阿拉善地区近50年降水量和降水日数的变化特征分析

丁思聪，常佩静

1.东北农业大学 资源与环境学院，黑龙江哈尔滨 150030；2.内蒙古自治区阿拉善盟气象局，内蒙古阿拉善 750306

旱涝灾害的发生与降水量和降水日数的有着密切的关系。研究表明，受气候变化影响，降水量和降水日数的变化在某些地区并不具有同步性，而且不同季节内的变化特征也不一致。这就增大了旱涝灾害发生率，也对农业生产和生态环境等构成威胁。近百年来，在全球气候变化和局地城市化进程的共同影响下，内蒙古地区的降水特征也在发生改变[1]。通过对内蒙古自治区阿拉善地区近50年气象观测数据，分析阿拉善地区降水量和降水日数变化规律，为探讨该地区旱涝演变和生态环境变化等提供参考依据。

1 研究区域

阿拉善地区地处祖国西北边陲，亚洲大陆腹地，位于内蒙古自治区最西端，总面积为27万 km2，占内蒙古自治区总面积的22.8%。阿拉善地区属内蒙古高原的一部分，地形呈南高北低状，平均海拔900~1 400 m，属中温带干旱荒漠区。区域环境脆弱、易变，气候主要以温带大陆性季风气候为主，且气候要素的年际间变率大，是气候变化敏感的典型区域。

阿拉善地区四季气候特征明显，昼夜温差大，年均气温6℃~8.5℃，极端最低气温-36.4℃，极端最高气温41.7℃。降雨量在40~200 mm，蒸发量为4 200~2 400 mm。年日照时数达2 600 ~3 500 h。《中国气候变化海洋蓝皮书(2020)》明确指出，1961—2019年中国的极端强降水事件明显加剧。因此，研究阿拉善地区的降水时空变化和极端情况的发生频率、强度，对认知气候变化风险，保护荒漠区生态，促进可持续发展具有重要意义。

2 资料与方法

2.1 资料来源

使用1968—2017年阿拉善地区境内8个气象观测站逐日降水观测数据。降水日数定义为日降水量大于0.0 mm。春季为3—5月、夏季为6—8月、秋季为9—11月、冬季为12月至翌年2月。

2.2 分析方法

阿拉善地区降水日数由各测站出现降水的平均天数确定，降水量由8个测站平均降水量确定。

使用线性倾向法估计说明降水量和降水日数随时间的变化趋势，采用一次线性方程表示：

式中，xi为样本量为n的某一气候变量；ti表示xi所对应的时间；a为回归常数，b为回归系数，a和b使用最小二乘法估计。回归系数b为倾向值，当b＞0时，说明随时间t的增加，呈上升趋势；当b＜0时，说明随时间t的增加，呈下降趋势。b值的大小反映了上升或下降的速率。相关系数r表征t与之间线性相关的密切程度与回归系数b有如下关系：b=r（σx/σt），∣r∣越接近于0，与t之间的线性相关就越小，反之相关越大。

3 结果与分析

3.1 降水量和降水日数的年、月变化

1968—2017 年阿拉善地区年平均降水量为109.1 mm，主要集中在6—9月，其中7月降水为全年最多，为25.9 mm，12月最少，为0.5 mm；1968—2017年阿拉善地区年平均降水日数为34.4 d，其中7月降水日数最多为6.6 d，12月降水日数最少为0.9 d（表1）。

表1 1968—2017年阿拉善地区降水量 统计特征值

3.2 降水量和降水日数的年变化趋势

3.2.1 时间变化近50年来，阿拉善地区年平均降水量呈波动变化，无明显的时间序列变化规律，20世纪80年代为降水的低谷期，降水偏少；1977年是近50年间降水量最多年份，达到165.0 mm；1985年降水量最少，仅有65.6 mm，两者相差2.5倍。1968—2017年阿拉善地区年平均降水日数为34.3 d，无明显变化规律，降水日数最多年份出现在2007年，为43.1 d；最少年份出现在1972年，为25.5 d，两者相差17.6 d。

对阿拉善地区年降水量和年降水日数序列进行线性倾向估计，结果分别如图1和图2所示。图中折线为年降水量和降水日数的变化序列，直线为变化趋势。结果显示，近50年来，阿拉善地区的年降水量回归系数0.2751，趋势系数为0.1646（P ＞0.05）；年降水日数的回归系数为0.0165（P ＞0.05），降水量与降水日数的变化均不显著。

