新疆阿勒泰地區(qū)降水變化分析

新疆阿勒泰地區(qū)降水變化分析

0關(guān)于降水變化的研究近年來，由于溫室氣體含量顯著增加，世界增暖方向是一致的。在世界氣候變化的背景下，我們必須加強(qiáng)對(duì)該地區(qū)正常生產(chǎn)和生活的研究。氣候變化的區(qū)域特征可以從不同的氣候因素中考察。降雨量是描述當(dāng)?shù)貧夂蚝蜌夂蜃兓闹匾笜?biāo)。它的變化特征不僅與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)密切相關(guān)，而且長期的水分變化趨勢。這對(duì)于區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和土地利用的決策也很重要。因此，國內(nèi)外科學(xué)家在降水變化特征、影響因素、模型模擬、水分衛(wèi)星測量等方面進(jìn)行了大量研究。一些科學(xué)家在樹木輪作期間進(jìn)行了密切的降水重建。當(dāng)上升到垂直氣柱中時(shí)，可能會(huì)收集所有這些水，并將其積累在氣柱底部。這是研究大氣輻射、吸收和全球熱量分布的重要因素。一些科學(xué)家在這方面進(jìn)行了研究，加深了對(duì)中國降水氣候過程的了解。新疆阿勒泰地區(qū)是地理位置和經(jīng)濟(jì)地位都非常重要的邊境地區(qū),而對(duì)于此地氣候變化的研究較少.為此,本文對(duì)阿勒泰地區(qū)7個(gè)站點(diǎn)近47a降水量變化情況做了一次全面的分析,并計(jì)算了可降水量和降水轉(zhuǎn)化率,由此得出阿勒泰地區(qū)47a來的降水量、可降水量的變化特征及降水能力,以期更好地理解本區(qū)域各地多變的降水氣候.1地面汽壓的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ嚼?961-2007年阿勒泰地區(qū)7個(gè)氣象站點(diǎn)(阿勒泰,富蘊(yùn),黑山頭,吉木乃,布爾津,福海,哈巴河)(表1)的氣象觀測資料,計(jì)算阿勒泰地區(qū)年、季平均降水量,利用計(jì)算的降水量時(shí)間序列,以時(shí)間為自變量,降水量為因變量,建立一元回歸及六階線性擬合方程;計(jì)算模擬序列與原序列的相關(guān)系數(shù)、氣候變化傾向率;建立5點(diǎn)及10點(diǎn)平滑方程,比較分析其變化趨勢;并利用統(tǒng)計(jì)軟件計(jì)算了年、季之間的相關(guān)性.利用1961-2007年阿勒泰地區(qū)7個(gè)氣象站點(diǎn)的平均水氣壓資料,計(jì)算可降水量及降水轉(zhuǎn)化率.從文獻(xiàn)擬合結(jié)果與對(duì)應(yīng)探空資料計(jì)算的可降水量對(duì)比分析來看,在我國西北地區(qū)地面水汽壓計(jì)算的可降水量值與探空資料的計(jì)算結(jié)果相關(guān)性普遍高于地面露點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果.所以,本文采用地面水汽壓的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ?反映整層大氣可降水量同地面水汽壓普遍的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式為:W=a′0+a′1e+a′2e2(1)W=a′0+a′1e+a′2e2(1)式中:W為整層大氣可降水量(mm);e為地面水汽壓(hPa);a′0,a′1,a′2為經(jīng)驗(yàn)系數(shù).