1. 背景介绍
暴雨是重要的降水资源[1]。叶殿秀等[2]发现我国区域性暴雨过程年发生总频数呈微弱增多，较强区域性暴雨过程次数呈明显增加，暴雨期呈显著延长趋势，区域性暴雨过程的覆盖范围和综合强度均呈显著增大趋势。全球陆地干旱区大多变干，而中国西北地区气候呈明显的变湿趋势，降水增加显著[3]。西北干旱区极端降水呈现山区多而平原少的特点，天山山区和新疆北部地区极端降水量呈显著增加趋势[4]。
石河子，位于天山北麓中段，准噶尔盆地南缘，典型的温带大陆性的干旱气候，四季分明，冬季寒冷漫长，夏季炎热干燥，春秋季较短。昼夜温差大，日照充足，降水稀少，蒸发量大[5]。由于生态环境脆弱，新疆的暴雨易引发山洪和滑坡、泥石流等地质灾害，造成巨大的经济损失和人员伤亡[6]本文利用石河子历史降水数据分析研究，得出暴雨强对流天气的时空分布规律、强度、频次特征及长期变化趋势，为后续明确暴雨强对流天气发生机理提供参考。
2. 数据情况
石河子地区下辖4个国家站、28个区域站和10个兵团站。国家站数据跨度长、完整性高，具有强区域代表性；区域站兵团站覆盖范围广，能反映多样地形下的暴雨差异。
观测规范规定标准统计时段：当日20时至次日20时。取用降水量为研究数据，本文暴雨阈值标准：24小时降水量 ≥ 24.1毫米，大暴雨阈值标准：24小时降水量 ≥ 48.1毫米，数据情况如表1所示：
Table 1. Heavy rain data from meteorological stations in the Shihezi region
表1. 石河子地区气象站点暴雨数据情况
站点名称 |
数据统计时段 |
炮台 |
1955年1月~2025年6月 |
莫索湾 |
1959年1月~2025年6月 |
石河子 |
1954年1月~2025年6月 |
乌兰乌苏 |
1964年4月~2025年6月 |
28个区域站 |
2009年4月~2025年6月(4~9月) |
10个兵团站 |
2017年2月~2025年6月(4~9月) |
3. 国家站暴雨天气特征
3.1. 石河子市站和乌兰乌苏站暴雨分布特征
基于1954年1月至2025年6月的长期观测序列，石河子市站和乌兰乌苏站分别出现17次、16次暴雨过程记录，降水量量级均未达到气象学定义上，日降水量不小于48.1 mm的大暴雨标准。
统计结果如图1显示，2站暴雨极值均出现在1999年8月14日，该日20时至次日20时日降水量分别为39.2 mm和39.8 mm，为该站有观测记录以来的最大降水量。乌兰乌苏站2019年7月10~11日为一次降水过程，累计降水量达56.8 mm。
Figure 1. Distribution of heavy rainfall at Shihezi (1954~2025) and Wulanwusu Stations (1964~2025) (unit: mm)
图1. 石河子站(1954年~2025年)、乌兰乌苏站(1964年~2025年)暴雨分布图(单位：mm)
从年际分布趋势来看，1990年后暴雨过程频次显著增长。石河子市站1954~1990年共发生暴雨过程7次，而1991~2025年暴雨频次增加至10次，增加42.9%；乌兰乌苏站1964~1990年暴雨出现5次、2011~2025年发生暴雨6次，1998年、2004年和2016年为石河子市站暴雨相对集中的年份，各出现2次暴雨过程，乌兰乌苏站2004年集中出现暴雨2次。
在季节与月份分布上，暴雨事件的发生概率出现显著的季节分布差异，春季(3~5月)为绝对高发期，2站春季暴雨发生率分别为47%和56.25%，发生在5月的概率分别为29%和37.5%，为最高，夏季(6~8月)分别为35%和37.5%，秋季(9~11月)分别为18%和6.25%。表明该地区暴雨过程契合天山北麓“春汛型暴雨”机制。
石河子市站和乌兰乌苏站纬度相近，受天山北麓与准噶尔盆地气候系统共同影响，暴雨的分布特征具有高度相似性，这一现象进一步佐证暴雨的发生同纬度、地形地貌、地理位置存在密切联系。
3.2. 炮台站、莫索湾站暴雨分布特征
炮台站和莫索湾站均位于石河子垦区的北部，其中，炮台站位于绿洲–沙漠过渡带，莫索湾站地处古尔班通古特沙漠边缘，其特殊的地理位置致使其暴雨天气过程展现出更强的极端性。
