ABSTRACT

The paper analyzed annual precipitation and warm season (from May to September) precipitation recent 63 years in Shihezi City. The results showed that the annual precipitation was significantly increased; the cold season precipitation is more significant than warm season; the warm season precipitation is also increased, but the increase of precipitation mainly derived from the heavy precipitation and it increased significantly. The frequency of extreme precipitation is also significantly increased in the warm season in Shihezi, especially after the mid-1980s. The precipitation has obvious diurnal variation in warm season, the high-value period at night, the maximum hourly precipitation occured at 22 hour, the largest intensity and most frequent of precipitation is also in this period.

Keywords:Warm Season, Precipitation Days, Precipitation Intensity, Contribution Rate

石河子市近63a降雨特征分析

安冬亮¹，雷薇¹，陈春燕^2*

¹石河子气象局，新疆 石河子

²新疆气象台，新疆 乌鲁木齐

收稿日期：2019年4月16日；录用日期：2019年4月29日；发布日期：2019年5月6日

摘 要

本文通过对石河子市近63a年降水量季(5~9月)降水量资料分析，结果表明：石河子市年降水量呈显著增加，冷季降水对年降水量的贡献明显大于暖季降水量的贡献，暖季降水量虽也呈增加趋势，但降水量的增加主要来自大雨和暴雨的明显增加；石河子市暖季极端降水事件发生频次也显著增多，特别是20世纪80年代中期后表现明显；暖季降水有明显的日变化，降水量的高值时段为夜间，最大小时降水出现在22时，且降水强度也在此时段最大、出现频次也最多。

关键词 :暖季，降水日数，降水强度，贡献率

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1. 引言

近年来，地球上极端天气气候事件频发，全球经济受到严重影响，人民生命和财产安全受到严重的威胁，越来越多的关于大气中极端事件的研究受到关注。对降水的关注度也由单一的降水量的变化向降水日数、强度、贡献率等方面转变 [1] [2]。李红梅等对我国东部盛夏日降水量进行了分析 [3]。新疆处于我国西北部西部，降水量的地区及季节分布极不均匀，一年中降水主要集中在夏季 [4]，并且降水频次与强度的变化与我国东部及西北地区东部有所不同。杨晓丹等指出西北西部年降水频率、强度均呈增加趋势，而东部降水强度是增加的，但频率是减少的 [5]。赵勇等在对新疆北部汛期降水的变化特征中指出新疆北部汛期各级别降水日数除微雨外，其他级别降水日数呈增多趋势 [6]。辛渝等对博州不同级别降水也进行了详细分析，指出除微量以外的降水频次和强度的增加是造成博州年降水量增加的原因之一 [7]。周雪英等对天山南坡的巴音布鲁克山区降水的变化进行分析指出：小雨事件对年降水量的贡献减弱，大雨和暴雨的贡献率增加，同时发现年降水量的增加主要来自冷季 [8]。唐冶等对北疆的伊宁市降水分析，总结出伊宁市降水的特点 [9]。周建荣等对克拉玛依年、季降水进行统计分析，指出季、年降水日数呈减少趋势，而春、秋、冬及年降水量为增加趋势，夏季是减少的趋势 [10]。赵克明等利用喀什市逐时降水资料分析喀什降水的日变化。黄秋霞等针对伊宁市主汛期期间的降水变化特征进行分析 [11]。

石河子市地处新疆天山北坡中段，南面邻山，北面绿洲紧邻沙漠，其特殊的地形和下垫面造成降水量及强度等的变化特征与其他地方不同，分析其降水的特点对大力发展城市化建设，提高经济效益有着重要意义，也能为当地政府防灾减灾提供参考理论依据。

2. 资料选取及处理方法

采用中国气象局气象数据统一服务接口(MUSIC: Meteorological Unified Service Interface Community)提供的石河子市气象站1954~2016年逐年降水和暖季(5~9月)逐日、逐时降水资料，对石河子市降雨特征进行统计分析。

降雨日定义为前一日20时到当日20时出现≥0.1 mm降雨的日数，为讨论不同强度降水变化对降水总量变化的贡献率，将降雨量根据新疆自治区气象局降水量等级标准 [12] 定义日降水量级别：小雨为≥0.1 mm且≤6.0 mm、中雨为≥6.1 mm且≤12.0 mm、大雨为≥12.1 mm且≤24.0 mm、暴雨为≥24.1 mm。

3. 石河子市年降水量特征

石河子市多年平均降水量为215.5 mm，年降水日数为83.0 d，由图1可以得知：石河子市年降水量以7.2 mm/10a的速度显著增加，从10年滑动平均分析可以看出：石河子市年降水量从2001年开始转为偏多，年最大降水量出现在2010年，年降水量为367.1 mm，而该年的降水日数比年降水日数最多年(1959年)少了33天，同时可以发现在进入21世纪以来年降水量超过300 mm的频次明显增多(2/17)，而21世纪前出现的频次为3/46。说明进入21世纪降水量由偏少转为偏多与降水强度有密切关系。

图1. 1954~2016年石河子市年降水量(a)和降水日数(b)变化趋势

4. 石河子市暖季5~9月降水特征

4.1. 暖季年降水量

石河子市暖季平均降水量为106.8 mm，占全年降水量的49.56%，对比历史演变曲线(图略)，暖季降水量的变化趋势与年降水量变化趋势基本为同位相变化，但暖季降水量以0.85 mm/10a的速率增加，远远小于年降水量的增加速度(7.2 mm/10a)，说明石河子市进入21世纪后降水量的明显增加主要来自冷季(10月~次年4月)。

