1. 引言
在气候变暖背景下，全球大部分地区降水呈现极端化趋势，自20世纪中叶以来中高纬度陆地区域极端降水事件明显增加，特别是对气候变化敏感和生态环境脆弱的干旱、半干旱地区，极端强降水引发的洪涝、山体滑坡、泥石流等次生地质灾害，破坏当地赖以生存的生态环境，给区域生态环境和人类生产生活带来不利影响[1]-[3]。
近年来，国内外众多学者着眼于不同地区降水、极端降水事件、极端降水个例，并对其时空变化特征、长期变化趋势等开展了大量研究，得出了很多有价值的结论。施雅风[4]等人利用西北地区气象资料研究了西北地区气候由暖干向暖湿转型的信号、影响和前景；史玉光、袁玉江、薛燕、毛炜峄、吴秀兰等[5]-[10]对近40~50a新疆降水的研究指出：新疆降水变化的总趋势是增湿明显，平均增幅为0.67 mm/10a，后10a与前30a相比降水增加。李佳秀等[11]分析表明，除持续干燥指数外，北疆大部分站点极端降水指数变化率大于南疆。努尔比亚·吐尼牙孜等[12]利用塔里木盆地44个气象观测站1960~2021年逐日降水量资料，选取世界气象组织(WMO)推荐的10个极端降水指数，分析表明极端降水指数存在明显的年际波动和年代振荡，20世纪80~90年代各极端降水指数均经历了“少–多”的变化(持续干期相反)。
塔城地区位于新疆西北部，是新疆乃至全国天气的上游，地形复杂多样，地势南高北低，是生态环境脆弱带、气候变化脆弱区和敏感地带。自然降水是农牧业灌溉的主要水源，但降水量时空分布极不均匀,已成为制约当地农牧业生产和经济发展的瓶颈。近年来众多气象工作者对这一区域诸如积雪[13]、日照[14]、雷暴[15]、大风[16]、冻土[17]、高温[18]、干旱[19]、冷季降水[20]。
2. 资料与方法
2.1. 资料
使用新疆气象局信息中心提供的资料记录完整、连续、空间分布均匀的塔城地区7个国家级基准、基本气象观测站(包括：塔城、额敏、裕民、托里、和丰、乌苏、沙湾)近64a (1960~2023年)汛期(5~9月)逐日、月、年降水量实况资料(未经查补延长处理)。将7站平均作为区域平均，气候平均值时段为1960~2023年。
2.2. 方法
选取世界气象组织(WMO)气候学委员会公布的11个极端降水指数(含极值指数、绝对指数、相对指数)，并结合文献[3]，给出极端降水指数定义(见表1)，探讨近64a塔城地区汛期极端降水指数的气候统计特征、时空分布特征及年变化特征。
在统计分析时，利用站点1960~2023年汛期(5~9月)逐日、月、年降水量实况资料，得到塔城地区近64a共11个极端降水指数随时间变化序列，统计、计算、分析塔城地区及各站汛期极端降水指数的气候统计特征、时空分布特征、年代际变化特征；使用距平法统计分析塔城地区、各站极端降水指数的年际变化特征。
Table 1. Definition of extreme precipitation index
表1. 极端降水指数定义
类型 |
代码 |
名称 |
定义 |
单位 |
极值指数 |
RX1day |
最大1 d降水量 |
每月最大1 d降水量 |
mm |
RX5day |
最大5 d降水量 |
每月最大5 d降水量 |
mm |
绝对指数 |
SDII |
降水强度 |
日降水量R ≥ 1.0 mm的累计降水量与降水日数的比值 |
mm·d−1 |
R10 |
中雨日数 |
日降水量R ≥ 10.0 mm的日数 |
d |
|
R20 |
大雨日数 |
日降水量R ≥ 20.0 mm的日数 |
d |
R50 |
暴雨日数 |
日降水量R ≥ 50.0 mm的日数 |
d |
CDD |
连续干旱日数 |
日降水量R < 1.0 mm的最大连续日数 |
d |
CWD |
连续湿日 |
日降水量R ≥ 1.0 mm的最大连续日数 |
d |
相对指数 |
R95P |
强降水量 |
日降水量大于基准期内第95%分位值的降水量 |
mm |
R99P |
极强降水量 |
日降水量大于基准期内第99%分位值的降水量 |
mm |
PRCPFOT |
汛期降水量 |
5~9月日降水量之和 |
mm |
3. 结果与分析
3.1. 塔城地区汛期极端降水指数的气候统计特征
3.1.1. 极值指数气候统计特征
1) 极值指数时空分布特征
Table 2. Climatic statistical characteristics of extreme precipitation indices in the flood season in Tacheng area
表2. 塔城地区汛期极值指数气候统计特征
|
塔城 |
额敏 |
裕民 |
托里 |
和丰 |
乌苏 |
沙湾 |
RX1day |
降水量(mm) |
64.6 |
44.4 |
35.5 |
54.8 |
61.5 |
44.1 |
36.0 |
出现时间 |
2015-09-21 |
1996-05-28 |
1979-06-11 |
2011-06-29 |
2007-07-17 |
1998-05-19 |
1987-06-09 |
RX5day |
降水量(mm) |
108.6 |
87.5 |
73.4 |
82.1 |
112.2 |
89.6 |
73.5 |
出现时间 |
1966 |
1988 |
1960 |
2016 |
2007 |
2016 |
1999 |
