博爾楠，恰里哈爾，阿依敏，別克達吾列提，宋　佳

（1.阿勒泰地區(qū)氣象局，新疆　阿勒泰836500；2.富蘊縣氣象局，新疆　富蘊836100；3.福?？h氣象局，新疆　福海836400；4.吉木乃縣氣象局，新疆　吉木乃836800；5.塔城地區(qū)氣象局，新疆　塔城834700）

近54 a阿勒泰地區(qū)夏季極端降水氣候特征

博爾楠1，恰里哈爾2，阿依敏3，別克達吾列提4，宋佳5

（1.阿勒泰地區(qū)氣象局，新疆阿勒泰836500；2.富蘊縣氣象局，新疆富蘊836100；3.福?？h氣象局，新疆福海836400；4.吉木乃縣氣象局，新疆吉木乃836800；5.塔城地區(qū)氣象局，新疆塔城834700）

采用阿勒泰地區(qū)7個國家級氣象站近54 a（1960—2013年）夏季（6—8月）的日有效降水量（20～20 h降水量≥0.1 mm）資料，用WMO推薦的百分位法計算了全地區(qū)過去54 a夏季極端強降水的閾值、分析了當?shù)叵募緯r空分布特征及變化趨勢，結(jié)果表明：阿勒泰地區(qū)夏季極端強降水閾值呈西部、南部小,北部、東部大；夏季以及夏季各月的強降水日數(shù)和強度均可總結(jié)出5種空間分布模型；強降水量可總結(jié)出6種空間分布模型。強降水日數(shù)、量級、強度近54a來,除吉木乃略有下降以外，其余各縣（市）均為增長趨勢，尤其是北部、東部地區(qū)。同時上述三指標存在著顯著的年代際和年際尺度的周期變化，20世紀90年代和2010年至今為3個指標最多（強）的年代，而20世紀70年代為最少（最差）的年代。

極端降水事件；閥值；年代際變化

博爾楠，恰里哈爾，阿依敏，等.近54 a阿勒泰地區(qū)夏季極端降水氣候特征[J].沙漠與綠洲氣象，2016，10（4）：39-46. doi：10.3969/j.issn.1002-0799.2016.04.006

IPCC第四次評估報告指出，隨著全球氣候變暖，陸地大部分地區(qū)強降水比例在增加[1]。我國極端降水發(fā)生頻率也在增加，并具有明顯的區(qū)域性和季節(jié)變化趨勢[2-5]。新疆屬于干旱半干旱氣候，由于遠離海洋和高山環(huán)繞，來自海洋的水汽在長途運輸過程中，逐漸減少，到達新疆上空時又被高山阻擋，水汽進一步減少，從而導致降水分布的地區(qū)和季節(jié)差異[6]。近年來，國內(nèi)眾多學者采用各種方法對不同地區(qū)降水的變化特征進行了分析，取得了很多有價值的研究成果[7-9]。對近40～50 a中國降水的研究表明[10-14]，全國年降水量呈增加趨勢，且西部降水量增加明顯，尤以西北最明顯。高晶等[15]研究了海溫對東北地區(qū)降水的影響，以及東北地區(qū)極端降水的特征。何清等[16]、薛燕等[17]對近40～50a新疆降水的研究指出，新疆降水變化的總趨勢是增濕明顯，其平均增幅為0.67 mm/10 a，后10 a與前30 a相比降水增加。白松竹等[18]分析了阿勒泰地區(qū)夏季強降水的變化特征，莊曉翠等[19]研究了阿勒泰地區(qū)的降水變化特征，張林梅等[20]分析了阿勒泰地區(qū)的降水情況。然而，已有的工作分析的側(cè)重點不同，尤其對阿勒泰地區(qū)的夏季極端強降水分布情況、空間分布特征開展分析研究工作還較少。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，阿勒泰地區(qū)夏季極端強降水日數(shù)、量級、強度分別有5、6、5種最主要模型，并且每種模型均有對應的偏多（強）、偏少（弱）的時段，同時有明顯的周期變化，這些研究成果對阿勒泰地區(qū)夏季極端強降水的預測分析、決策服務等方面具有較好的指導意義。