4.2. 暖季降水日

石河子市暖季平均降水日为34.9天，其中小雨为29.3天、中雨为4.0天、大雨为1.5天、暴雨为0.2天。从总暖季降水日数的变化可以看出(图2)：暖季降水日数以0.91 d/10a的趋势减少(相关系数−0.24，通过信度95%的检验)；小雨降水日数以0.94 d/10a的趋势减少(相关系数−0.27，通过信度95%的检验)；中雨降水日数以0.14 d/10a的趋势减少(相关系数−0.14，未通过信度95%的检验)，反映出中雨降水日数的年际、年代变化特征都不明显；大雨降水日数以0.16 d/10a的趋势增加(相关系数−0.24，通过信度95%的检验)，在20世纪80年代中期之前的32年中有9年未出现大雨，而在之后的31年中未出现大雨的日

图2. 1954~2016年石河子市暖季各级降水日数变化趋势。((a) 总降雨，(b) 小雨，(c) 中雨，(d) 大雨)

数仅有3年；同时暴雨日数也有明显的增加，出现暴雨日数也由前年32a的4次增加到后31a的7次。小雨和中雨日数的减少与大雨、暴雨日数的增加更进一步说明20世纪80年代中期后极端降水频次有明显增加。

4.3. 暖季降水强度及贡献率

为更好的分析石河子市暖季降水特点，分别计算石河子市暖季逐年各级降水强度及贡献率，降水强度即该级别降水总量除以该级别降水日数，降水贡献率即该级别降水量与总降水量之比。结果显示(图3)。

石河子市暖季平均雨强为3.06 mm/d，最大雨强6.8 mm/d (2010年)，最小雨强1.8 mm/d (1978年)，雨强以0.013 mm/d的趋势增加(相关系数为0.28，通过95%的信度检验)；小雨平均降水强度为1.5 mm/d，以0.003 mm/d的趋势增加(未通过信度检验)；中雨平均降水强度为8.5 mm/d，以0.045 mm/d的趋势减少(未通过检验)；大雨平均降水强度为12.5 mm/d，以0.066 mm/d趋势增加(未通过信度检验)；表明分级降水强度主要以年际变化为主。

石河子市各级降水对暖季总降水贡献率明显不同：小雨的平均贡献率为43.99%，小雨对暖季降水的贡献率接近50%，但小雨贡献率呈下降趋势(未通过显著性检验)；中雨的平均贡献率为31.92%，虽然接近暖季总降水的三分之一，但其贡献率呈显著下降趋势(相关系数−0.27，通过95%的信度检验)；大雨的平均贡献率为20.47%，只占到暖季降水的五分之一，其贡献率呈明显的上升趋势(相关系数0.27，通过95%的信度检验)，20世纪90年代大雨的贡献率明显增加，特别是进入21世纪后，在2010年大雨的贡献率达到62.94%，对当年暖季降水的贡献接近三分之二。

综上所述：石河子市暖季降水量呈非显著性增加，小雨、中雨的降水日数和贡献率均呈下降趋势，但大雨的强度却呈上升趋势，大雨的降水日数、强度、贡献率都呈增加趋势，且日数及贡献率呈显著增加的趋势，特别是在进入21世纪后这种特征更加明显。

4.4. 暖季逐时降水频次和强度日变化

根据石河子市2005~2016年暖季(5~9月)逐时降水量资料统计分析(图4)：石河子市小时降水量最大为13.7 mm/h，逐时累计降水最大出现22时，累计降水最小出现在15时，仅有最大累计降水量的五分之一，从图上可以看出石河子市逐时累计降水量呈明显的波动。从降水频次及降水强度图上看出(图5)：降水频次最多的为00时，达99次；降水的易发时段为23时~03时，该时段发生降水的的次数占总降水次数的40%，降水次数最少的为15时~17时，然而降水强度最大出现在22时，小时雨强为1.48 mm/h，最小雨强出现在05时，小时雨强为0.54 mm/h，次之15时，小时雨强为0.58 mm/h。总体可以看出：石河子市累计降水量、降水频次、降水强度的最大、最小值出现时间不是十分一致，但最大累计降水量、降水频次、降水强度均集中在夜间22时~00时，相对而言累计降水量、降水频次、降水强度较小出现在15时。因此：石河子市暖季(5~9月)降水主要发生在夜间，特别是前半夜，午后降水较少。

5. 结论

1) 近63a石河子市降水量呈显著增加，线性增长率为7.2 mm/10a，虽然暖季(5~9月)降水量占全年总降水量的二分之一，但年总降水量的显著增加主要来自冷季降水。

2) 石河子市暖季降水量呈非显著性增加，小雨和中雨对暖季降水量的贡献率虽然所占比重较大，但造成暖季降水增加的主要是由大雨及暴雨的数日及频次增多造成。表现在大雨的降水日数、强度、贡献率都呈增加趋势，特别是在进入21世纪后更显著，2010年大雨出现日数达5 d，贡献率达62.84%。

3) 石河子市暖季小雨、中雨日数减少，大雨和暴雨日数增多，说明石河子市暖季极端降水事件发生

图3. 1954~2016年石河子市暖季各级降水强度(1)和贡献率(2)变化趋势。((a) 小雨，(b) 中雨，(c) 大雨)

图4. 2005~2016年5~9月石河子市逐时累计降水量

图5. 2005~2016年5~9月石河子市逐时降水频次和降水强度

频次呈增加趋势。

4) 石河子市暖季降水强度和累计降水量及降水频次大值出现也夜间，相对午后出现降水的概率降水强度均较小。

基金项目

中亚大气科学研究基金项目(CASS201720)。

文章引用

安冬亮,雷 薇,陈春燕. 石河子市近63a降雨特征分析
Analysis of Precipitation Characteristics Re-cent 63 Years in Shihezi City[J]. 气候变化研究快报, 2019, 08(03): 279-286. https://doi.org/10.12677/CCRL.2019.83031

参考文献