如图2，从暴雨发生的频次来看，炮台站和莫索湾站均出现6次暴雨过程，在暴雨量级方面，莫索湾站表现出显著的极端性，出现暴雨量级且达到大暴雨标准的降水过程，日降水量达到49.2 mm，值得注意的是，2004年7月19日~20日期间，两站均出现暴雨天气过程，累计降水量分别为65.1 mm和71.6 mm。两站的暴雨极值分别出现在2004年7月19日和2011年6月19日，降水量分别为33.7 mm和49.2 mm。
Table 2. Heavy rain occurrence at Paotai and Mosuowan stations (Unit: times)
表2. 炮台站、莫索湾站暴雨频次(单位：次)
时间 |
炮台站 |
莫索湾站 |
1955~1990年 |
1 |
1 |
1991~2000年 |
1 |
0 |
2001~2010年 |
3 |
3 |
2011~2025年 |
1 |
2 |
如表2所示，从时间分布阶段来看，2站暴雨过程在2001年后进入活跃期，在2001~2010年间，各出现3次暴雨过程，占暴雨频次的50%，炮台站在1955~1990年、1991~2000年、2011~2025年期间各出现暴雨1次；莫索湾站在1959~1990年期间出现暴雨1次，1991~2000年期间未出现暴雨，2011~2025期间出现2次。
从暴雨的季节与月份分布上看，炮台站暴雨降水过程发生在4月、5月和6月的概率相同，约为16.7%，7月的概率达50%。按季节划分，发生在春季的概率在33.4%，夏季为66.7%；莫索湾站暴雨降水过程发生在5月和6月的概率均为16.7%，7月和8月的概率为33.3%，季节分布上春季发生概率为16.7%，夏季高达83.3%，与沙漠夏季热力对流旺盛的气候特点一致。
Figure 2. Distribution of heavy rainfall at Paotai (1955~2025) and Mosuowan Stations (1959~2025) (unit: mm)
图2. 炮台站(1955年~2025年)、莫索湾站(1959年~2025年)暴雨分布图(单位：mm)
4. 区域站、兵团站暴雨天气特征
我区共有28个区域站，10个兵团站，北至古尔班通古特沙漠南缘，南至天山山脉北坡，地形地貌丰富，气候多变。
分析结果如下：日降水量达到暴雨标准累计105次，不小于48.1 mm量级的大暴雨出现6次，极值出现在区域站2010年6月22日石河子142团33连站，降水量达77.7 mm，次级值出现在2016年6月23日150团驼铃梦坡景区站，降水量达76.4 mm。
4.1. 暴雨过程频次分析
如图3，统计暴雨次数最多的站为东大塘站，累计出现暴雨21次，该站日降水量极值出现在2025年5月3日，降水量达52.9 mm。4月和6月出现暴雨天气的概率均为4.8%，出现在5月的概率最高，为47.6%，出现在7月的概率为19%，出现在8月的概率为23.8%。
Figure 3. Rainstorm grade distribution map: Dongdatang station and 142nd regiment, 33rd company (unit: mm)
图3. 东大塘站、142团33连暴雨量级分布图(单位：mm)
从季节上分析，暴雨天气出现在春季的概率为52.4%，出现在夏季的概率为47.6%。其变化趋势呈现年际变化，近两年暴雨天气过程降水量更极端，发生次数更多。
暴雨次数次多的站为142团33连站，累计出现暴雨13次，该站日降水量极值出现在2010年6月22日，降水量达77.7 mm，是整个石河子地区暴雨天气过程的降水量极值。同东大塘站相比，暴雨天气过程数量呈减少趋势。出现降水极值的站点均位于山区，地形抬升促进地形雨频发。
4.2. 暴雨过程年际变化分析
据统计，2009年~2025年期间，除个别年份外，暴雨发生的频次波动上升，在2019年达到峰值，累计出现18次暴雨过程，2024年、2025年暴雨过程频次持续位于高位，如图4。