由表2可知，近64a塔城地区汛期极值指数中每月最大1 d降水量(RX1day)最大值64.6 mm (2015年9月21日，塔城)，次大值61.5 mm (2007年7月17日，和丰)，其后依次为54.8 mm (2011年6月29日，托里)、44.4 mm (1996年5月28日，额敏)、44.1 mm (1998年5月19日，乌苏)、36.0 mm (1987年6月9日，沙湾)、35.5 mm (1979年6月11日，裕民)。每月最大5 d降水量(RX5day)最大值112.2 mm (2007年，和丰)，次大值108.6 mm (1966年，塔城)，其后依次为89.6 mm (2016年，乌苏)、87.5 mm (1988年，额敏)、82.1 mm (2016年，托里)、73.5 mm (1999年，沙湾)、73.4 mm (1960年，裕民)。
2) 极值指数年际变化特征
由图1(a)、图1(b)可知，RX1day年际变化表现为负距平34年，正距平30年，其中最大正距平34.6 mm (2015年)，最小负距平−15.0 mm (1980年)。1960~1964年连续5年负距平(最小−8.7 mm，1963年)，1968~1970年连续3年正距平(最大14.6 mm，1970年)，之后正负距平以1年或2年为间隔周期交替出现，期间于1980年出现近64a最小负距平(−15.0 mm)，1984~1986年连续3年负距平(最小−12.2 mm，1984年)，1987~1989年连续3年正距平(最大6.8 mm，1989年)，1990~1995年连续6年负距平(最小−11.3 mm，1994年)，2002~2004年连续3年正距平(最大3.3 mm，2003年)，2015~2019年连续5年正距平，期间于2015年出现近64a最大值34.6 mm。
RX5day年际变化表现为负距平35年，正距平29年，其中最大正距平53.8 mm (2007年)，最小负距平−34.7 mm (1974年)。1961~1964年连续4年负距平(最小−15.1 mm，1963年)，1974~1976年连续3年负距平，期间于1974年出现近64a最小负距平−34.7 mm，1978~1982年连续5年负距平(最小−20.7 mm，1980年)，1984~1986年连续3年负距平(最小−21.9 mm，1985年)，1987~1990年连续4年正距平(最大29.1 mm，1988年)，2002~2005年连续5年正距平(最大12.5 mm，2005年)，之后正负距平以1年或2年为间隔周期交替出现，期间于2007年出现近64a最大正距平53.8 mm，2017~2019年连续3年负距平(最小−3.5 mm，2017年)。
3) 极值指数年代际变化特征
由图1(c)、图1(d)可知，RX1day年代际变化呈“多–少–少–多–多–多”的交替演变，21世纪初年最多，其后依次为1960年代、2000年代、1970年代、1990年代，最少为1980年代。各站RX1day年代际分布各不相同，其中塔城呈“多–少–少–多–少–多”的交替演变，1960年代最多，2000年代最少；额敏呈“多–少–多–多–少–多”的交替演变，21世纪初年最多，1970年代最少；裕民呈“少–多–少–少–多–多”的交替演变，1970年代最多，1990年代最少；托里呈“多–少–多–少–多–多”的交替演变，21世纪初年最多，1990年代最少；和丰呈“多–少–少–少–多–多”的交替演变，1960年代最多，1990年代最少；乌苏呈“少–多–多–多–少–多”的交替演变，1990年代最多，1960年代最少；沙湾呈“少–多–多–多–多–多”的交替演变，21世纪初年最多，1980年代最少。塔城地区RX5day年代际变化呈“多–少–多–多–多–少”的交替演变，2000年代最多，其后依次为21世纪初年、1960年代、1990年代、1980年代，1970年代最少。各站RX5day年代际分布差异较大，依据其演变特点可将其划分为6种类型，I型包括乌苏、沙湾，年代际分布呈“多–少–多–多–少–多”的交替演变，1990年代最多，1970年代最少；II型包括塔城，年代际分布呈“多–少–少–多–少–多”的交替演变，21世纪初年最多，2000年代最少；III型包括额敏，年代际分布呈“多–少–多–少–少–多”的交替演变，21世纪初年最多，1970年代最少；IV型包括裕民，年代际分布呈“多–少–多–少–多–多”的交替演变，21世纪初年最多，1990年代最少；V型包括托里，年代际分布呈“多–少–多–多–多–少”的交替演变，2000年代最多，1970年代最少；VI型包括和丰，年代际分布呈“多–少–多–少–多–少”的交替演变，1960年代最多，1970年代最少。
综上所述，塔城地区极值指数空间分布总体呈自北向南逐渐减少的趋势，其中RX1day最大值出现在塔城，次大值出现在和丰，RX5day最大值出现在和丰，次大值出现在塔城，最小值均出现在裕民；塔城地区及各站汛期极值指数年际变化整体均以负距平为主，且正负距平差异较大，年际波动明显；RX1day年代际变化呈“多–少–少–多–多–多”的交替演变，21世纪初年最多，1980年代最少，RX5day年代际变化呈“多–少–多–多–多–少”的交替演变，2000年代最多，1970年代最少，均在20世纪1990年代~2000年代呈“多–多”的演变。