中國夏季降水的模擬和預測一直是政府高度關(guān)注的問題，汛期旱澇異常對中國經(jīng)濟發(fā)展、人民生命財產(chǎn)安全等都影響極大[21]。在全球氣候變暖的大背景下，深入分析阿勒泰地區(qū)降水量的變化特征和異?？臻g分布模型，不僅對于了解該地區(qū)氣候背景、充分認識和利用氣候資源，以及保障區(qū)域生態(tài)環(huán)境與社會經(jīng)濟健康發(fā)展等方面具有重要意義，而且可為短期氣候預測提供依據(jù)。利用近54 a夏季（6—8月）的降水資料，采用百分位值法定義不同臺站的極端降水事件閾值，統(tǒng)計出極端降水日數(shù)、量級和強度，進一步揭示該地區(qū)極端降水指標氣候變化特征。

1　資料方法

1.1資料

資料來源于阿勒泰地區(qū)的7個國家級氣象觀測站（哈巴河、吉木乃、布爾津、福海、富蘊、青河為國家基本氣象站，阿勒泰為國家基準氣候站）1960—2013年夏季（6—8月）逐日有效（≥0.1 mm）降水資料。

1.2極端強降水閥值的確定

阿勒泰地區(qū)地處我國西北角，新疆最北部，范圍44°59.35＇～49°10.45＇N，85°31.57＇～91°1.15＇E，屬于干旱半干旱地區(qū)，6—8月是該地區(qū)的夏季,同時也是主要的降水時段，夏季降水量占全年降水總量的近40%。氣候的定義從其本質(zhì)上看與某種天氣時間的概率分布有關(guān)。當天氣的狀態(tài)嚴重偏離其平均狀態(tài)時在統(tǒng)計意義上就可以稱為極端事件。其具體方法是：阿勒泰地區(qū)各站1960—2013年6—8月所有日降水量（有效降水）序列的第90個百分位值的30 a平均值定義為極端強降水事件的閾值，當某站某日降水量超過了該閾值時，就稱該日出現(xiàn)了極端強降水事件,記為一個極端強降水日。某站每年夏季所有極端強降水量之和就看作為該站該年的夏季極端強降水量，強降水量與強降水日數(shù)的比值稱為該站該年夏季極端強降水強度。對于極端事件閾值的確定，參照Bonsai方法，如果某個氣象要素有n個值，將這n個值按升序排列X1，X2，···，Xm，···，Xn，某個值≤Xm的概率[19]：P=（m-0.31）/（n+0.38）。式中：m 為Xm的序號，n為某個氣象要素值的個數(shù)，如果有30個值，那么第90個百分位上的值為排序后的X27（P=87.9%）和X28（P=91.1%）的線性插值。

1.3分析方法

在確認不同臺站極端強降水的閾值的基礎(chǔ)上,統(tǒng)計了全地區(qū)過去54 a來夏季（6—8月）極端強降水日數(shù)、極端強降水量、極端強降水強度,同時采用EOF分析法、最小二乘法、Molet小波分析法分析它們的空間分布、異?？臻g分布以及變化周期。

2　夏季極端強降水的閥值特征

圖1給出阿勒泰地區(qū)夏季極端強降水閾值的空間分布，表現(xiàn)出西部、南部小，北部、東部大的特點。閾值最小的為南部的福海，為5.9 mm，西部的布爾津、哈巴河、吉木乃依次為6.3、6.6、6.7 mm，北部的阿勒泰、東部的富蘊、青河分別為7.6、8.2、8.8 mm，閥值最小的福海和閥值最大的青河相差2.9 mm，說明阿勒泰地區(qū)夏季極端強降水閾值的空間差異較大。

