1. 引言
降水是水文循环的重要阶段，降水量受全球变暖、人类活动、地形、位置等因素影响，因此，不同地方的降水量有很大不同，比如，沿海地区降水量比同纬度内陆地区多。低纬度地区因气温高、蒸发量大，大气中水气含量多而降水多。近年来，国内专家学者降水的研究集中在降水时空特征的描述[1]-[7]，曹瑜[2]计算了夏季极端降水指数，分析青藏高原中东部1961~2014年夏季极端降水年代际变化趋势；陈春艳[8]分析了新疆夏季降水的日变化，揭示出新疆夏季降水日变化呈现显著的南、北疆区域差异，得出了新疆夏季降水事件以6 h以内的短历时性质为主的结论；丁亚磊[9]评估了小时和日值降水数据对河南省暴雨日数和暴雨日变化特征的影响；杨歆雨[10]选取福建66个国家气象站逐日降水量资料，构建年极端降水指数，分析灾害的风险概率。
哈密市巴里坤县位于新疆天山山脉东段和东准噶尔断块山系之间，地形地貌复杂，降水差异大，历史上曾出现过极端降水和极度干旱，给当地的经济生活带来严重影响。目前，针对巴里坤县的局地降水的研究不多。为了更好地服务当地的生产生活，为社会生产决策提供科学依据和技术支撑，本文对巴里坤县暖季降水的时间变化规律进行详细的比较和分析，以便更深入地了解降水的气候变化背景。
2. 资料和方法
本文所用资料为经过质量控制的哈密市巴里坤县气象站(以下简称巴里坤县) 1961~2024年暖季(5~9月)降水资料。降水等级参考新疆现行的降水业务标准，分为小雨、中雨、大雨和暴雨，划分标准为：日降水量0.1~6.0 mm为小雨，6.1~12.0 mm为中雨，12.1~24.0 mm为大雨，24.1~48.0 mm为暴雨，大于48.0 mm为大暴雨；降水日数定义为日降水量≥0.1 mm的日数。采用线性回归法对巴里坤不同等级降水变化特征进行分析，用F检验方法对线性趋势进行显著性检验，用Mann-Kendall非参数化统计检验方法明确降水量发生突变的开始时间，指出突变的时间范围。
3. 结果与分析
3.1. 降水日数
3.1.1. 降水日数年际变化
巴里坤县暖季降水日数平均值为37.3 d，暖季年降水日数分布不均，年最多降水日数是最少降水日数的两倍多，降水日数最多为50 d，出现在1973年；最少为24 d，出现在2001年；其中，2015~2024年波动较大。从各级降水日数来看，巴里坤县暖季降水以小雨为主，小雨日数占比为74.9%，其次是中雨日数，占比14.5%，暴雨日数最少，占比为1.8%。由图1可知，巴里坤县暖季降水日数年际变化呈显著减少趋势，平均每10a减少0.7 d，减少趋势通过了α = 0.01的信度检验。分析各级别降水日数可以看出(见图2)，巴里坤县暖季小雨日数呈显著减少趋势，平均每10a减少1.1 d，大雨和暴雨均呈显著增加趋势，平均每10a分别增加0.4 d和0.1 d，中雨无显著变化趋势，其中小雨日数和大雨日数变化趋势通过了α = 0.01的信度检验，暴雨日数的增加趋势通过了α = 0.1的信度检验。
Figure 1. Long-term annual variation in warm-season precipitation days in Balikun
图1. 巴里坤暖季降水日数年变化趋势
Figure 2. Long-term trends in categorized precipitation days during Balikun warm seasons
图2. 巴里坤县暖季各级降水日数年变化趋势
3.1.2. 降水日数月变化
统计分析1961~2024年5~9月暖季逐月降水日数，如图3所示，降水日数呈单峰性变化，7月降水日数最多，为10.4 d；9月降水日数最少，为5.2 d。由表1可知，暖季各月以小雨日数为主，5~7月占比均在75%以上，8~9月小雨日数占比在50%以上；中雨日数8月和9月占比相对较多，分别为20.5%和20.4%，5~7月均在14%左右；大雨日数9月占比最多，为20.7%，5月占比最少，为6.4%；9月暴雨日数占比最多，为4.9%，5月暴雨日数最少，占比0.8%。
Figure 3. Monthly variation of precipitation days during the warm season in Balikun County
图3. 巴里坤县暖季降水日数月变化
Table 1. Monthly precipitation days and percentage by category during the warm season in Balikun County
表1. 巴里坤县暖季各月各级降水量日数和占比
|
5月 |
6月 |
7月 |
8月 |
9月 |
小雨日数d |
4.8 |
6.3 |
7.8 |
1.9 |
1.6 |
小雨占比% |
78.1 |
76.0 |
75.3 |
52.0 |
54.1 |
中雨日数d |
0.9 |
1.2 |
1.4 |
0.7 |
0.6 |
中雨占比% |
14.8 |
14.2 |
13.8 |
20.5 |
20.4 |
大雨日数d |
0.4 |
0.7 |
0.9 |
0.7 |
0.6 |
大雨占比% |
6.4 |
7.9 |
9.1 |
18.3 |
20.7 |
暴雨日数d |
0.0 |
0.2 |
0.2 |
0.3 |
0.1 |
暴雨占比% |