(a) RX1day年际变化 (b) RX5day年际变化
(c) RX1day年代际变化 (d) RX5day年代际变化
Figure 1. (a~d) The inter-annual and inter-decadal variations of extreme value index in the flood season in the Tacheng
图1. (a~d) 塔城地区汛期极值指数年际、年代际变化
3.1.2. 绝对指数气候统计特征
Table 3. Spatial-temporal distribution of absolute index in the Tacheng area
表3. 塔城地区绝对指数时空分布
绝对指数 |
平均值 |
最大(长) |
最小(短) |
极差 |
SDII (mm·d−1) |
23.0 |
34.1 (2017年) |
16.9 (1997年) |
17.2 |
R10 (d) |
41 |
83 (2016年) |
15 (2022年) |
68 |
R20 (d) |
13 |
32 (2016年) |
2 (1974年) |
30 |
R50 (d) |
1.7 |
8 (2015年) |
1 |
7 |
CDD (d) |
9.5 |
13 (2020年) |
7 |
6 |
CWD (d) |
12.5 |
13 (1972年) |
6 (1974年) |
7 |
1) 绝对指数时空分布特征
降水强度(SDII)反映了平均降水情况，统计分析表明(见表3)，近64a塔城地区SDII平均为23.0 mm·d−1，最大34.1 mm·d−1 (2017年)，最小16.9 mm·d−1 (1997年)，极差为17.2 mm·d−1，说明塔城地区汛期有效降水事件的降水量波动较大；各站SDII在20.9~25.0 mm·d−1，差异较大，其中最大值58.5 mm·d−1 (1979年，裕民)，其后依次为46.4 mm·d−1 (2015年，额敏)、42.9 mm·d−1 (2015年，塔城)、37.8 mm·d−1 (1999年，沙湾)、35.9 mm·d−1 (2015年，和丰)、34.5 mm·d−1 (2016年，托里)、34.0 mm·d−1 (2020年，乌苏)。
中雨日数(R10)平均为41 d，最多83 d (2016年)，最少15 d (2022年)，极差68 d；各站平均在4~8.8 d，托里最多21 d (2016年)，其后依次为16 d (1993、2013年，塔城)、16 d (2016年，裕民)、15 d (2013年，额敏)、12 d (2007年，和丰)、11 d (1988年，乌苏)、11 d (1988、1999年，沙湾)，各站最少1~3 d，个别年份未出现。
大雨日数(R20)平均13 d，最多32 d (2016年)，最少2 d (1974年)，极差30 d；各站平均1~3 d，塔城、裕民最多8 d (2013年、2015年)，其次为额敏最多7 d (2013年)，托里、和丰、乌苏、沙湾均为6 d，各地最少均为1 d，很多年份未出现。
暴雨日数(R50)平均为1.7 d，最多8 d (2015年)，最少1 d (共16年)，极差7 d，22年未出现；各站平均0.1~0.6 d，塔城最多2 d (1966、1998年)，最少1 d (共出现11年)，51年未出现；额敏最多2 d (2003、2015年)，最少1 d (共出现10年)，52年未出现；裕民最多1 d (共出现10年)，54年未出现；托里最多4 d (2011、2015年)，最少1 d (共出现4年)，58年未出现；和丰最多2 d (1989年)，最少1 d (共出现12年)，51年未出现；乌苏最多2 d (1961、2016年)，最少1 d (共出现5年)，58年未出现；沙湾最多1 d (共出现9年)，55年未出现。表明暴雨属小概率事件，出现频率较少。
连续干旱日数(CDD)平均为9.5 d，最长连续13 d (2020年)，最短7 d (共4年)，极差6 d；各站平均在6.4~7.9 d，最多13 d (托里，2020年)，其后依次为12 d (1979年，裕民)、12 d (1971年，和丰)，塔城(2007年)、额敏(1973年)、乌苏(2020年)、沙湾(1973年)最长均为11 d，各站最短连续日数基本在3~5 d。
连续湿日(CWD)平均为12.5 d，最长13 d (1972年)，最短6 d (1974年)，极差7 d。各站平均在7.9~11.7 d，其中最多19 d (1972年，托里)，其后依次为17 d (2013年，塔城)，14 d，13 d，除托里、和丰最短连续日数为5 d外，其余均为4 d。
2) 绝对指数年际变化特征