圖1　阿勒泰地區(qū)夏季極端降水閾值空間分布

3　夏季（6—8月）以及夏季各月極端強降水的空間特征

3.1夏季及夏季各月極端強降水日數(shù)的空間分布特征

為了弄清阿勒泰地區(qū)夏季（6—8月）極端強降水日數(shù)的空間分布特征，對夏季以及夏季各月強降水日數(shù)序列進行了EOF分析，發(fā)現(xiàn)夏季以及6、7月的強降水日數(shù)EOF第一模態(tài)空間分布全地區(qū)均表現(xiàn)為明顯的正值，說明全地區(qū)強降水日數(shù)表現(xiàn)為一致的同位向變化特征，夏季降水一般在同一大尺度天氣系統(tǒng)影響下，發(fā)生極端強降水事件比較一致。其中夏季第一模態(tài)阿勒泰市、吉木乃數(shù)值相對較大（圖2a），說明這兩個區(qū)域夏季出現(xiàn)極端強降水事件比其地區(qū)更容易。6月表現(xiàn)為中部阿勒泰、福海和東部富蘊、青河數(shù)值相對較大；7月為南部福海和東部富蘊、青河數(shù)值相對較大；8月全區(qū)為一致的負值（圖2b），說明8月在整個夏季中發(fā)生極端強降水事件的概率相對最低，同時負中心位于西部的吉木乃、哈巴河。由于夏季以及夏季各月的極端強降水日數(shù)第一模態(tài)全區(qū)均為明顯的一致性，故將上述降水日數(shù)模型統(tǒng)一定義為“全區(qū)一致型”。

通過夏季以及夏季各月的強降水日數(shù)EOF第一模態(tài)時間標準化序列可知，強降水日數(shù)在上世紀1984、1992、1993年為幾次明顯偏多的時段（圖3a）；6月在1984、2013年明顯偏多；7月在1984、1992、1993年明顯偏多；8月沒有明顯偏多的時段,1965、1963、2001年明顯偏少。夏季以及6、7、8月的強降水日數(shù)EOF第一模態(tài)的方差貢獻率分別為49%、33%、46%、40%。

通過第二模態(tài)空間分布可知，夏季和6月均表現(xiàn)為東部降水日數(shù)偏多時，西部偏少，故將其定義為“東部型”；7月表現(xiàn)為西部、南部偏多時北部、東部偏少，定義為“西部、南部型”；8月表現(xiàn)為西南部的吉木乃與東部偏多時其他各地偏少，定義為“西南、東部型”。

圖2　6—8月及夏季極端強降水空間分布

第二模態(tài)時間標準化序列可知，夏季強降水日數(shù)在2003年為明顯偏多的年份，1966年為明顯偏少的年份。6月在1995和2000年明顯偏多，2005年明顯偏少。7月在1969和2013年明顯偏多，1986、1993、2004年明顯偏少（圖3b）。8月在1976、2003、2005年明顯偏多。第二模態(tài)方差貢獻率分別為16%、20%、15%、25%。

通過第三模態(tài)可知，夏季強降水日數(shù)與7月第二模態(tài)一致，為“西部、南部型”。6月第三模態(tài)與夏季第二模態(tài)一致，均為“東部型”。7月第三模態(tài)與8月第二模態(tài)相似，均為“西南、東部型”；8月第三模態(tài)表現(xiàn)為北部阿勒泰以及東部偏多時西部、南部偏少（圖2d），定義為“北部、東部型”。

圖3　夏季極端強降水模態(tài)時間標準化序列

通過第三模態(tài)時間標準化序列可知，1992年為夏季強降水日數(shù)明顯偏多的年份，2003年為明顯偏少的年份。6月在1995、2000年明顯偏多，2005年明顯偏少。7月在1969、2013年明顯偏多，1986、1993、2004年明顯偏少。8月在1976、2003、2005年明顯偏多。第三模態(tài)方差貢獻率分別為12%、18%、12%、10%。

夏季以及6、7、8月的強降水日數(shù)EOF前3個模態(tài)方差貢獻率分別為77%、71%、73%、75%，其他模態(tài)方差貢獻率均小于5%，因此這是阿勒泰地區(qū)夏季極端強降水日數(shù)的最主要的空間模型。3.2夏季及夏季各月極端強降水量的空間分布特征