Figure 4. Frequency of rainstorms at regional stations in the Shihezi area (2009~2025) (unit: times)
图4. 石河子地区区域站暴雨发生频次(2009~2025年) (单位：次)
2016~2025年出现4次大范围系统性(超过5个站出现暴雨量级)暴雨天气过程，分别在2016年5月18日、2019年4月7日、2025年5月3号、2025年5月19日，2025年出现2次。
4.3. 暴雨过程年际变化分析
在统计的105次暴雨过程中，发生在5月的暴雨过程最多，占总数的36%，7月、8月各占14%，出现在10月和11月的频次最少，分别占4% (图5)。
Figure 5. Monthly rainstorm frequency distribution map: Shihezi regional stations (2009~2025)
图5. 石河子地区区域站暴雨频次月份分布图(2009~2025年)
从季节上统计得知，石河子地区，暴雨发生在春季的概率为45%，发生在夏季的概率为42%，发生在秋季的概率为13%。
5. 结论
本文基于石河子地区4个国家站、28个区域站及10个兵团站的连续性降水观测数据，通过对不同站点数据时段、暴雨频次、强度、时空分布及变化趋势的深度梳理，全面呈现该区域暴雨天气过程的核心特征。
5.1. 国家站：维度与地理主导的差异化特征
4个国家站主要可分为两大类，体现地理位置与地形的关键影响。石河子市站同乌兰乌苏站均位于石河子地区中部，受天山北麓中段地形与准噶尔盆地南缘气候系统的共同作用，暴雨特征呈现近乎同步的规律。石河子市站71年数据出现17次暴雨过程，乌兰乌苏站61年16次暴雨过程，均无大暴雨，极端降水量值出现在1999年8月14日，分别为39.2 mm和39.8 mm。自1991年始暴雨过程频次增长，石河子市站增加42.9%；乌兰乌苏站2011年后暴雨频次增加2.4倍。
北部炮台站和莫索湾站分别出现6次暴雨过程，莫索湾站出现目前国家站中唯一的大暴雨过程，降水量达49.2 mm，夏季是暴雨过程的高发期。
5.2. 区域站、兵团站：地形驱动暴雨过程的复杂性与极端性
站点覆盖范围广，地形涵盖山区、绿洲、沙漠过渡带等，数据统计周期虽短，但更能反映小尺度地形下暴雨的多样性，统计时段聚焦4~9月，共记录暴雨105次、大暴雨6次，极端性与空间差异显著。
东大塘站是暴雨的核心区域，累计出现暴雨21次，占20%，反映山区站点暴雨逐年增强的趋势。
2009至2025年间，暴雨频次呈现“波动上升”的趋势，2016至2025年共出现5次超过5个站同步暴雨的系统性事件，推测与全球气候变暖背景下，北疆地区暖湿气流活动增强、大气环流异常频率提升有关，对区域暴雨联防联控提出更高的要求。
在105次暴雨过程中，月份分布呈现“单峰型”特征：5月占比36%，为绝对高发月；季节分布上，春夏季合计占87%，与国家站整体趋势一致，但较石河子站和乌兰乌苏站春季占比略低，较炮台站和莫索湾站夏季占比也略低，体现出因地形多样性而形成的差异性分布，是对国家站宏观特征的补充和细化。
5.3. 全区域暴雨特征总结
1) 强度特征：极端值主要集中在沙漠边缘、绿洲沙漠过渡带及山区，降水变率大、局地性强；
2) 时间变化特征：频次逐渐上升，近年极端性增强；
3) 空间分布特征：暴雨分布呈现“纬度 + 地形”双重制约的空间聚类，将石河子地区暴雨划分为“中部春汛型”、“北部夏季极端型”、“山区高频型”、“过渡带极值型”四大区域；
4) 季节与月份特征：春夏季主导，5月为核心高发区，是天山北麓“春季积雪融水 + 冷空气 + 暖湿气流”以及“夏季热力对流 + 地形抬升”双重降水机制共同作用的结果。
本文通过对不同类型、不同区域暴雨数据的详细拆解，明确石河子地区暴雨的核心特征与变化趋势，揭示地形、纬度、气候背景对暴雨的驱动机制，为后续区域灾害风险区划、防汛抗旱预案制定提供精细化数据支撑，对暴雨强对流天气发生机理研究提供参考，同时也为干旱半干旱地区暴雨研究、为提供具有参考价值的区域案例。
基金项目
中国沙漠气象科学研究基金项目(Sqj20240015)。