1. 引言
近几十年，世界气候发生了非常显著的变化，已经影响了降水的空间分布格局，导致干旱和洪水的概率增加。空间降水量变化格局已经引起了广发关注。有研究表明，在全球气候变化的背景下，从上世纪20世纪初全球降水量增加了2%。在中国，50年代中国西部、东南和东北地区降水量呈上升趋势，新疆地处欧亚腹地，气温升高 [1] [2] [3] [4] [5] ，山地冰川面积缩小，湖泊面积增大 [6] [7] [8] [9] ，引起了国内外专家学者的广泛关注。吐鲁番盆地三面环山，常年干旱缺水，详细分析降水量趋势及降水的空间分布对本地水资源的合理利用非常有意义。
2. 资料与方法
2.1. 资料
利用吐鲁番盆地5个国家级气象站观测站1976~2015年40 a逐年和逐月降水实测资料分析吐鲁番地区盆地和山区降水量分布特征。根据5个国家级观测站的地理位置和海拔高度，把吐鲁番、鄯善、东坎和托克逊定为平原站，平原地区的降水量为四站之和，库米什定为南部山区站。根据吐鲁番盆地气候及农牧业生产特点，将3~5月划分为春季。6~8月为夏季，9~11月为秋季，12月至次年2月为冬季。气候值取世界气象组织(WMO)设定的标准气候值时段(1981~2010年)的平均值。
2.2. 方法
采用Mann-Kendall趋势检验法 [10] 、线性趋势检验法、滑动平均、定性分析降水变化特征。采世界气象组织(WMO)推荐的Mann-Kendall非参数统计方法分析突变。采用标准偏差以反映年降水量以于平均值为中心的离散程度。
3. 年降水量趋势分析
3.1. 平原及山区年降水异常频次分布特征
定义年降水量超过多年平均值一个标准差为多雨年份，既
；年降水量小雨多年平均值一个标准差为少雨年份，既
；若年降水量在
之间为正常年份。从表1各平原站和山区站的降水异常频次的比较可以看出，平原地区多雨年份出现次数明显多于少雨年份，占12.5%，少雨年份仅占7.5%；山区少雨年份略多于多雨年份。年降水量多的山区，少雨年份相对较多。
Table 1. Time-space distribution features of plain and mountain station in Turpan, unit: mm
表1. 平原各站及山区站
40a
的年降水量时空分布表，单位：mm
3.2. 平原地区年降水量变化特征
吐鲁番盆地平原各站历年娘降水量年际变化(图1)趋势倾向率分别为：−0.0477 mm/a (51572)、
0.0109 mm
/a (51571)、
0.0243 mm
/a (51573)、
0.0203 mm
/a (51581)，表明随着海拔的增加，降水有增加的趋势。海拔为负值的东坎农业气象试验站降水量为减少的趋势。近40年，平原地区降水增多和减少趋势交替进行，80年代中期到90年代初为波动增加阶段，90年代中期波动减少阶段，1998年达到近40年的峰值，为168.8 mm，直到本世纪都是减少过程，从2000~2015年仅有6年年降水量多于历年平均值。
Figure 1. Inter-annual variation of annual precipitation on plain of Turpan from 1976 to 2015
图1. 吐鲁番盆地平原地区历年(1976~2015)降水量变化曲线
3.3. 山区年降水量变化特征
吐鲁番盆地库米什气象站近40 a年降水量年际变化趋势倾向率为
0.4328 mm
/a (51526)，表明年降水量同样也是增多趋势(图2)。从80年代中期到90年代中期吐鲁番盆地年降水量是一个明显的波动增加阶段，从90年代中后期到20世纪初则为明显的减少过程，进入本世纪则是缓慢减少过程，2000~2015年仅5年年降水量多于历年平均值。山区年降水量增多趋势明显高于平原地区。结合平原地区各站分析，随着海拔高度的增加，年降水量有增多的趋势。计算皮尔逊相关系数，海拔与年降水量存在正相关，相关系数r = 0.9809，通过α = 0.001检验。