對夏季以及夏季各月強降水量的序列進行了EOF分析，前3個模態(tài)的分析和總結(jié)（其他模態(tài)方差貢獻率均小于5%）得出6種最主要模型。首先為“全區(qū)一致型”：該模型所對應的是夏季以及夏季各月強降水量第一模態(tài)，其中夏季以及6、7月（圖2e、圖2f）第一模態(tài)全地區(qū)為明顯的正值；8月全地區(qū)為一致的負值。第二種模型為“東部型”，即東部降水量偏多時西部偏少，對應夏季和6月降水量的第二模態(tài)。第三種模型為“西部型”，即西部降水量偏多時東部偏少，對應7、8月第二模態(tài)和7月第三模態(tài)。第四種模型為“北部沿山型”，即北部沿山一帶（哈巴河、布爾津、阿勒泰、富蘊、青河）降水量偏多時其他各縣偏少，對應夏季第三模態(tài)。第五種模型為“正北西南型”，即正北部的阿勒泰和西南部的吉木乃降水量偏多時其他各縣偏少，對應6月第三模態(tài)。第六種模型為“西南型”，即西南部的降水量偏多時其他各縣（市）偏少，對應8月第三模態(tài)。

通過前3個模態(tài)的時間標準化序列可知，20世紀1984、1992、1993年,本世紀2003、2007、2012年等為幾次夏季極端強降水量明顯偏多的時段,1969、1984年明顯偏少。6月在1964、1978、1984、1994、2002、2013年明顯偏多，2005年明顯偏少。7月在1969、1983、1984、1993、2007年明顯偏多，1986、1993、2012年明顯偏少。8月在1967、1995、2001年明顯偏多，1965、1973、1976、1992、2001、2003、2005年明顯偏少（圖3）。

夏季以及夏季各月極端強降水量EOF前3個模態(tài)方差總貢獻率分別為75%、71%、72%、78%，因此這是阿勒泰地區(qū)夏季極端強降水量的最主要的空間模型。

3.3夏季及夏季各月極端強降水強度的異常空間分布特征

對夏季以及夏季各月極端強降水強度的序列進行了EOF分析，降水強度前三個模態(tài)的分析和總結(jié)（其他模態(tài)方差貢獻率均小于5%）得出5種最主要模型。同樣的，首先為“全區(qū)一致型”，該模型所對應的是夏季以及夏季各月降水強度EOF第一模態(tài)。其中夏季以及6、7月（圖2i）第一模態(tài)全地區(qū)為明顯的正值，8月全地區(qū)為一致的負值。第二種模型為“中部型”，對應夏季第二模態(tài)。第三種模型為“東部型”，對應6、8月第二模態(tài)和夏季第三模態(tài)（圖2j）。第四種模型為“西部型”，對應7月第二、三模態(tài)。第五種模型為“北部沿山型”，對應6、8月的第三模態(tài)。通過前3個模態(tài)的時間標準化序列可知，1976、1999、2011年等為幾次夏季極端強降水強度明顯偏強的時段，1974、1975年明顯偏弱。6月在1969、1976、1992、2013年明顯偏強，1976、1984、1995、2005年明顯偏弱。7月在1969、1985、1986、2007、2010、2011年明顯偏強，1986、2010、2012年明顯偏弱。8月在1970、1976、1980、1999、2005年明顯偏強，1961、1973、1983、2001、2012年明顯偏弱。

夏季及夏季各月極端強降水強度EOF前3個模態(tài)方差總貢獻率分別為71%、71%、73%、73%。因此這是阿勒泰地區(qū)夏季極端強降水強度的最主要的空間模型。