塔城地区SDII年际变化表现为负距平34年，正距平30年，最大正距平11.1 mm·d−1 (2016年)，最小负距平−6.1 mm·d−1 (1997年)。1960~1965年正负距平以1年或2年为间隔周期交替出现，期间最大正距平2.2 mm·d−1 (1961年)，最小负距平−6.0 mm·d−1 (1962年)，变化平稳，波动小，1966~1970年连续5年正距平(最大3.6 mm·d−1，1970年)，1974~1978年连续5年负距平(最小−3.9 mm·d−1，1978年)，1980~1982年连续3年负距平(最小−3.7 mm·d−1，1982年)，1984~1986年连续3年负距平(最小−3.8 mm·d−1，1984年)，1989~1991年连续3年负距平(最小−4.1 mm·d−1，1990年)，1992~2014年正负距平以1年或2年为间隔周期交替出现，期间出现12年负距平、10年正距平，1年距平为0，振荡明显，1997年出现近64a最小负距平−6.1 mm·d−1，2015~2018年连续4年正距平，期间于2016年出现近64a最大正距平11.1 mm·d−1，2020~2023年连续4年负距平(最小−5.1 mm·d−1，2023年)。
R10年际变化表现为35年负距平(最小−26 d，2022年)，29年正距平(最大42 d，2016年)，正负距平以1年、2年、3年为周期交替出现，其中1974~1982年连续9年负距平(最小−22 d)，2001~2005年、2015~2019年连续5年正距平，期间出现最大正距平42 d (2016年)，年际振荡剧烈。
R20年际变化表现为34年负距平(最小−11 d，1974年)，30年正距平(最大11 d，2013、2019年)，正负距平以1年或2年为周期交替出现，其中1962~1965年连续4年负距平(最小−8 d，1962年)，1978~1982年连续5年负距平(最小−8 d，1980年)，期间出现最大正距平42 d (2016年)，最长连续2年正距平(11 d，2019年)，其中1977、2004、2011、2016、2020年距平值为0，表明大雨日数(R20)与历年持平。
R50年际变化表现为38年负距平(最小−2 d，22年)，26年正距平(最大6 d，2015年)，正负距平以1年或2年为周期交替出现，其中1962~1965年、1973~1976年、1978~1981年、1984~1987年、1994~1997年连续4年负距平(最小−2 d)；1968~1970年、2015~2017年连续3年正距平，期间于2015年出现最大正距平6 d，其中1960、1966、1989、2002、2005、2021年距平值为0，表明暴雨日数(R50)与历年持平。
CDD年际变化表现为45年负距平(最小−3 d，1974、2004、2008、2017年)，21年正距平(最大3 d，2020年)，负距平次数远多于正距平，一般至少连续两年负距平之后出现1年正距平，其中1963~1970年连续8年负距平(最小−2 d，4年)，1974~1978年连续5年负距平(最小−3 d，1974年)，1985~1987年连续3年负距平(最小−2 d，3年)、1997~2000年连续4年负距平(最小−2 d，3年)、2002~2004年连续3年负距平(最小−3 d，2004年)，2008~2014年连续7年负距平(最小−3 d，2008年)、2016~2019年连续4年负距平(最小−3 d，2017年)；连续正距平仅1993~1994年出现1次(最大1 d，2年)，其中1972、1983、1984、1988、1990、1996、2001、2006、2015年距平值为0，表明连续干旱日数(CDD)与历年持平。
CWD年际变化表现为正负距平各出现32年(最大6 d，1972年)，(最小−6 d，1974年)，正负距平以1年或2年为周期交替出现，其中1963~1965年连续3年正距平(最大3 d，1964年)，1966~1968年连续3年负距平(最小−2 d，1968年)，1969~1974年正负距平以1~2年为周期交替出现，期间于1972年出现近64 a最大正距平，间隔1年后于1974年出现最小负距平，1974~1981年连续8年负距平，1986~1988年连续3年正距平，其后正负距平以2年为周期交替出现，2006~2010年连续5年负距平，2020~2022年连续3年负距平；共11年距平值为0，表明连续连续湿日(CWD)与历年持平。
3) 绝对指数年代际变化特征
由图2(a)~(f)可知，塔城地区SDII年代际变化呈“多–少–少–多–多–多”的交替演变，21世纪初年最多，其后依次为1960年代、1970年代、2000年代、1990年代，1980年代最少；各站SDII年代际分布各不相同，其中塔城呈“少–多–多–少–少–多”的交替演变，21世纪初年最多，2000年代最少；额敏呈“多–少–多–少–多–多”的交替演变，21世纪初年最多，1970年代最少；裕民呈“少–多–少–少–多–多”的交替演变，21世纪初年最多，1990年代最少；托里呈“少–多–多–少–多–多”的交替演变，21世纪初年最多，1990年代最少；和丰呈“多–少–少–少–多–多”的交替演变，21世纪初年最多，1990年代最少；乌苏呈“少–多–少–多–少–少”的交替演变，1970和1990年代最多，21世纪初年最少；沙湾呈“多–少–少–多–多–多”的交替演变，21世纪初年最多，1980年代最少。
(a) SDII (b) R10
(c) R20 (d) R50
(e) CDD (f) CWD
Figure 2. (a~f) Spatial-temporal distribution of absolute index in the Tacheng area
图2. (a~f) 塔城地区绝对指数年代际变化特征