图1 阿拉善地区近50 年降水量变化曲线

图2 阿拉善地区近50 年降水日数变化曲线

从统计计算结果来看，近50年来，阿拉善地区年降水量和年降水日数呈增多趋势。其中，年降水量平均每10年增加2.8 mm，降水日数平均每10年增加0.2 mm。

近50年来，阿拉善地区年降水量和年降水日数的波动变化趋势也不同步。通过计算每10年年降水量与年降水日数的相关关系后发现，1968—1977年阿拉善地区降水量与降水日数表现为正相关，且相关最为明显，虽然每10年中降水量与降水日数表现为正相关，但这一相关关系明显趋于减小，其中最近10年内年降水量与年降水日数的相关系数仅为0.688。另外，相关分析的斜率也呈现明显的总体减小趋势，表明降水日数对降水总量的贡献逐渐减小，而降水强度的贡献逐渐增大，即极端降水事件的发生概率明显增加，这也是诱发洪涝灾害的重要原因之一。

3.2.2 空间变化从空间分布来看，阿左旗年平均降水量145.8 mm、阿右旗104.6 mm、额济纳旗40.4 mm；年降水量分布特征表现为从东南到西北逐渐减少。从各站点降水量变化趋势来看，达来呼布、吉兰泰及雅布赖地区降水量呈减少趋势，其余地区均以增多趋势为主，增幅最明显的地区位于孪井滩，平均每10年增多9.6 mm。

从降水日数的空间分布来看，分布特征表现为贺兰山沿山的巴彦浩特最多53 d，其次是孪井滩，为46 d；西北部的达来呼布和拐子湖最少，为18 d。

从降水日数空间变化趋势来看，巴彦浩特、吉兰泰、拐子湖降水日数有减少的趋势，其余地区降水日数以增多趋势为主。其中，减少和增多最为明显的分别是吉兰泰和孪井滩地区，分别为-1.3 d/10年和1.2 d/10年，其余地区增（减）趋势较小。

3.3 降水量和降水日数的季节变化

阿拉善地区属于典型的大陆性气候，各季节降水特征明显不同。通过计算近50年间各季节降水量的变化趋势后发现，春季、秋季、冬季降水量呈上升趋势，其中冬季上升趋势不明显，而夏季降水量呈下降趋势；另一方面，四季降水日数均呈现减少趋势。

1968—2017 年阿拉善地区春季、秋季、冬季降水量均呈上升趋势。其中，秋季降水量增加最明显，平均每10年增加1.9 mm；其次是春季，平均每10年均增加0.8 mm；冬季最少，平均每10年仅增加0.2 mm；夏季降水有明显的减少，平均每10年减少1.3 mm（图3）。

图3 1968—2017年阿拉善地区四季降水数距平

1968—2017 年阿拉善地区夏季降水日数呈减少趋势，平均每10年减少0.7 d；春季和秋季呈略增多趋势，平均每10年增多0.4 d；冬季无明显变化（图4）。

图4 1968—2017年阿拉善地区四季降水日数距平

3.4 年降水量和降水日数的突变检验

内蒙古地区从20世纪60年代开始，气温逐渐回升，到90年代末，绝大部分地区的上升幅度在1℃以上，气候变暖趋势明显[2]。而温度的升高往往会伴随着降水的减少，而由于阿拉善地区的地理位置，蒸发量旺盛，这种温度的影响表现得更加显著。因此，对阿拉善地区近50年的年降水量和年降水日数利用M-K法进行突变检验，了解近50年的降水变化情况。

分析图5和图6的结果可以看出，降水量和降水日数均未出现突变点，为了提升结论的可靠性，同时使用滑动t检验法进行突变检验。利用滑动t检验法分析了近50年的年降水量和年降水日数突变检验结果，在0.01的显著性水平下，没有发现突变信号，说明近50年的年降水量和年降水日数没有发生明显突变（图7、图8）。

图5 近5 0年降水量M-K突变检验曲线

图7 年降水量滑动T检验曲线

图8 年降水日数滑动T检验曲线

4 讨论

由于受到地理环境等因素的影响，阿拉善地区测站分布稀疏不均，且分布有大面积的沙漠、戈壁，观测资料对于中西部荒漠地区的降水变化来说不具有代表性。这有待于测站密度的增加和观测手段的丰富，以达到更加准确地分析降水变化趋势的目的。

阿拉善地区的年降水呈增加变化总体符合近年来内蒙古地区降水空间分布西多东少的趋势；阿拉善地区近50年降水量呈增加趋势，降水日数呈减少趋势，这与乌云娜等[3]的结论内蒙古沙地进入20世纪90年代后降水总量有所增加，而降水日数则明显减少的趋势一致。

阿拉善地区周围有三大沙区：巴丹吉林沙区、腾格里沙区和乌兰布和沙区，这意味着阿拉善地区的降水应符合沙地周边地区的降水变化特征。根据白美兰等[4]的研究，降水量和降水日数的显著变化与温度有较强的联系，但本研究未深入探讨温度与降水的相关关系。近年来，阿拉善地区夏季出现暴雨频率增加，多个乡镇日降水量突破历史极值，这需要进行更小的时间尺度的分析，是需要深入研究的方向。