米吉提·買買吐地

(新疆和田水文勘測局，新疆 和田 848000)

和田流域地處新疆西南側(cè)，塔克拉瑪干大沙漠南緣、昆侖的北麓，流域總面積50 957.1 km[1]。流域位于喀喇昆侖山和昆侖山北坡，區(qū)域水汽由于受到高山和高原海拔的綜合影響年降水量較低，降水高值主要集中在中、高山區(qū)，水汽主要可以劃分為三個主要途徑，西部環(huán)流主要由北緯西風(fēng)環(huán)流影響較為明顯[2]。東部入境水汽：者自北冰洋干冷氣流和西北氣流，入使新福北部時，若勢力較強(qiáng)[3]。則期天山由西網(wǎng)東成從準(zhǔn)格爾盆地向天山面米，維線向東移動，受蒙古高壓的影響，部分冷空氣南下，從天山。阿爾金山、祁連山之間的馬跨形山口地帶迂回向西南灌入。南部環(huán)流主要為來自阿拉伯海、孟加拉灣兩個海域形成的熱帶季風(fēng)環(huán)流，這種環(huán)流作用下的水汽條件較強(qiáng)，也是我國內(nèi)陸主要的水汽環(huán)流組成。南部環(huán)流翻越昆侖山后到達(dá)和田流域的上空，較容易使得區(qū)域產(chǎn)生短時強(qiáng)降水，也是區(qū)域突發(fā)洪水的主要暴雨成因。和田流域降水的地域分布特點(diǎn)是：山區(qū)大于平原，西部多于東部，北坡大于南坡，迎風(fēng)面大于背風(fēng)面。山間盆地及河谷是降水量稀少區(qū)。山區(qū)占全流域面積75.0%，但降水量占全流域降水量的96.0%[4]。流域內(nèi)主要分布4個水文站點(diǎn)，分別為托滿、烏魯瓦提、同古孜洛、黑水站，具體分布如圖1所示。近些年來，區(qū)域水資源變化特點(diǎn)研究方法較多，其中顯著性檢驗及突變分析在區(qū)域降水變化特征分析中應(yīng)用較為成熟[6-8]，但在和田流域降水變化應(yīng)用還較少，和田流域水資源變化特點(diǎn)對于新疆南部地區(qū)水資源合理開發(fā)利用具有重要的參考價值。為此本文結(jié)合和田流域主要降水站點(diǎn)1963-2019年實(shí)測降雨資料，對流域近56 a降水變化特征進(jìn)行分析。

圖1 和田流域水文站點(diǎn)分布

1 變化特征分析方法

1.1 顯著性檢驗方法

采用M-K非線性顯著檢驗方法對降水變化特征進(jìn)行顯著變化特征的分析。該方法將長系列的降雨序列作為樣本序列對其統(tǒng)計變量S進(jìn)行計算：

(1)

(2)

(3)

(4)

其中S為降雨樣本序列顯著性檢驗統(tǒng)計變量；xi和xj表示為來自同一個樣本總體的兩個降雨樣本數(shù)據(jù)系列；σs表示為方差標(biāo)準(zhǔn)計算值；sign表示為計算變量；n表示為總的樣本序數(shù)；Z表示檢驗特征變量，當(dāng)Z>0則表示降雨呈現(xiàn)遞增變化趨勢，否則呈現(xiàn)遞減變化趨勢，當(dāng)∣Z∣>2.32、1.64<∣Z∣<2.32、1.28<∣Z∣<1.64則分別表示變化趨勢的顯著性可分別達(dá)到99%、95%以及90%的置信水平。

1.2 突變點(diǎn)分析

對降雨樣本數(shù)據(jù)序列采用統(tǒng)計變量ck對其突變點(diǎn)進(jìn)行分析，分析方程為：

(5)

E(ck)=k(k-1)/4

(6)

σ(ck)=k(k-1)(2k+5)/72

(7)

(8)

式中：m表示為降雨序列樣本xi>xj(1≤j≤i)的統(tǒng)計值；E(ck)表示為變量統(tǒng)計值ck的均值；σ(ck)表示為變量統(tǒng)計值ck的方差；UFk表示為統(tǒng)計值ck的標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換值。對樣本序列進(jìn)行逆序計算其統(tǒng)計變量ck的標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換值，即為∣UBk∣=-UFk，k=n，n-1，Λ，UB1=0。若果正序和逆序計算曲線在置信范圍出現(xiàn)交點(diǎn)，則可判定出現(xiàn)突變特征點(diǎn)。

2 不同時間尺度下的降雨變化趨勢分析

2.1 年尺度降雨變化特征分析

基于和田流域內(nèi)主要降雨站點(diǎn)1963-2019年近60 a的降雨數(shù)據(jù)系列，結(jié)合面積加權(quán)方法對流域面平均降水進(jìn)行計算，得到流域面平均降水?dāng)?shù)據(jù)系列。結(jié)合顯著性變化趨勢分析和突變分析方法對和田流域近56年年降水量的變化特征進(jìn)行趨勢檢驗和突變特征分析，分析結(jié)果如圖2及表1所示。