R10年代际变化呈“多–少–多–多–多–多”的交替演变，21世纪初年最多，其后依次为2000年代、1970年代、1960年代、1980年代，1970年代最少；各站R10年代际分布各不相同，其中塔城呈“少–多–多–多–少–多”的交替演变，21世纪初年最多，1960年代最少；额敏和裕民呈“多–少–多–少–多–多”的交替演变，21世纪初年最多，1970年代最少；托里呈“少–多–少–多–多–多”的交替演变，21世纪初年最多，1980年代最少；和丰呈“多–少–多–多–多–多”的交替演变，21世纪初年最多，1970年代最少；乌苏呈“多–少–多–少–多–少”的交替演变，1980年代最多，21世纪初年最少；沙湾呈“多–少–多–多–少–多”的交替演变，21世纪初年最多，1970年代最少。
R20年代际变化呈“多–少–多–多–少–多”的交替演变，21世纪初年最多，其后依次为1960年代、1990年代、1980年代、2000年代，最少为1970年代；各站R20年代际分布各不相同，其中塔城呈“少–多–多–多–少–多”的交替演变，21世纪初年最多，2000年代最少；额敏呈“多–少–多–少–少–多”的交替演变，21世纪初年最多，1970年代最少；裕民呈“多–多–多–少–多–多”的交替演变，21世纪初年最多，1990年代最少；托里呈“多–少–少–少–多–多”的交替演变，21世纪初年和2000年代最多，1990年代最少；和丰呈“多–少–少–多–多–多”的交替演变，21世纪初年、2000年代和1960年代最多，1980年代最少；乌苏呈“少–少–多–多–少–少”的交替演变，1990年代最多，1960年代和1970年代最少；沙湾呈“少–多–多–多–少–多”的交替演变，21世纪初年最多，2000年代最少。
R50年代际变化呈“多–少–多–少–多–多”的交替演变，21世纪初年最多，其后依次为1960和2000年代、1970和1980年代，最少为1990年代；各站R50年代际分布各不相同，其中塔城呈“多–多–少–多–少–多”的交替演变，1990年代最多，2000年代最少；额敏呈“少–少–多–多–多–多”的交替演变，21世纪初年最多，1960和1970年代最少；裕民呈“少–多–少–少–少–多”的交替演变，21世纪初年和1970年代最多，1990年代和2000年代最少；托里呈“少–多–少–多–多–多”的交替演变，21世纪初年最多，1980年代最少；和丰呈“多–少–多–少–少–多”的交替演变，1960年代最多，1990和2000年代最少；乌苏呈“多–少–多–多–少–多”的交替演变，1990年代和21世纪初年最多，1970和2000年代最少；沙湾呈“少–多–多–多–多–多”的交替演变，1980、1990、2000年代和21世纪初年最多，1960年代最少。
CDD年代际变化呈“少–多–少–少–多–多”的交替演变，1970年代最多，其后依次为1960、1980、1990、2000年代，21世纪初年最少；各站CDD年代际分布各不相同，其中塔城呈“多–少–多–少–多–少”的交替演变，2000年代最多，21世纪初年最少；额敏呈“少–多–多–少–多–多”的交替演变，1970、1980年代最多，1990年代最少；裕民呈“少–多–少–少–少–少”的交替演变，1970年代最多，1980、1990、2000年代和21世纪初年最少；托里及和丰呈“少–多–多–多–多–少”的交替演变，其中托里1970、1980、1990、2000年代最多，1960年代和21世纪初年最少，和丰1970年代最多，1980年代和21世纪初年最少；乌苏呈“多–多–少–少–少–多”的交替演变，1960、1970年代最多，2000年代最少；沙湾呈“少–多–少–多–少–少”的交替演变，1970年代最多，1980年代最少。
CWD年代际变化呈“少–多–少–多–少–多”的交替演变，1970年代最多，其后依次为1960和21世纪初年、1990年代、1980年代，最少为2000年代。各站CWD年代际分布各不相同，其中塔城呈“多–少–多–少–多–多”的交替演变，21世纪初年最多，1970年代最少；额敏呈“多–少–多–少–多–多”的交替演变，1960、1980、2000年代和21世纪初年最多，1990年代最少；裕民呈“少–少–多–少–多–少”的交替演变，1980年代最多，21世纪初年最少；托里呈“少–多–少–多–少–少”的交替演变，1970年代最多，2000年代和21世纪初年最少；和丰呈“少–多–少–少–多–少”的交替演变，1970、2000年代最多，1990年代最少；乌苏呈“多–多–少–多–少–多”的交替演变，1960、1970、1990年代最多，2000年代最少；沙湾呈“多–少–少–多–少–少”的交替演变，1960年代最多，2000年代和21世纪初年最少。
综上所述，塔城地区汛期各绝对指数年际波动明显，表现为前期振荡小，变化平稳，中期振荡加剧，后期振荡剧烈的特点；年代际振荡明显，其中R10和R20在20世纪1980~1990年代经历了“多–多”的变化，SDII和CWD在20世纪1980~1990年代经历了“少–多”的变化，R50和CDD在20世纪1990~2000年代~21世纪初年经历了“少–多–多”的变化。
3.1.3. 相对指数气候统计特征
1) 相对指数时空分布特征
