楊 濤，張云惠，楊蓮梅

(1.中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所，烏魯木齊 830002；2.新疆維吾爾自治區(qū)氣候中心，烏魯木齊 830002；3.新疆維吾爾自治區(qū)氣象臺，烏魯木齊 830002)

0 引言

新疆屬大陸性干旱半干旱氣候，具有獨特的山地—綠洲—荒漠生態(tài)系統(tǒng)格局，降水分布異常不均且受地形影響顯著[1-5]，一次強降水過程甚至能改變其氣候值。短時強降水指短時間內(nèi)雨強較大、突發(fā)性強、歷時短、局地性強的對流天氣，而新疆作為干旱區(qū)大范圍、長時間的降水天氣較少，強降水多以短時強降水的形式出現(xiàn)[6-9]，加之生態(tài)環(huán)境的脆弱，短時強降水引發(fā)的次生災(zāi)害較重，易導(dǎo)致山洪、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害和次生災(zāi)害，給新疆社會經(jīng)濟建設(shè)造成嚴(yán)重損失，如極端干旱的哈密沁城鄉(xiāng)小堡站2018-07-31T6：00—8：00降水量達到29.2 mm/h，2 h降水量達58.4 mm，超過該站年平均降水量；極端干旱的庫爾勒站與和靜站2012-06-04T16：00—17：00小時降水量分別為46.4 mm/h和53.2 mm/h，突破歷史極值，表現(xiàn)出歷時短、強度大、局地性強的特點，并造成嚴(yán)重災(zāi)害。

短時強降水是新疆主要的氣象災(zāi)害之一，是氣象預(yù)報預(yù)警的難點和重點，由于新疆站點稀疏、資料缺乏，對短時強降水的研究和認識不足。因此近10 a，國家不斷建設(shè)和完善新疆自動氣象站觀測網(wǎng)，約有1927個自動氣象站(其中國家基準(zhǔn)氣象站105個，其余為區(qū)域自動氣象站)陸續(xù)投入業(yè)務(wù)觀測應(yīng)用，為全面、深入地研究新疆短時強降水發(fā)生特征提供了較好的基礎(chǔ)資料。目前對新疆的短時強降水時空特征研究，主要針對局部區(qū)域或較少的氣象站開展研究[10-14]，由于樣本數(shù)有限，所得結(jié)果系統(tǒng)性不夠、精細化不足、提煉總結(jié)歸納不全。因此，文章在充分利用目前新疆區(qū)域時間長度和觀測站數(shù)最多的資料基礎(chǔ)上，利用2010—2018年新疆通過質(zhì)量控制的1345個自動氣象站逐小時降水觀測資料，分析新疆短時強降水時空分布精細化特征，以期為深入研究新疆短時強降水形成機理和提高預(yù)報預(yù)警準(zhǔn)確率提供參考。

1 資料和方法

文章利用2010—2018年1345個自動氣象站逐小時觀測資料進行研究。天山山區(qū)及以北區(qū)域為北疆，以南為南疆。根據(jù)短時強降水發(fā)生特點，北疆分析6—8月、南疆則為5—9 月。中央氣象臺將1 h降水量≥20 mm記為短時強降水，由于新疆干旱氣候背景，根據(jù)新疆多年的預(yù)報服務(wù)實踐、暴雨洪水成災(zāi)事實和干旱半干旱地區(qū)強降水特點，在天氣監(jiān)測和預(yù)報預(yù)警業(yè)務(wù)中新疆氣象部門將該標(biāo)準(zhǔn)定為1 h降水量≥10 mm記為短時強降水[15-20]。

