疆各地暴雨洪涝灾害发生频次的最大值均在阿克苏，为12～15次，最小值均在巴州，为1～2次。

图6 2010—2019年3—10月南疆不同地区暴雨洪涝灾害发生频次的年际变化Fig.6 The inter-annual variation of occurrence frequency of rainstorm and flood disasters in different areas of the southern Xinjiang from March to October during 2010-2019

3.4 灾情损失

表2为2010—2019年3—10月南疆不同地区暴雨洪涝灾情统计。可以看出，南疆不同地区暴雨洪涝灾害受灾情况不同，其中受灾人数阿克苏最多，达168万人，其经济损失也最大，达1 025 366.00万元，农作物受灾面积最多，为529 044.1 hm2，其农业经济损失高达801 391.52万元，占阿克苏直接经济损失的78.2%，这与满苏尔·沙比提等[28]研究得到阿克苏洪水灾害风险较高的结果一致。喀什受灾人数第二，达144万人，其中农业经济损失141 985.61万元，占喀什直接经济损失的39.0%。和田受灾人数为65万人，直接经济损失达96 099.49万元，但农业经济损失较少，为5527.08万元，其中农业经济损失占直接经济损失的比例较低(5.8%)。巴州受灾人数较少为17万人，但农作物受灾面积较大，为302 141.4 hm2，农业经济损失占巴州直接经济损失的比例最高，达78.9%。克州受灾人数最少，仅有11万人，但农业经济损失占克州直接经济损失的比例较大为66.4%。

表2 2010—2019年3—10月南疆不同地区暴雨洪涝灾情统计Tab.2 Statistics of rainstorm and flood disasters in different areas of the southern Xinjiang from March to October during 2010-2019

3.5 代表县灾情特征

统计2010—2019年3—10月南疆不同地区暴雨洪涝灾情，克州的阿克陶县35次，阿克苏的拜城县30次，喀什的莎车县23次，和田的皮山县20次，巴州的和静县11次，这5个县灾情在各自的地区(州)出现次数最多，最具代表性。

图7为2010—2019年3—10月南疆各地(州)代表县累计降水量和洪涝灾害发生频次的变化。可以看出，阿克陶累计降水量在27.2～242.4 mm之间，5月最大为242.4 mm，10月最少为27.2 mm，6—9月，降水量较平均，在174.6～198.6 mm之间；7月阿克陶暴雨灾害发生频次最多(11次)，其次是8月(8次)，4月和10月均无灾情。可能原因是阿克陶县夏季月降水量不大，但局地强降水多，易产生洪涝灾害。拜城月降水量在31.3～287.9 mm之间，其中8月最大为287.9 mm，3月最小为31.3 mm，6—9月降水量相对集中，在216.0～287.9 mm之间，10月降水量也高达185.3 mm，这也是拜城县10月出现暴雨洪涝灾害的主要原因之一；6月拜城县暴雨洪涝灾害发生频次最多(11次)，7月其次(8次)，3—4月均无灾情。莎车累计降水量相对较少，在11.2～160.4 mm之间，其中7月最大为160.4 mm，5—8月降水均匀，在147.1～160.4 mm之间，3—4月和10月降水量很少。莎车6月暴雨洪涝灾害发生频次最多为6次，7月和8月其次，均有5次，基本上与降水分布相对应，3—4月和10月均无灾情。皮山月累计降水量在8.1～247.6 mm之间，其中5月最大为247.6 mm，10月最小为8.1 mm，降水量月较差较大；皮山县6月和7月暴雨洪涝灾害发生频次最多，均为7次，5月为4次，3—4月和9—10月均无灾情。和静月累计降水量在3.7～218.5 mm之间，其中6月最大为218.5 mm，和静6月暴雨洪涝灾害发生频次也最多(4次)，7月其次(3次)，3—4月、9—10月和静降水量小于50 mm，且均未出现过灾情。

图7 2010—2019年3—10月南疆各代表县累计降水量(a)和洪涝灾害发生频次(b)变化Fig.7 The variation of cumulative precipitation (a) and occurrence frequency of rainstorm and flood disasters (b) in representative counties of the southern Xinjiang from March to October during 2010-2019

综上所述，阿克陶站、皮山站5月累计降水量最多，莎车站7月、和静站6月、拜城站8月累计降水量最多。阿克陶县7月出现灾情最多，其他4个县均为6月洪涝灾害发生频次最多。南疆5个县灾情主要出现在夏季(6—8月)，3—4月基本没有灾情(其中阿克陶县3月只出现1次)，皮山县、和静县9—10月均无灾情，阿克陶县、莎车县10月无暴雨洪涝灾情。说明南疆逐月累计降水量与暴雨洪涝灾害发生频次不是正比关系，但降水量是暴雨洪涝灾害的主要贡献因子。