0.8 |
1.9 |
1.8 |
9.2 |
4.9 |
3.2. 降水量
3.2.1. 降水量年变化
1961~2024年暖季降水量年际变化较大，近64a来，暖季平均降水量为168.8 mm，2007年降水量最多，285.6 mm，2022年降水量最少，为56.4 mm，最多降水量为最少降水量的5倍。从图4(a)可以看出，巴里坤县暖季降水量呈显著增加趋势，平均每10a增加7.3 mm，变化趋势通过了α = 0.01的信度检验。用M-K法检测降水量序列的突变，绘制了统计量曲线图(图4(b))，由UF曲线可以看出，暖季降水量增加趋势突变时间为1985年，自2015年至2024年，增加趋势甚至超过了显著性水平0.001临界线，表明降水量增加趋势十分显著。从年际变化来看，巴里坤县暖季降水量的增加趋势和降水日数的减少趋势共存，呈现出相反的年际变化趋势，也表明了因全球变暖导致的降水格局变化，即总降水量波动增加，强降雨集中，干旱期延长。
Figure 4. Interannual variation of warm-season precipitation and Mann-Kendall test in Balikun County. (a) Interannual variation of warm-season precipitation in Balikun County; (b) Mann-Kendall test
图4. 巴里坤县暖季降水量年变化和M-K检验。(a)为巴里坤县暖季降水量年变化，(b)为M-K检验
3.2.2. 降水量的月变化
分析巴里坤县1961~2024年暖季降水量的月变化可知(表2)，7月降水量最多，平均降水量为46.8 mm，占暖季平均降水量的28%；次多为6月和8月，降水量均为36.1 mm，各占暖季平均降水量的26.4%；暖季降水量最少出现在5月，为23.6 mm，占比为14.0%。从气候趋势上看，过去64a，各月降水量均呈增加趋势，和年降水量变化趋势一致。5月和9月降水量变化趋势显著，其中，5月通过α = 0.01的显著性水平检验，9月通过了α = 0.05的显著性水平检验，气候趋势率分别为每10a增加3.0 mm和1.8 mm；6~8月降水量增加趋势不显著。
Table 2. Warm-season precipitation and climate trends in Balikun County
表2. 巴里坤县暖季降水量和气候趋势
|
5月 |
6月 |
7月 |
8月 |
9月 |
降水量mm |
23.6 |
36.1 |
46.8 |
36.1 |
26.1 |
气候趋势mm·10a−1 |
3.0** |
0.2 |
1.0 |
1.4 |
1.8* |
3.3. 降水的连续性
3.3.1. 最长连续降水日数
1961~2024年巴里坤县暖季，最长连续降水日数为9 d，出现在1993年；1963年和1985年最长连续降水日数最短，为2 d。由图5所示，最长连续降水日数年际变化略有减少，变化趋势不显著。从各月来看(见表3)，最长连续降水日数7月出现最多，为9 d；次多出现在6月，为8 d；最少日数出现在9月，为4天。近64a来，每年各月最长连续降水日数出现最多为2 d，次多为3 d。
3.3.2. 最长连续无降水日数
近64a来，巴里坤县暖季波动较大，最多日数为38 d，出现在1988年；最少日数为9天，出现在1961年。最长连续无降水日数年际变化略呈增加趋势，未通过显著性检验(图5)。统计逐年暖季最长连续无降水日数可知，各月均在3 d以上。从各月最长连续无降水日数可知(表3)，9月最多，为38 d；次多出现在5月，为37 d；最少出现在6月，为20 d。
Figure 5. Long-term variation trends of maximum consecutive wet days and dry days in Balikun warm seasons
图5. 巴里坤县暖季最长连续降水日数和连续无降水日数变化趋势
Table 3. Monthly maximum consecutive wet days and dry spells during the warm season in Balikun County
表3. 巴里坤县暖季各月的最长连续降水日数和无降水日数
|
5月 |
6月 |
7月 |
8月 |
9月 |
最长连续降水日数d |
7 |
8 |
9 |
5 |
4 |
最长连续无降水日数d |
37 |
20 |
24 |
26 |
38 |
4. 结论
通过分析1961~2024年巴里坤县暖季降水的变化特征，得出如下结论：
(1) 巴里坤县暖季降水日数分布不均，在24~50 d之间变化，年际变化呈显著减少趋势；小雨日数占比最多，其次是中雨日数，暴雨日数最少。
(2) 巴里坤县暖季降水日数月分布呈单峰性变化，7月降水日数最多，9月降水日数最少；暖季各月以小雨日数为主。
(3) 巴里坤县暖季降水量在56.4~285.6 mm之间，年际变化呈显著增加趋势，突变时间发生在1985年；各月降水量均呈增加趋势，7月降水量最多，5月最少。
(4) 巴里坤县暖季最长连续降水日数在2~9 d之间变化，最长连续无降水日数在9~38 d之间变化。最长连续降水日数7月出现最多，最长无连续降水日数9月最多。