2 新疆短時強降水空間分布特征

2010—2018年新疆短時強降水年平均頻次空間分布見圖1所示，短時強降水的空間分布極不均勻，1～2次/a短時強降水主要發(fā)生于沿山、山麓丘陵、山地迎風(fēng)坡、地形陡升區(qū)和喇叭口等地形附近；每年2次以上的有44站，主要在博州西部、烏魯木齊市、昌吉州、南疆西部、阿克蘇地區(qū)西部北部等海拔為1000～2500 m的淺山區(qū)和中山區(qū)，其中出現(xiàn)3～5 次/a有12站，主要在博州溫泉縣、昌吉州山區(qū)、阿克蘇地區(qū)溫宿縣和烏什縣等地的山區(qū)。

從北疆各區(qū)域看，西天山伊犁河谷181個自動氣象站，年平均出現(xiàn)114站次短時強降水，主要發(fā)生于北部沿山地區(qū)、東部和南部山區(qū)，其中霍城縣和霍爾果斯市北部山區(qū)、昭蘇縣、特克斯縣、鞏留縣山區(qū)頻次最多，其次為伊寧縣北部山區(qū)和尼勒克縣山區(qū)，河谷平原地區(qū)的頻次最少。新疆北部阿勒泰地區(qū)112個站，年平均出現(xiàn)46站次短時強降水，主要發(fā)生于阿爾泰沿山、薩烏爾沿山及丘陵地帶的喇叭口地形和地形抬升地帶，其中阿爾泰山的沿山和吉木乃縣沙吾爾山的北側(cè)迎風(fēng)坡發(fā)生頻次最多，其次是福海縣烏倫古湖附近，河谷平原地區(qū)較少。天山山區(qū)及北坡(博州精河縣-塔城地區(qū)烏蘇市和沙灣縣-石河子市-昌吉州-烏魯木齊市一線)231個站，年平均出現(xiàn)149站次短時強降水，主要發(fā)生在沿山、山麓丘陵、山地迎風(fēng)坡、地形陡升區(qū)、喇叭口和戈壁湖泊綠洲交界等特殊地形附近，其中昌吉州沿山1000～1500 m海拔的淺山區(qū)、臨近湖和水庫頻次最多，其次是塔城地區(qū)烏蘇市、沙灣縣、石河子市和烏魯木齊市的沿山一帶1000～2000 m海拔的迎風(fēng)坡，準(zhǔn)噶爾盆地最少。

從南疆區(qū)域看，南疆西部(喀什地區(qū)-克州-和田地區(qū)一線)450個站，年平均138站次短時強降水，高頻區(qū)在喀什地區(qū)葉城縣、伽師縣、克州烏恰縣和阿圖什市、和田地區(qū)于田縣和克州阿合奇縣。短時強降水頻發(fā)區(qū)域與地形和下墊面特征密切聯(lián)系，南疆西部短時強降水多發(fā)區(qū)域在山區(qū)、峽谷、綠洲和戈壁或沙漠的交界帶，地勢平坦的平原和荒漠區(qū)短時強降水較少。阿克蘇地區(qū)地處天山南麓中段、塔里木盆地北緣，是南疆短時強降水天氣高頻地區(qū)，178個自動氣象站年平均出現(xiàn)123站次短時強降水，高頻區(qū)主要集中于西北部烏什縣、柯坪縣和溫宿縣3個山區(qū)縣；此外拜城縣和庫車縣北部山區(qū)頻次也較多，發(fā)生頻次最大站為烏什縣北部山區(qū)英阿瓦提鄉(xiāng)的英阿特村和溫宿縣北部山區(qū)的博孜墩鄉(xiāng)庫爾歸魯克，年均發(fā)生次數(shù)達3.8次，而該區(qū)域南部為塔里木盆地區(qū)域短時強降水發(fā)生頻次較低，年均發(fā)生次數(shù)低于0.5次，可見，阿克蘇地區(qū)短時強降水西北部山區(qū)最多，中東部山區(qū)次之，東南部平原地區(qū)最少。巴音郭楞蒙古自治州(簡稱“巴州”)地處天山南麓東段和塔里木盆地南緣和北緣，是南疆短時強降水天氣低頻區(qū)，221站年平均出現(xiàn)44站次短時強降水，主要發(fā)生在南部和北部山區(qū)、淺山迎風(fēng)坡、山麓湖泊交界、戈壁綠洲交界和山脈地形交界低洼處等復(fù)雜地形周邊，其中和碩縣東北側(cè)沿山和且末縣南部沿山1700～3000 m海拔發(fā)生頻次最多，其次是輪臺縣-庫爾勒市-尉犁縣-博湖縣沿山的淺山區(qū)海拔1000～1500 m以及輪臺縣-庫爾勒市的西南側(cè)靠近塔克拉瑪干沙漠戈壁綠洲交界處，南疆盆地中部和巴音布魯克山區(qū)較少。