4　夏季極端強降水的時間變化

4.1夏季極端強降水的年際變化

對阿勒泰地區(qū)各測站的夏季極端強降水日數(shù)、量級和強度進行了線性趨勢分析（圖4）以及相關(guān)系數(shù)的分析（表1），通過分析可知近54 a來，全區(qū)強降水日數(shù)、量級、強度均表現(xiàn)為增加（強）趨勢，除吉木乃站為弱的減少（弱）的趨勢外，其余各測站均為增長（強）的趨勢。強降水日數(shù)全區(qū)以0.18 d/10 a的速率增長,哈巴河、布爾津、福海、青河增加趨勢較弱，均未通過顯著性檢驗；阿勒泰和富蘊站增加速率分別為0.34 d/10 a、0.39 d/10 a，分別通過了0.05和0.01的顯著性檢驗。強降水量呈全地區(qū)以2.037 mm/a的速率增長，哈巴河、布爾津、福海增加趨勢較弱，均未通過顯著性檢驗，阿勒泰、青河、富蘊增長速率比較明顯，并且均通過了0.05的顯著性檢驗，富蘊站通過了0.01的顯著性檢驗。強降水強度全地區(qū)以0.08 mm/10 a的速率增長，哈巴河、布爾津、福海、阿勒泰增加趨勢較弱，均未通過顯著性檢驗；青河、富蘊增長速率比較明顯，并且均通過了0.05的顯著性檢驗，青河站通過了0.01的顯著性檢驗。

4.2夏季極端強降水的年代際變化

阿勒泰地區(qū)夏季極端強降水日數(shù)、量級、強度均有明顯的年代際變化，且均在20世紀90年代和2010年至今為最多（強）的時段，20世紀70年代為最少（弱）的時段。其中降水日數(shù)在90年代和2010年至今全地區(qū)的平均值分別為每年19.5 d和19.8 d，70年代全地區(qū)平均為每年10.5 d。降水量在20世紀90年代和2010年至今平均值分別為每年241.2、269.5 mm，20世紀70年代為128.9 mm。降水強度在90年代和2010年至今平均值分別為11.3 mm/d、13.0 mm/d，在70年代為9.5 mm/d。

表1　1960—2013年阿勒泰地區(qū)各站降水指數(shù)趨勢系數(shù)

圖4　1960—2013年阿勒泰地區(qū)夏季極端強降水日數(shù)（a）、降水量（b）、降水強度（c）的一元回歸線性趨勢

4.3夏季極端強降水的周期變化

全地區(qū)的強降水日數(shù)存在著明顯的年代際和年際尺度的周期變化，年代變化以29～36 a，13～27 a，8～13 a的顯著周期信號，模擬值均>0.5，大部分> 1.0，變化是全時域的，極端降水日數(shù)還有4～5 a的顯著周期變化（圖5）。結(jié)合模擬值可知，在13～27 a尺度上最強。在13～27 a的時間尺度上強降水日數(shù)主要經(jīng)歷了“少—多—少—多—少—多”的交替演變，20世紀60年代前至60年代中期降水日數(shù)偏少，60年代中期至70年代中期偏多，70年代中后期至80年代后期偏少，80年代后期至90年代后期偏多，90年代后期至2007年偏少，2008年至今偏多并尚未形成閉合中心。分析表明阿勒泰地區(qū)夏季極端降水日數(shù)序列在13～27 a的周期最為明顯。

圖5　1960—2013阿勒泰地區(qū)夏季極端降水日數(shù)小波變換實部（a）、模擬值（b）

圖6　1960—2013阿勒泰地區(qū)夏季極端降水量小波變換實部（a）、模擬值（b）

全地區(qū)的強降水量也存在著明顯的年代際和年際尺度的周期變化，年代變化以30～40 a，17～26 a，11～14 a的顯著周期信號，模擬值均>0.5，大部分> 1.0，變化是全時域的（圖6）。在17～26 a的時間尺度上阿勒泰地區(qū)夏季降水量主要經(jīng)歷了“少—多—少—多—少—多”的交替演變，20世紀60年代前至60年代中期降水量偏多，60年代中期至70年代中期偏少，70年代中后期至80年代中后期偏少，80年代中后期至90年代中后期偏多，90年代后期至2008年偏少,2009年至今偏多并尚未形成閉合中心。分析表明阿勒泰地區(qū)夏季極端降水量序列在17～39 a的周期最為明顯。