除華南地區(qū)以外,我國大部分地區(qū)a′2≈0,則W與e呈線性關(guān)系,式(1)為:式中:a′0=?????????????????????0.03exp(?1.39H2+2.74H+0.15)(青藏高原以外,φ≥33°)0.04exp(0.6H)?d1+d2(青藏高原以外,φ<33°)?0.02(青藏高原范圍內(nèi))a′1=?????????????????????0.07+d3(青藏高原以外,φ≥33°)(0.20?d3)d4(青藏高原以外,φ<33°)0.185exp(0.11H2+0.995H+1.980)(青藏高原范圍內(nèi))a′0={0.03exp(-1.39Η2+2.74Η+0.15)(青藏高原以外,φ≥33°)0.04exp(0.6Η)-d1+d2(青藏高原以外,φ<33°)-0.02(青藏高原范圍內(nèi))a′1={0.07+d3(青藏高原以外,φ≥33°)(0.20-d3)d4(青藏高原以外,φ<33°)0.185exp(0.11Η2+0.995Η+1.980)(青藏高原范圍內(nèi))其中,式中:Φ為地理緯度(°);H為海拔高度(km).2結(jié)果與分析2.1阿勒泰地區(qū)的降水量變化2.1.1年降水量的變化趨勢圖1和圖2分別是阿勒泰地區(qū)年平均和季平均降水量年際變化,可以看出阿勒泰地區(qū)年、季平均降水量總體呈上升趨勢的,夏、冬季較為明顯.6階多項(xiàng)式擬合的年平均降水量曲線則反映出1961-2007年期間降水量波動(dòng)比較明顯,并且,它很好的反映出了60年代初期到70年代初,80年代到90年代中期以及2000年后至目前四季相對(duì)多雨,70年代初到80年代相對(duì)少雨的特征;5點(diǎn)平滑曲線反映出60年代初到70年代初,80年代到90年代中期以及2000年后降水量呈遞增趨勢,也是夏秋、冬季雨水最多的時(shí)期,而70年代初到80年代初是降水量減少的一段時(shí)期,但卻是春季雨水最多的時(shí)期;10點(diǎn)平滑曲線則反映出阿勒泰地區(qū)1963年、1974年、1982年為相對(duì)的少雨年份,年平均降水量都在110mm以下,并在1974年達(dá)到最低96mm.1969年、1984年、1987年、1992年、1993年、2001年、2005年、2007年為相對(duì)的多雨年份,并在1993年達(dá)到最大值271.8mm.從計(jì)算結(jié)果看,阿勒泰地區(qū)的年及春、夏、秋、冬季降水量變化的傾向率和相關(guān)系數(shù)均為正值,它們的傾向率分別為12.871mm·(10a)-1、2.529mm·(10a)-1、3.274mm·(10a)-1、2.468mm·(10a)-1、4.604mm·(10a)-1,相關(guān)系數(shù)值分別為0.412、0.230、0.179、0.243、0.502.進(jìn)行顯著性水平檢驗(yàn),得到降水量年度和春、夏、秋、冬季的相關(guān)系數(shù)值分別為0.599、0.813、0.584、0.443,皆通過了0.01的顯著性檢驗(yàn),夏季對(duì)阿勒泰地區(qū)年降水影響最為顯著.由以上分析可以看出,在全球氣候變暖的大背景下,阿勒泰地區(qū)的降水全年總的趨勢是在增多.近20a來,年降水的演變特點(diǎn)與柴達(dá)木盆地的基本一致,即20世紀(jì)80-90年代年降水比60-70年代明顯增多,2000年以后比90年代中后期明顯增多,基本氣候條件有向暖濕化發(fā)展的趨勢;季降水量在分配上發(fā)生了變化,表現(xiàn)為四季降水都呈逐步增加趨勢,但春、秋季增加較緩慢.2.1.2降水、降水能力從表2可以看出阿勒泰地區(qū)年降水量的空間分布較為不均勻.其中,吉木乃和阿勒泰站最多,達(dá)到219.8mm和209.1mm,而福海最低僅為125.2mm,比吉木乃少近100mm.春、夏季對(duì)吉木乃降水貢獻(xiàn)均最大,而阿勒泰的秋、冬季最大,全年降水量最少的福海四季的平均降水量也最低;各站點(diǎn)冬夏季降水量差異較大,黑山頭最為明顯.總體來說,阿勒泰地區(qū)降水量的空間分布為:由冬季到夏季,各地平均降水量皆呈增加狀態(tài),且平均降水量自南向北遞增,自西向東逐漸遞減.2.2阿勒泰地形可累積降水量變化2.2.1年際平均可降水量的年際變化氣柱中的可降水量僅表示該地降水的潛力,它和實(shí)際降水量不同,特別是對(duì)短時(shí)間內(nèi)的降水.對(duì)短期降水預(yù)報(bào)而言,大氣可降水量的升降趨勢及幅度十分重要.對(duì)長時(shí)間尺度而言,平均說來,某地的氣柱可降水量只有一小部分能轉(zhuǎn)化為實(shí)際降水.圖3為阿勒泰地區(qū)年平均可降水量年際變化.