圖1 2010—2018年新疆短時強降水平均頻次空間分布(單位：次/年)

3 新疆短時強降水特征

3.1 日變化

通過分析北疆各區(qū)域短時強降水日變化分布，可知伊犁地區(qū)短時強降水具有明顯單峰型日變化特征，16：00—03：00為發(fā)生高頻時段，占日分布的78.9%，低頻時段為04：00—15：00，占21.1%，表明午后至夜間易發(fā)生強對流天氣，最大小時雨強無明顯日變化，1 d中的任何時段均可出現(xiàn)最大小時雨強，最大小時雨強達44.3 mm/h。阿勒泰地區(qū)短時強降水呈現(xiàn)明顯單峰型日變化特征，但高頻時段與伊犁地區(qū)有顯著差異，13：00—22：00為高頻時段，占日分布80%，低頻時段在23：00—12：00，占20%，該地區(qū)最大小時雨強具有明顯單峰型日分布，R<20 mm/h主要發(fā)生在23：00—12：00，R>20 mm/h主要發(fā)生在午后至傍晚，與日分布頻次特征一致，最大小時雨強達37.5 mm/h。天山北坡短時強降水具有明顯的單峰型日變化特征，16：00—03：00是發(fā)生高頻時段，占73.8%，低頻時段為04：00—15：00，占26.2%，最大小時雨強無明顯日變化特征，最大小時雨強達76 mm/h，表明天山及其北麓短時強降水發(fā)生頻次及小時最大雨強的日變化具有一致性特征，而北部阿勒泰地區(qū)具有不同的變化特征。

通過分析南疆各區(qū)域短時強降水日變化分布可知，南疆西部短時強降水具有明顯單峰型日變化特征，17：00—03：00為發(fā)生高頻時段，占日分布的72%，低頻時段為04：00—16：00，占28%，表明午后至夜間易發(fā)生強對流天氣，最大小時雨強無明顯日變化，1 d中的任何時段均可出現(xiàn)最大小時雨強，最大小時雨強達60 mm/h。阿克蘇地區(qū)短時強降水多發(fā)生在14：00—22：00，此時段短時強降水發(fā)生次數(shù)占52.8%，最大小時雨強無明顯日變化，07：00—23：00大部分時次最大雨強都超過30 mm，最大小時雨強達63.5 mm/h。巴州短時強降水呈現(xiàn)單峰日變化，午后16：00—02：00是發(fā)生強降水高頻時段，占66%，低頻時段在03：00—08：00，小時最大雨強值日變化不明顯，最大小時雨強達53.2 mm/h。可見南疆區(qū)域短時強降水頻次均具有明顯單峰型日分布，多發(fā)生于午后至前半夜，但最大小時雨強卻無明顯日變化。