由表4可知，塔城地区强降水量(R95P)极大值148.8 mm (2016年)，极小值29.5 mm (2022年)，极差119.3 mm，极比5.0 mm；7站极大值230.2 mm (2016年，托里)，其后依次为222.4 mm (2013年，塔城)、200.2 mm (2016年，裕民)、189.7 mm (1999年，乌苏)、186.8 mm (2007年，和丰)、185.4 mm (2013年，额敏)、155.94 mm (2016年，沙湾)。从极大值出现时间来看，仅乌苏出现于1999年，其余各站出现于2007~2016年；7站极差144.6~220.1 mm，其中托里最大，塔城次之，其后依次为裕民、乌苏、额敏、和丰，沙湾最小；7站极比在10.9~19.5 mm，其中裕民最大，托里次之，其后依次为乌苏、塔城、沙湾、额敏，和丰最小。
Table 4. Statistical characteristics of relative climate indices for the flood season in the Tacheng area
表4. 塔城地区汛期相对指数气候统计特征
|
塔城 |
额敏 |
裕民 |
托里 |
和丰 |
乌苏 |
沙湾 |
全区 |
相对
指数 |
R95P |
极大mm (时间) |
222.4 (2013) |
185.4 (2013) |
200.2 (2016) |
230.2 (2016) |
186.8 (2007) |
189.7 (1999) |
155.9 (1999) |
148.8 (2013) |
极少(时间) |
11.4 (1974) |
14.5 (1990) |
4.6 (1999) |
10.1 (1990) |
17.1 (2006) |
9.2 (1965) |
11.3 (1976) |
29.5 (2022) |
极差 |
211.0 |
170.9 |
195.6 |
220.1 |
169.7 |
180.5 |
144.6 |
119.3 |
极比 |
19.5 |
12.8 |
43.5 |
22.8 |
10.9 |
20.6 |
13.8 |
5.0 |
R99P |
极大(时间) |
222.4 (2013) |
185.4 (2013) |
200.2 (2016) |
230.2 (2016) |
186.8 (2007) |
149.4 (2016) |
160.7 (1999) |
152.8 (2016) |
极少(时间) |
11.4 (1974) |
22.6 (1974) |
4.6 (1999) |
16.4 (1997) |
17.1 (2006) |
9.8 (1980) |
11.3 (1976) |
29.5 (2022) |
极差 |
211.0 |
162.8 |
195.6 |
213.8 |
169.7 |
139.6 |
149.4 |
123.3 |
极比 |
19.5 |
8.2 |
43.5 |
14.0 |
10.9 |
15.2 |
14.2 |
5.2 |
PRCPFOT |
极大(时间) |
268.7 (2013) |
234.0 (1992) |
249.6 (2016) |
311.4 (2016) |
257.0 (2007) |
212.3 (1999) |
194.4 (1999) |
208.2 (2016) |
极少(时间) |
32.7 (1974) |
38.9 (1974) |
37.0 (1974) |
55.1 (1997) |
48.3 (2006) |
28.6 (1980) |
36.8 (1968) |
54.1 (1974) |
极差 |
236.0 |
195.1 |
212.6 |
256.3 |
208.7 |
183.7 |
157.6 |
154.1 |
极比 |
8.2 |
6.0 |
6.7 |
5.7 |
5.3 |
7.4 |
5.3 |
3.9 |
极强降水量(R99P)极大值152.8 mm (2016年)，极小值29.5 mm (2022年)，极差123.3 m，极比5.2 mm；7站极大值230.2 mm (2016年，托里)，其后依次为222.4 mm (2013年，塔城)、200.2 mm (2016年，裕民)、186.8 mm (2007年，和丰)、185.4 mm (2013年，额敏)、160.7 mm (1999年，乌苏)、149.4 mm (2016年，沙湾)。从极大值出现时间来看，仅乌苏出现于1999年，其余各站出现于2007~2016年；7站极差在139.6~213.8 mm，其中托里最大，塔城次之，其后依次为裕民、和丰、额敏、乌苏，沙湾最小；7站极比在8.2~19.5 mm，其中裕民最大，塔城次之，其后依次为乌苏、沙湾、托里、和丰，额敏最小。
汛期降水量(PRCPFOT)极大值208.2 mm (2016年)，极小值54.1 mm (1974年)，极差154.1 mm，极比3.9 mm；7站极大值311.4 mm (2016年，托里)，其后依次为268.7 mm (2013年，塔城)、257.0 mm (2007年，和丰)、249.6 mm (2016年，裕民)、234.0 mm (1992年，额敏)、212.3 mm (1999年，乌苏)、194.4 mm (1999年，沙湾)。从极大值出现时间来看，仅额敏、乌苏、沙湾出现于1990年代，其余各站出现于2007~2016年；7站极差在183.7~256.3 mm，其中托里最大，塔城次之，其后依次为裕民、和丰、额敏、乌苏，沙湾最小；7站极比在5.3~8.2 mm，其中塔城最大，乌苏次之，其后依次为裕民、额敏、托里，和丰及沙湾最小。