從擬合直線中可以看出阿勒泰地區(qū)年際平均可降水量總體呈上升趨勢,90年代最為明顯.6階多項(xiàng)式擬合的年平均降水量曲線則反映出從1961-2007年降水量波動(dòng)比較明顯,并且它很好的反映出60年代初期到70年代初,80年代中到90年代末期四季相對(duì)多雨,而70年代初到80年代中相對(duì)少雨,2000年后可降水量略微降低的特征;5點(diǎn)平滑曲線反映出60年代初到80年代初及2000年后可降水量呈遞減趨勢,而80年代初到90年代末是可降水量急劇增加的一段時(shí)期;10點(diǎn)平滑曲線則反映出阿勒泰地區(qū)1967年、1973年、1974年、1984年為相對(duì)的少雨年份,年平均可降水量都在280mm以下,并在1973年達(dá)到最低269mm;1997年、1998年、1999年2002年為相對(duì)的多雨年份,并在1999年達(dá)到最大值353mm.這與實(shí)際降水量變化基本吻合.2.2.2福海、吉木的最大特點(diǎn)從表3可看出年可降水量布爾津和福海站最多,達(dá)到352.2mm和345.2mm,而黑山頭最低僅為265.0mm.所有站點(diǎn)的可降水量夏季最大,秋季次之,冬季最小.其中,春季布爾津和哈巴河最多,夏季對(duì)布爾津降水貢獻(xiàn)最大達(dá)176.1mm,而秋、冬季是福海和吉木乃的最大;冬夏季可降水量差異較大,布爾津最為明顯,差距大152.5mm.總體來說,阿勒泰地區(qū)可降水量的空間分布為自山區(qū)外圍向山區(qū)中心遞增.比較表3與表2可以看出,降水量的空間分布與可降水量有很多的不同.夏季降水量大,冬季降水量小是一致的特點(diǎn),但降水量的大值區(qū)卻與可降水量的小值區(qū)對(duì)應(yīng),例如福海的降水量最低,而可降水量卻很高.這主要可能是因?yàn)橐环矫婵山邓颗c當(dāng)?shù)氐臍夂蛴嘘P(guān),另一方面其和大氣厚度也有關(guān).山區(qū)站海拔高,而且大氣中的水汽主要密集于對(duì)流層中下層,所以降水量多的地區(qū)的可降水量未必一定大.另外,降水是一個(gè)復(fù)雜的過程,水汽、動(dòng)力抬升和不穩(wěn)定能量3個(gè)條件缺一不可.大氣通過水平輸送和動(dòng)力抬升作用將落區(qū)周圍對(duì)流層中低層水汽在落區(qū)上空匯集、抬升、凝結(jié),所以降水量和可降水量不是簡單的對(duì)應(yīng)關(guān)系.2.3降水轉(zhuǎn)化率及降水效率降水云體中產(chǎn)生的降水量與云體中凝結(jié)出的水量的比值稱為降水效率或降水轉(zhuǎn)化率,各地不同的可降水量的降水轉(zhuǎn)化率是造成各地多變的降水氣候的原因之一.降水轉(zhuǎn)化率與水資源的開發(fā)有直接關(guān)系,因?yàn)槟壳翱罩兴Y源開發(fā)的主要手段是人工增水,其核心方法是在沒有改變降水過程宏觀機(jī)制的前提下,改變了云系的微物理結(jié)構(gòu),什么類型的云系中水汽向降水的轉(zhuǎn)化效率高,可以通過降水效率來衡量.研究表明,夏季我國青藏高原地區(qū)的降水轉(zhuǎn)化率最高,然后,從南到北,再到西北內(nèi)陸地區(qū)的降水轉(zhuǎn)化率幾乎是逐漸減小的.根據(jù)降水轉(zhuǎn)化率(PCE)公式:PCE=降水量(月\,季\,年)可降水量(月\,季\,年)×1000(3)ΡCE=降水量(月\,季\,年)可降水量(月\,季\,年)×1000(3)PCE表明了可降水總量能夠轉(zhuǎn)化成降水的比率,其可以大致衡量一個(gè)地區(qū)某一段時(shí)間水汽向降水轉(zhuǎn)化效率的高低,不同的地區(qū)所具有的水汽向降水轉(zhuǎn)化的能力是不同的.通過計(jì)算可看出(圖4),阿勒泰地區(qū)的降水轉(zhuǎn)化率在281.5‰～940.3‰之間變化,47a總體呈上升趨勢,且相對(duì)而言,冬季的降水轉(zhuǎn)化率較大.同時(shí)可以看出,黑山頭和吉木乃的降水轉(zhuǎn)化率較大,福海的較小.上述結(jié)果表明阿勒泰地區(qū)具有一定的增水潛力,夏季增水潛力較大,冬季較小.3阿勒泰地區(qū)2年生后降水時(shí)間分布從以上分析中可以得出下列結(jié)論:(1)阿勒泰地區(qū)年降水量在時(shí)間上有增多趨勢,夏、冬季節(jié)降水明顯增加,而春、秋季則增加較緩慢;空間上,則表現(xiàn)為自南