圖2 和田流域年尺度降水變化特征分析結(jié)果

表1 和田流域不同年代際降水變化趨勢檢驗結(jié)果

從和田流域年降水變化過程線可看出，近56 a和田流域年降水總體呈現(xiàn)遞減變化，從表1變化趨勢顯著性檢驗結(jié)果可看出，其統(tǒng)計量絕對值低于1.28，表明其顯著性檢驗水平未能達(dá)到90%，年尺度遞減變化趨勢的顯著性較弱。從各年代際年降水變化趨勢的顯著性檢驗值可看出，雖然和田流域年降水總體變化趨勢顯著性較弱，但在不同年代際其降水變化趨勢的顯著性變化差異性較為明顯，60年代和田流域年降水遞減變化趨勢檢驗值高于1.28，低于1.64，顯著性檢驗水平達(dá)到90%，具有較為顯著的遞減變化。而70年代和80年代和田年降水呈現(xiàn)遞增變化，其遞增變化趨勢的檢驗值均在1.28～1.64的范圍內(nèi)，表明呈現(xiàn)較為顯著的遞增變化，而進(jìn)入90年代和2000年代，雖然依舊呈現(xiàn)遞增變化，但遞增的顯著性明顯減弱，顯著性檢驗水平均低于90%，呈現(xiàn)較弱的遞增變化。進(jìn)入2010年代后，和田流域年降水量呈現(xiàn)遞減變化，但遞減變化顯著性較低。從圖1中和田流域年降水變化過程還可看出，和田流域5年滑動平均變化過程可看出，5 a滑動平局表示其中期降水平均值變化，5 a滑動平均和年降水變化都呈現(xiàn)一定程度遞減變化，但趨勢顯著性都不高。從和田流域近77年年降水的突變特征可看出，其分別在70年代、80年代以及90年代出現(xiàn)突變交叉點(diǎn)，其中70年代交叉點(diǎn)主要在1977年，80年代的交叉點(diǎn)主要出現(xiàn)在1988年，90年代突變交叉點(diǎn)主要為1991年和1999年。此外本文還對和田流域年際降水變化進(jìn)行了分析，通過分析和田河流域降水量年最高值和最低值之間的比值在11.5～33.6之間上下浮動，平原區(qū)和田和墨玉氣象站降水最高值和最低值的比值最高，分別為33.6和25.9，山區(qū)代表站的比值小于平原區(qū)代表站，均在15.0以下。平原地區(qū)的降水年變化要低于山區(qū)降水年變化程度，東部要低于西部地區(qū)的降水變化，降水年際變化主要通過降水變差系數(shù)Cv值來判定，通過對和田不同區(qū)域降水變差系數(shù)分析，其總體在0.59～0.76之間變化，和田氣象站的降水量變差系數(shù)Cv最高，烏魯瓦提水文站的降水量變差系數(shù)最低，平原區(qū)降水量變差系數(shù)要高于山區(qū)。

2.2 月尺度降雨變化特征分析

考慮到和田流域汛期和非汛期尺度降雨變化差異性較大，在年降水量變化特征分析的基礎(chǔ)上對其月尺度降水趨勢以及突變特征進(jìn)行分析，結(jié)果如圖3所示。

圖3 和田流域月尺度降水量變化趨勢及突變特征分析

從汛期和田流域降水量變化過程可看出，其總體和年降水量變化具有較為明顯的相似性，這主要和和田流域降水量時程分配有關(guān)，和田流域70%以上的降水量主要集中在汛期，而30%左右的降水量主要集中在非汛期，因此和田流域汛期降水量變化的趨勢和年降水變化趨勢一致，通過對其汛期降水量的顯著性進(jìn)行檢驗，其檢驗值為-1.312，絕對值大于1.28，表明顯著性檢驗水平為90%，具有較為顯著的遞減變化。從汛期降水量的突變特征分析可看出，其突變年份交叉點(diǎn)分別在1977年、1988年以及1999年，和年降水突變年份也較為一致。和田流域非汛期降水量呈現(xiàn)一定程度的遞增變化，通過顯著性檢驗，其檢驗值低于1.28，呈現(xiàn)一定程度弱遞增變化。從非汛期降水突變交叉點(diǎn)可看出，由于非汛期降水量影響因素較多，其突變交叉點(diǎn)分布較為散亂，未呈現(xiàn)一定的規(guī)律特征，因此和田流域非汛期降水變化突變特征規(guī)律性較差。從和田流域汛期和非汛期尺度降水5 a滑動平均變化可看出，從中期平均值變化和其總體變化趨勢具有一致性。此外本文還對和田流域降水年內(nèi)分配進(jìn)行了分析，通過分析5-8月是和田河流城降水主要集中期，降水受季風(fēng)影響主要集中在夏季，夏季降水量占全年降水量的比例超過50%，烏魯瓦提站作為山區(qū)代表站春季和夏季降水量占全年降水量的比例分別34%和46%，秋季和冬季占全年降水量的比例分別為11.6%和8.4%，連續(xù)最大4個月降水量也主要集中在夏季，平原區(qū)和山區(qū)去降水量季節(jié)分配上具有同步變化特征。

3 結(jié)語

(1)不同年代際和田流域降水變化差異性較大，5年滑動平均趨勢較為明顯，年降水量總體變化趨勢較弱，汛期降水遞增變化顯著性要高于非汛期，降水突變年份和和田流域洪水年份較為一致；

(2)和田流域平原地區(qū)的降水年變化要低于山區(qū)降水年變化程度，空間上總體呈現(xiàn)從東向西逐步遞增變化，區(qū)域降水變差系數(shù)總體在0.59～0.76之間變化，和田氣象站的降水量變差系數(shù)Cv最高，烏魯瓦提水文站的降水量變差系數(shù)最低，平原區(qū)降水量變差系數(shù)要高于山區(qū)。

(3)和田流域汛期和非汛期降水變化其總體和年降水量變化具有同步性，這主要和流域降水量時程分配有關(guān)，和田流域70%以上的降水量主要集中在汛期，而30%左右的降水量主要集中在非汛期。不論是平原區(qū)或山區(qū)，其降水量在季節(jié)分配上都具有同步性。