2) 相对指数年际变化特征
从图3(a)可以看出，R95P年际变化表现为33年负距平(最小−43.1 mm，2022年)，31年正距平(最大76.2 mm，2016年)，1960~1973年以间隔2年为周期正负距平交替出现，期间最大正距平43.2 mm (1960年)，最小负距平−35.0 mm (1962年)；1974~1982年连续9年负距平(最小−41.1 mm，1974年)，之后继续以间隔2年为周期正负距平交替出现；1989~1991年连续3年负距平(最小−27.8 mm，1991年)；2001~2005年连续5年正距平(最大21.9 mm，2001年)，2015~2019年连续5年正距平期间于2016年出现近64a最大正距平76.2 mm，2020~2023年连续4年负距平期间于2022年出现近64a最小负距平−43.1 mm。
R99P年际变化表现为35年负距平(最小−44.3 mm，2022年)，29年正距平(最大79.0 mm，2016年)，1960~1973年正负距平以2年为间隔周期交替出现，期间于1960年出现最大正距平44.1 mm，1962年出现最小负距平−40.4 mm；1974~1982年连续9年负距平(最小−42.2 mm，1974年)，之后正负距平继续以2年为间隔周期交替出现；1984~1986年连续3年负距平(最小−24.5 mm，1985年)，之后连续2年正距平(最大47.6 mm，1988年)；1989~1991年连续3年负距平(最小−28.0 mm，1991年)，1991年之后正负距平继续以1~2年为间隔周期交替出现；2015~2019年连续5年正距平期间于2016年出现近64a最大正距平79.0 mm，2020~2023年连续4年负距平期间于2022年出现近64a最小负距平−44.3 mm。
PRCPFOT年际变化表现为35年负距平(最小−64.7 mm，1974年)，29年正距平(最大89.4 mm，2016年)，1973年之前正负距平以1~2年为间隔周期交替出现，最大正距平64.0 mm (1960年)，最小负距平−49.7 mm (1962年)，1974~1982年连续9年负距平，并于1974年出现近64 a最小负距平−64.7 mm，此期降水偏少，主要以干旱少雨为主；1983年为正距平(37.6 mm)，1984~1986年连续3年负距平(最小−26.0 mm，1985年)，之后连续2年正距平(最大73.4 mm，1988年)，1989~1991年连续3年负距平(最小−40.7 mm，1991年)，之后正负距平以1~2年为间隔周期交替出现；2001~2005连续5年正距平(最大18.4 mm，2003年)；2008~2010连续3年负距平(最小−24.1 mm，2008年)，之后正负距平继续以1年为间隔周期交替出现，2015~2019年连续5年正距平，期间于2016年出现近64a最大值89.4 mm，降水以偏多为主，2020~2023年连续4年负距平(最小值−61.3 mm，2022年)。
(a) 相对指数年际变化 (b) R95P年代际变化
(c) R99P年代际变化 (d) PRCPFOT年代际变化
Figure 3. (a~d) The inter-annual and inter-decadal variations of the relative index during the flood season in the Tache area
图3. (a~d) 塔城地区汛期相对指数年际、年代际变化
3) 相对指数年代际变化特征
由图3(b)~(d)可知，R95P年代际变化呈“多–少–多–多–少–多”的交替演变，21世纪初年最多，其后依次为1990年代、2000年代、1960年代、1980年代，最少为1970年代；各站R95P年代际分布各不相同，依据其演变特点可将其划分为4种类型，I型包括塔城、额敏、沙湾年代际分布呈“多–少–多–多–少–多”的交替演变，其中塔城21世纪初年最多，2000年代最少，额敏21世纪初年最多，1970年代最少，沙湾21世纪初年最多，1970年代最少；II型包括裕民、和丰年代际分布呈“多–少–多–少–多–多”的交替演变，均以21世纪初年最多，1970年代最少；III包括托里年代际分布呈“少–多–少–多–多–多”的交替演变，21世纪初年最多，1980年代最少；IV包括乌苏年代际分布呈“多–少–多–多–少–少”的交替演变，1990年代最多，1970年代最少。
R99P年代际变化呈“多–少–多–多–少–多”的交替演变，21世纪初年最多，其后依次为1990年代、1960年代、2000年代、1980年代，最少为1970年代；各站R99P年代际分布各不相同，依据其演变特点可将其划分为4种类型，I型包括塔城、额敏、沙湾，年代际分布呈“多–少–多–多–少–多”的交替演变，其中塔城21世纪初年最多，2000年代最少，额敏21世纪初年最多，1970年代最少，沙湾21世纪初年最多，1970年代最少；II型包括裕民、和丰年代际分布呈“多–少–多–少–多–多”的交替演变，其中裕民以21世纪初年最多，1970年代最少，和丰以21世纪初年最多，1970年代最少；III包括托里年代际分布呈“少–多–少–多–多–多”的交替演变，21世纪初年最多，1980年代最少；IV包括乌苏年代际分布呈“多–少–多–多–少–少”的交替演变，21世纪初年最少。