Figure 2. Inter-annual variation of annual precipitation on
mountain
of
Turpan
from 1976 to 2015
图2. 吐鲁番盆地山区历年(1976~2015)降水量变化曲线
3.4. 季降水分布特征
利用统计方法分析了5个国家级气象站近
40a
降水的季节分布特征(表2)，结果表明：吐鲁番盆地降水主要集中在夏季与秋季，约占全年降水的69%~79%；而冬季降水仅占全年降水的4%~14%；春、夏、秋季降水随站点海拔高度的增加而增加，冬季降水与站点海拔高度关系不大，山区站(库米什站)与平原站(其余4站)并没有太大区别。这与张家宝主编的《新疆短期天气预报指导手册》中指出的“冬半年各月，山区与平原降水量接近”结论完全吻合。
Table 2. The statistics of seasonal mean precipitation on plain and mountain of Turpan from 1976 to 2015
表2. 平原站和山区站近40年(1976~2015)季平均降水量统计
近40 a，吐鲁番盆地平原降水春、夏、秋、冬季的倾向率分别为：0.1381 mm/a、
0.0612 mm
/a、−0.1617 mm/a、−0.0261 mm/a，春、夏季降水有缓慢增多的趋势，秋、冬季有较弱的减少趋势。由于冬季对年降水量的贡献最小，影响也较小。山区春、夏、秋、冬季的倾向率分别为：0.4683 mm/a、−0.081 mm/a、0.0446 mm/a、0.0512 mm/a，春季降水增多较为明显，夏季反而是略微减少趋势。
4. 吐鲁番盆地年降水量突变
在Mann-Kendall突变检验中，若UF或UB的值超过临界值(α = 0.05)，表明上升或下降趋势显著，临界值(α = 0.05)之间有一个显著的交点，且上升超过临界值或下降低于临界值，则超过临界线的范围确定为出现突变的时间区域，反之则认为没有突变产生。从图3曲线分析，吐鲁番盆地平原不存在突变。70年代中期到90年代初和90年代中后期到21世纪的前10年UF > 0，则表示年降水量序列呈上升趋势，但并不显著；而90年代中期和2010年~2014年UF < 0，则表示年降水量则呈下降趋势，UF与UB在临界值内虽然有多个交点，但都在临界值内，所以不存在突变。
从图4曲线分析，吐鲁番盆地山区存在着增多的突变。1987年以后UF > 0，并逐渐增大，在1994年突破临界值，则表示年降水量呈上升趋势显著，UF与UB在1981、1983、1985和1986年都有相交，说明在80年代中期降水发生突变。这与新疆大部分台站年降水量趋势发生突变的时间基本吻合 [5] [11] 。
Figure 3. Annual precipitation of plain station by the Mann-Kendall test in Turpan
图3. 吐鲁番盆地平原站年降水量Mann-Kendall检验
Figure 4. Annual precipitation of mountain station by the Mann-Kendall test in Turpan
图4. 吐鲁番盆地山区站年降水量Mann-Kendall检验
5. 结论
本文采用吐鲁番盆地5个国家级气象站1976~2015年的年降水和月降水资料，运用线性趋势，M-K突变检验等方法分析了吐鲁番盆地近40 a降水的基本特征。研究表明：
1) 吐鲁番盆地平原地区近40 a年降水量趋势基本无变化，这与北疆和南疆降水的增多趋势不同 [12] ，南部山区代表站库米什气象站与巴州北部山区接壤，增多趋势与其一致 [13] ，山区增多趋势明显高于平原地区。
2) 吐鲁番盆地平原和山区年降水主要集中在夏季，其次是春季和秋季，冬季的贡献率最小。冬季山区降水与平原降水并没有太大区别。
3) 吐鲁番盆地降水随着海拔的升高降水量增多，平原地区降水不存在突变，山区在80年代中期存在增多突变。
基金项目
中亚大气科学研究基金资助项目(CASS201721)。