全地區(qū)的夏季極端降水強度年代變化以13～26 a，6～9 a的顯著周期信號，模擬值均>0.5。在12～25 a的時間尺度上阿勒泰地區(qū)夏季極端降水強度主要經(jīng)歷了“少—多—少—多—少—多”的交替演變，20世紀60年代中期之前極端降水強度偏弱，60年代中期到70年代中期強度偏強，70年代中期到80年代中期強度偏弱，80年代后期到90年代中后期強度偏強，90年代后期到2007年強度偏弱，2008年至今尚未形成閉合中心。分析表明阿勒泰地區(qū)夏季極端降水強度序列在12～25 a的周期最為明顯。

5　結(jié)論

（1）阿勒泰地區(qū)近54 a夏季極端強降水閥值呈西部、南部小，北部、東部大。

（2）阿勒泰地區(qū)夏季（6—8月）以及夏季各月的極端強降水日數(shù)、量級、強度分別可總結(jié)為5、6、5種主要模型，且每一種模型都有相應的極端強降水日數(shù)量級、強度明顯偏多（強）、偏少（弱）的年份。

（3）夏季（6—8月）極端強降水日數(shù)、量級、強度近54 a來除吉木乃略有減少外，其余各縣（市）均為增長趨勢，且阿勒泰、富蘊、青河增長較為明顯，尤其是富蘊縣。

（4）夏季（6—8月）極端強降水日數(shù)、量級、強度近54 a來有明顯的年代際變化，3個指標均在20世紀90年代以及2010年至今這2個時段最多（強），而在20世紀70年代表現(xiàn)最少（弱）。

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Climatological Characteristics of Extreme Precipitation in Summer in Recent 54 Years over Altay Region

Boernan1，Qialihaer2，Ayimin3，Biekedawulieti4，SONG Jia5
（1.Altay Meteorological Bureau，Altay 836500，China；2.Meteorological Bureau of Fuyun County，F(xiàn)uyun 836100 China；3.Meteorological Bureau of Fuhai County，F(xiàn)uhai 836400，China；4.Meteorological Bureau of Jimunai County，Jimunai 836800，China；5.Tacheng Meteorological Bureau，Tacheng 834700，China）

Based on daily precipitation data in summer over Altay region during 1960-2013,by use of percentile method issued from WMO,we calculated the threshold values of extreme summer precipitation in recent 54 years and further analyzed the spatial and temporal characteristics over Altay region.The results showed that the threshold values of summer extreme precipitation were much smaller in the west and south parts rather than in the north and the east parts of Altay region. The day and intensity of summer extreme precipitation could be divided into 5 predominant modes, while the extreme precipitation amount could be divided into 6 predominant modes.According to the analysis results of the standard time series,each mode corresponds to its own characteristics of rainfall days,intensity and amount.Specifically,most parts of Altay region showed an increasing trend in rainfall days,amount and intensity,especially in the north and east parts.The three indexes had presented stronger since the 1990s，while in the 1970s they showed weaker.Meanwhile, the results of wavelet analysis showed that the three indexes had obvious decadal and interannual periods.

extreme precipitation；threshold of extreme precipitation；inter-annual variation

P468.024

B

1002-0799（2016）04-0039-08

2014-11-11；

2015-06-10

新疆氣象局面上課題（Q201607）；新疆維吾爾自治區(qū)人民政府“新疆吐哈地區(qū)空中水資源開發(fā)利用”項目“人工增水作業(yè)潛勢客觀預報方法及其業(yè)務應用”課題（TUHA201511）；中國沙漠氣象科學研究基金（sqj2015001）共同資助。

博爾楠（1987-），男（哈薩克族），助理工程師，從事短期預報和短期氣候預測工作。E-mail：burlen_928@126.com