3.2 月變化

分析新疆各區(qū)域短時強降水分布可知：伊犁州短時強降水6月出現(xiàn)最多，其次為7月，8月最少。R≥10 mm/h，6月平均出現(xiàn)59.6次，7月為36.0次，8月最少為18.2次，R≥20 mm/h，6月平均達9.7次，7月為4.0次，8月僅1.2次；阿勒泰地區(qū)短時強降水7月出現(xiàn)最多，其次為6月，8月最少，R≥10 mm/h，6月平均出現(xiàn)16次，7月為22次，8月最少為7次；天山山區(qū)及北坡短時強降水6月出現(xiàn)最多，其次是7月和8月，R≥10 mm/h，6月平均為65次，其次7月和8月均為42次，R≥20 mm/h，6月平均為11次，其次7月為5次，8月為4次；各區(qū)域R≥20 mm/h次數(shù)明顯少，表明新疆短時強降水量級以20 mm/h≥R≥10 mm/h為主，同時天山及北麓短時強降水具有一致的月分布，阿勒泰地區(qū)與其有所差異。

南疆西部短時強降水7月出現(xiàn)最多，其次是8月和6月，9月和5月也會出現(xiàn)但頻次較少，R≥10 mm/h，7月平均為34次，其次8月和6月分別為30.8次和23.5次，R≥20 mm/h，7月平均為5次，其次8月為4.3次，6月僅2.1次；阿克蘇地區(qū)短時強降水主要出現(xiàn)在6—8月，占總次數(shù)87%，5月和9月分別占總次數(shù)5.7%和7.3%，8月發(fā)生頻次最高，6月次之，7月少于6月，R≥10 mm/h，8月平均為27.1次，6月為25.1次，7月為22.1次，9月和5月分別為7.2次和5.3次，R≥20 mm/h，發(fā)生頻次8月和7月相當(dāng)，平均發(fā)生次數(shù)分別為5.0次和4.9次，6月為4.3次，5月和9月明顯少于夏季；巴州6月出現(xiàn)最多，其次是8月和7月，R≥10 mm/h，6月平均為14次，7月和8月分別為12和13次，R≥20 mm/h，8月最多2.2次，其次是7月1.8次，6月1.5次?？梢娔辖鲄^(qū)域短時強降水月分布有所差異。

3.3 持續(xù)時間

從短時強降水過程可知：各區(qū)域持續(xù)時間差異較大，伊犁州持續(xù)時間最長達15 h，即2016-06-16T18：00—2016-06-17T08：00，有53站次出現(xiàn)短時強降水；阿勒泰地區(qū)持續(xù)時間最長達5 h，發(fā)生在2017-06-30T14：00—18：00；天山和北坡持續(xù)時間最長達12 h，即2016-06-28T18：00—2016-06-29T05：00，有49站次出現(xiàn)短時強降水；南疆西部持續(xù)時間最長達8 h，即2016-08-29T05：00—12：00，有19站次出現(xiàn)短時強降水；阿克蘇地區(qū)持續(xù)時間最長達24 h，出現(xiàn)時間是2013-05-27，為系統(tǒng)性層狀云為主的降水天氣過程并伴有局地對流活動，該地區(qū)短時強降水過程持續(xù)時間大多在4 h以內(nèi)，占總次數(shù)77.1%；巴州持續(xù)時間7 h以內(nèi)達77%，持續(xù)時間在10 h以上為23%，其中降水時間最長為23 h，發(fā)生在2018-06-16T20：00—2018-06-17T19：00且末縣阿羌鄉(xiāng)依山干河，累計降水量59.3 mm，且末南部山區(qū)有14站次出現(xiàn)短時強降水，巴州南和北部山區(qū)有20站次出現(xiàn)暴雨。

4 結(jié)束語

由于新疆占中國面積的六分之一，觀測網(wǎng)比較稀疏，不能滿足業(yè)務(wù)和研究的需求，且具有高山冰川—綠洲—沙漠的復(fù)雜山盆地形和下墊面，區(qū)域氣候差異顯著。對短時強降水的認識，需要對多源衛(wèi)星降水融合和多模式再分析的高時空分辨率降水資料等開展進一步相關(guān)研究，以彌補無觀測站區(qū)域短時強降水的研究，為新疆短時強降水對流生成和演變機制、強對流組織形態(tài)以及預(yù)警技術(shù)等奠定基礎(chǔ)[21]。