二、新疆的气候环境

(一)新疆降水量变化特征分析

降水是新疆所有形式的地表水、地下水和高山积雪冰川等水体的根本补给源,也是水分循环过程中的一个重要分量。降水量的大小不仅决定着新疆水资源总量,而且其空间分布和时间的变化影响着新疆的水资源分布状况、河川径流形成等,并直接关系到新疆的生态环境与经济社会发展。

根据影响新疆降水量的天气气候特点和地理要素把新疆分为3个特征明显的区域:北疆、南疆、天山山区(海拔不低于1500m,含伊犁河谷,图1)。新疆区域总面积将为164万km2,其中北疆区域面积为33.68万km2,天山山区面积为29.90万km2,南疆区域面积为104.01万km2。

1.年降水量的空间分布特征

新疆区域年降水量的空间分布(图2)基本上呈现北多南少,西多东少,山区多平原少的特征,降水量的大小与地形分布有着十分密切的关系。降水量高值区主要位于天山山区中西段、阿勒泰山区和塔城的塔尔巴哈台山地区,该区域降水量在400mm以上;昆仑山山区降水量明显低于天山山区,降水量在200mm左右;降水量低值区主要在南疆塔里木盆地及哈密南部地区,降水量小于50mm;在哈密北部淖毛湖地区和北疆西部艾比湖地区附近降水量在50～100mm之间。从图2可以看出,200mm以上的降水大多都集中在山区,山区降水量是新疆区域河水径流主要的补给来源之一;两大盆地是降水量比较少的地区。

通过计算得出,新疆约164万km2的区域上降水总量(面雨量)多年平均值为2724.6亿m3,平均多年年降水量为165.5mm。

对各区域年降水量的分布而言,北疆地区面积约为33.68万km2,占全疆总面积的20.5%。北疆地区面雨量年平均值为934.0亿m3,约占全疆总面雨量的34.3%,北疆地区年平均降水量为277.3mm,最大降水区在阿勒泰山和塔城北部的塔尔巴哈台山区,降水量大多在400mm以上;准噶尔盆地是降水的低值区,最小区在北疆西部的艾比湖和东部的淖毛湖地区,降水量约为50mm。由此可见,约占全疆土地面积1/5的北疆地区,其面雨量占到全疆面雨量的约1/3。

天山山区面积约为26.9万km2,占全疆总面积的16.3%。天山山区面雨量平均值为1101.5亿m3,约占全疆总面雨量的40.4%,天山山区年平均降水量为409.1mm,最大降水区在天山中部的北坡一带及伊犁河谷两侧,降水量大多在500mm以上;最小区在东天山和天山西南端的南坡附近,降水量一般在150mm左右,这与过去人们的研究和认识是一致的。

南疆地区面积约为104.01万km2,占全疆总面积的63.2%。南疆地区面雨量平均值为689.1亿m3,约占全疆总面雨量的25.3%,南疆地区年平均降水量为66.2mm。最大降水区在南疆西部山区,降水量约为300mm;最小区在塔里木盆地和哈密南部地区,降水量一般在50mm左右。

上述分析表明,天山山区面积虽小,仅占总面积的16.3%,但所占的面雨量却最大,占总面雨量的40.4%,天山山区的年平均降水量是北疆地区的约1.5倍,是南疆地区的6倍多,说明天山山区是新疆的主要水源区;北疆地区年平均降水量是南疆的4倍多;南疆地区面积很大,分别是北疆和天山山区的3～4倍,但面雨量却明显少于北疆和天山山区,是新疆最干旱的区域。

2.降水总量的季节分布与变化

新疆区域面雨量的年际变化(图3)的线性趋势变化率为185亿m3/10a。面雨量最大年份出现在1987年,高达4061亿m3;最低年份为1985年,约为1964亿m3,相差约2.1倍。面雨量变差系数Cv为0.18,表明总体上讲新疆降水资源年际变化比较稳定。

从不同季节降水量的年代际变化可以看出(表1),春、夏、秋、冬四季降水量均呈现出增多的趋势;增长最明显的是冬季,夏季次之,春、秋两季相当。20世纪80年代中后期至今降水量偏多的趋势明显,1986—2005年比1961—1985年春、夏、秋、冬各季分别增加17.4%、22.2%、17.6%、44.3%,这期间年平均面雨量达3020亿m3,比前期(20世纪60—70年代)多两成以上(21.4%),比45年平均值多10.8%。1987年是降水量异常偏多的年份,为有历史记录以来的最大值,四季均出现明显偏多的趋势。

3.新疆降雨的周期规律和突变事件

最大熵谱分析表明,新疆区域的降水量年际变化存在着3年左右的变化周期。春、夏、秋、冬四季的主要变化周期存在着明显的差异。其中春季主要表现为2年左右的变化周期;夏季是2.8年左右的变化周期;秋季为两个主要周期,分别是2.8年和6.3～7.3年;冬季主要变化周期为6.3年。

突变检验结果表明,北疆地区年面雨量1986年发生了突变,天山山区年面雨量在1990年出现了突变,而南疆地区年面雨量在1987年发生了突变。由此可见,虽然各区域突变时间有所差异,但均在20世纪80年代中后期发生了明显的突变,说明这种突变是全疆性的、大范围的,而不是局部现象。

4.小结

1)新疆区域年平均面雨量约为2724.6亿m3,年平均降水量为165.5mm。

2)从季节分布来看,夏季面雨量最大,约占全年面雨量的54.4%;春季次之,为23.6%;秋季为16.5%;冬季最少,约为5.5%。

3)新疆夏季降水年际变化是四季中最稳定的,而秋季是最不稳定的季节。春、夏、秋、冬四季面雨量变差系数Cv分别为0.30、0.19、0.33、0.28。

4)近45年新疆区域面雨量年际变化呈现出增多的趋势。从季节分布状况来看,增幅趋势最明显的是冬季,夏季次之,春、秋两季相当。1987年以后至今降水量现出明显偏多的趋势,面雨量变化也存在着突变。这种突变是全疆性的、大范围的,而不是局部现象。

5)新疆区域面雨量的变化周期主要表现为3年左右周期振荡,但各季的变化周期存在一定的差异。

6)从空间分布来看,天山山区面积虽然仅占全疆总面积的16.3%,但面雨量却占全疆面雨量的40.4%,该区域年平均降水量为410mm,是新疆主要的水源区;北疆地区次之,占34.3%,年平均降水量为277mm;南疆地区面积最大,占63%,而面雨量却最少,约为25.3%,年平均降水量仅有66mm,是新疆最干旱的区域。

7)天山山区降水年际变化最稳定,变化幅度最小,对新疆水资源的调节起到了关键作用;而南疆地区降水年际变化最不稳定,变化幅度很大,表现出了干旱区的典型特点。北疆、天山山区、南疆3个地区面雨量变差系数Cv分别为0.19、0.16、0.32。

8)北疆与天山山区面雨量的年际变化波动位相十分一致,两者有很高的相关性,相关系数为0.78,说明北疆与天山山区属于同一天气气候系统影响区,而南疆与北疆面雨量的相关系数仅为0.39,反映出南疆与北疆属于不同的气候带。

9)北疆、天山山区面雨量的变化主要表现为3年左右周期振荡,而南疆地区主要表现为7.3年、5.5年和2.4年3个不同周期。