PRCPFOT年代际变化呈“多–少–多–多–少–多”的交替演变，21世纪初年最多，其后依次为1990年代、1960年代、2000年代、1980年代，最少为1970年代；各站PRCPFOT年代际分布各不相同，依据其演变特点可将其划分为4种类型，I型包括塔城、乌苏、沙湾，年代际分布呈“多–少–多–多–少–多”的交替演变，其中塔城21世纪初年最多，2000年代最少，乌苏1990年代最多，1970年代最少，沙湾21世纪初年最多，1970年代最少；II型包括裕民、和丰年代际分布呈“多–少–多–少–多–多”的交替演变，其中裕民21世纪初年最多，1970年代最少，和丰以21世纪初年最多，1970年代最少；III包括托里年代际分布呈“多–少–少–多–多–多”的交替演变，21世纪初年最多，1980年代最少；IV包括额敏年代际分布呈“多–少–多–多–少–多”的交替演变，21世纪初年最多，1970年代最少。
综上所述，塔城地区各相对指数空间分布总体呈自北向南逐渐减少的趋势，极大值均出现在托里，极小值均出现在沙湾；年际变化均表现为以负距平为主，存在明显的年际波动，其中1960~1974年以正距平为主，变化较为平稳，1974~2000年以负距平为主，2001~2019年以正距平为主，波动起伏均较大，2020~2023年以负距平为主，变化趋于平稳；各相对指数年代际振荡明显，均以21世纪初年最多，1970年代最少，且均经历了“多–少–多–多–少–多”的交替演变。
4. 结论
1) 近64a塔城地区各极端降水指数空间分布均表现为自北向南逐渐减小趋势，其中极值指数中RX1day最大值为64.6 mm (2015年9月21日，塔城)，次大值61.5 mm (2007年7月17日，和丰)，最小值35.5 mm (1979年6月11日，裕民)；RX5day最大值112.2 mm (2007年，和丰)，次大值108.6 mm (1966年，塔城)，最小值73.4 mm (1960年，裕民)。
2) 极值指数年际变化整体以负距平为主，存在明显的年际波动，1960~2000年以负距平为主，期间有短暂的正距平，变化较为平稳，2001~2019年以正距平为主，波动起伏较大；存在明显的年代际振荡，RX1day于21世纪初年出现最大值，RX5day于2000年代出现最大值，均在20世纪90年代~2000年代经历了“多–多”的变化。
3) 塔城地区绝对指数中SDII平均为23.0 mm·d−1，最大值34.1 mm·d−1 (2017年)，最小值16.9 mm·d−1 (1997年)，极差17.2 mm·d−1，说明塔城地区汛期有效降水事件的降水量波动较大；R10平均41 d，最多83 d (2016年)，最少15 d (2022年)，极差68 d；R20平均13天，最多32 d (2016年)，最少2 d (1974年)，极差30 d；R50平均1.7天，最多8 d (2015年)，最少值1 d，极差7 d；CDD平均9.5 d，最长连续13 d (2020年)，最短7 d，极差6 d；CWD平均12.5 d，最长13 d (1972年)，最短6 d (1974年)，极差7 d。
4) 塔城地区绝对指数年际变化除CWD正负距平各出现32年外，其余绝对指数均以负距平为主，1960~2014年前基本以负距平为主波动变化不大，2015年后基本以正距平为主，波动幅度较大。
5) 塔城地区绝对指数年代际变化差异较大，SDII、R10、R20、R50均以21世纪初年最多，SDII以1980年代最少，R10和R20以1970年代最少，R50以1990年代最少，CDD和CWD以1970年代最多，CDD以21世纪初年最少，CWD以2000年代最少；年代际振荡明显，其中R10和R20在20世纪1980~1990年代经历了“多–多”的变化，SDII和CWD在20世纪1980~1990年代经历了“少–多”的变化，R50和CDD在20世纪1990年代~2000年代~21世纪初年经历了“少–多–多”的变化。
6) 相对指数中R95P极大值148.8 mm (2016年)，极小值29.5 mm (2022年)，极差119.3 mm，极比5.0 mm；R99P极大值152.8 mm (2016年)，极小值29.5 mm (2022年)，极差123.3 m，极比5.2 mm；PRCPFOT极大值208.2 mm (2016年)，极少值54.1 mm (1974年)，极差154.1 mm，极比3.9 mm。
7) 各相对指数存在明显的年际波动和年代际震荡，年际变化均表现为以负距平为主，1960~1974年以正距平为主，变化较为平稳，1975~2000年以负距平为主，2001~2019年以正距平为主，波动起伏均较大，2020~2023年以负距平为主，变化平稳；各相对指数均以21世纪初年最多，1970年代最少，且均经历了“多–少–多–多–少–多”的交替演变。
基金项目
新疆气象局气象科技创新发展基金项目“塔城地区汛期极端降水指数时空分布特征及其对大气环流因子的响应(MS202307)”和新疆气象局引导性计划项目“塔城地区暖季短时强降水分布特征及成因分析(YD2024006)”共同资助。
NOTES
*通讯作者。