图8为2010—2019年3—10月南疆各地(州)代表县暴雨洪涝灾害发生频次的逐旬变化。可以看出，阿克陶县暴雨洪涝灾害出现时间最早为3月下旬；拜城县暴雨洪涝灾害结束时间最晚为10月下旬。阿克陶县在3月下旬出现过1次暴雨洪涝灾害，4月至5月上旬均无暴雨洪涝灾害，6—8月发生频次均有3～4次，最晚出现在9月中旬。拜城县暴雨洪涝灾害发生在5月上旬至10月下旬，结束时间最晚，大值在6月中下旬和7月下旬均有4次，6月上旬、7月上旬、8月中旬均出现3次，8月下旬和9月上旬出现2次。莎车县暴雨洪涝灾害发生频次分两个时段，一个时段在5月中旬至7月下旬，大值在6月中旬为3次，5月下旬，6月下旬，7月中、下旬均有2次；另一时段为8月中旬至9月下旬，大值在8月中旬有3次，8月下旬和9月上旬各出现2次。皮山县暴雨洪涝灾害主要集中在5月中旬至7月下旬，大值在6月中旬、下旬和7月中旬，发生频次均为3次，5月中、下旬和7月上旬均出现2次。和静县暴雨洪涝灾害出现较少，6月下旬和7月上旬均有2次，其他时间均出现1次。

图8 2010—2019年3—10月南疆代表县暴雨洪涝灾害发生频次的逐旬变化(单位：次)Fig.8 The ten days variation of occurrence frequency of rainstorm and flood disasters in representative counties of the southern Xinjiang from March to October during 2010-2019 (Unit: times)

图9为2010—2019年3—10月南疆各地(州)代表县受灾人口、直接经济损失、农作物受灾面积及气象灾害损失率占比的分布。可以看出，阿克陶县受灾人口最多，占36%，莎车县其次，占31%，和静县受灾人口最少，仅占2%，这与和静县发生灾害较少有一定关系；和静县直接经济损失占比最高，为40%，其次是莎车县占28%，阿克陶县直接经济损失占比最少(8%)；拜城县农作物受灾面积占比最高(33%)，这与拜城县发生灾害次数较多有一定关系，其次是莎车县和阿克陶县作物受灾面积占比分别为21%、20%，和静县最少，仅占11%；皮山县气象灾害损失率最大，占33%，其次是和静县为22%，拜城县最小为11%。

图9 2010—2019年3—10月南疆代表县受灾人口(a)、直接经济损失(b)、农作物受灾面积(c)及气象灾害损失率(d)的占比分布Fig.9 The distribution of proportion of affected population (a), direct economic loss (b), affected area of crops (c) and loss rate of meteorological disasters (d) in representative counties of the southern Xinjiang from March to October during 2010-2019

4 结 论

(1)近10 a南疆地区暴雨日数总体呈缓慢增加趋势，2010年暴雨日数最多达32 d，2011年最少仅为5 d。南疆多雨区主要分布在山区，少雨区在塔里木盆地边缘，暴雨日数最大值在克州阿合奇站，为22 d。年暴雨量占年降雨量比例的最大值在和田的于田站，阿克苏的库车站、巴州的若羌站和喀什的塔什库尔干站近10 a未出现暴雨。

(2)近10 a南疆地区暴雨洪涝灾害发生频次总体呈缓慢增加趋势，2016年最多有67次，2010年其次(65次)，2011年最少仅有14次；暴雨洪涝灾害发生频次的月际变化呈单峰型，6月最多达129次；3月和10月较少，仅有3～4次；克州阿克陶县暴雨洪涝灾害发生频次最多，为35次，阿克苏沙雅县最少仅1次。南疆5个地区暴雨洪涝灾害发生频次中，喀什最多为106次，阿克苏为91次，和田为88次，克州为77次，巴州最少仅40次。阿克苏受灾人数、农作物受灾面积、直接经济损失、农业经济损失均最多，巴州农业损失占直接经济损失的比例最高达78.9%，和田农业经济损失最少。

(3)南疆逐月累计降水量与暴雨洪涝灾害发生频次不是正比关系，但降水量的多少与暴雨洪涝灾害发生频次有直接关系。南疆大部分暴雨灾害出现在5月中旬至9月上旬，其中6月中旬和下旬出现频次最高。