1 降水量
1.1 新疆的年降水量
1.1.1 年降水一般分布
新疆是干旱地区,全新疆的年平均降水量只有146mm,为我国降水量平均值的1/4。新疆各地的降水分布很不均匀,表现为新疆山区降水多于盆地,北疆多于南疆,西部多于东部。若以天山脊为界,将新疆划分为南北两区,北疆面积占全疆面积27%,平均降水深度255mm,南疆面积占全疆的73%,平均降水深度106mm,即北疆平均降水深度为南疆2倍多。南北疆平原区相比较,北疆伊犁河谷、塔城盆地年降水量250～350mm,准噶尔盆地降水量150～200mm,降水少的地区为三塘湖、天山尾闾淖毛湖一带约10～30mm。南疆塔里木盆地北部、西部边缘为50～100mm,东部和南部不足50mm。且末、若羌仅20mm左右。
南北疆山区降水量的分布:北疆阿尔泰山、沙吾尔山、塔尔巴哈台山、巴尔鲁克山、伊犁河谷的山区、天山北坡中山带年降水量400～600mm,有的迎风坡山区超过800mm。天山南坡、昆仑山、帕米尔中山带200～300mm,少数中山区达400mm。阿尔金山区降水约100mm左右,见图2.3.1。
新疆降水少于东部同纬度地区,与西部中亚地区对比,新疆盆地降水也偏少,而塔克拉玛干沙漠区是该纬度带最干的地区。
根据马力分析,新疆年降水量小的地方占的面积大,年降水量与其笼罩的面积为负指数函数的关系。
1.1.2 年降水量最多和最少的地方
新疆年降水量最多的地方,在巩乃斯河流域,巩乃斯雪害研究站年平均降水量达827.0mm(海拔1776m),1970年曾达1140mm,而新源那拉提,1979年达877.0mm。阿尔泰山区中部森塔斯(仅有1958～1960年资料)年降水量608.3mm(海拔1986m),居第二位;天山北坡开垦河降水量为571.0mm(海拔2160m),居第三位。
图2.3.1 新疆全区年降水量分布(mm)
由树木年轮水文研究推断(重建):历时300年内,最丰期(1924～1959年)在巩乃斯河中上游,重建值达1200mm(海拔2200～3000m)。
新疆是极端干旱区,例如塔里木盆地东南区且末年降水量为22.5mm,若羌23.9mm,吐鲁番14.7mm,天山尾闾淖毛湖只有13.6mm(1960～1980)(海拔498m)。新疆降水最少的地方为吐鲁番盆地托克逊,也是中国降水最少的地方,年降水量仅有6.6mm。据中国科学院综合考察队资料,位于吐鲁番盆地最南部却勒塔格山下的库鲁克沙漠,寸草不生。另罗布泊东南有一地方,被称为“愚公屯”,也没有降水痕迹,只有古代风蚀地和石膏层。
1.2 降水量的季节分布
从上表2.3.1中可以看到新疆降水在四季所占的百分比。新疆雨雪主要是降落到山区和山麓(见第2篇第6章),而山区的雨雪主要降落在6～8月(夏季),这个特点越到高山越突出(见图2.3.2)。南疆平原夏季降水量最多,约占全年30～50%,春季次之,冬季最少。
图2.3.2 乌鲁木齐大西沟的年降水量分布(降水集中在6~8月)
另外,地中海(见图2.3.3a伊斯坦布尔图)冬季多雨而夏雨少,再向东到中亚(塔什干图)则转为冬春多雨夏季少,而中亚以东的新疆西部(伊宁图)转为春雨多。到东天山则夏雨多,好像是“多雨季”缓慢东移(见图2.3.3)。
a.伊斯坦布尔年降水量分布
b.塔什干年降水量分布 c.伊宁年降水量分布
图2.3.3 地中海、中亚、新疆西部降水量分布(a.b.c)
1.3 山区降水
正确认识山区降水对于消除新疆河水来自冰川的误解有重要意义。
1.3.1 新疆各山区年降水量
新疆全境降水总量是2429×108t/a。其中降落在山区(71×104km2)的雨雪占84%,达2048×108t/a 。
新疆山区降水量分为五大体系,可分为:① 阿尔泰山系:年降水等值线呈西北-东南向,最大降水带在中山地带,降水量约400～500mm,海拔高度1900～2400m。② 准噶尔界山:乌什库门尔克尔山、萨吾尔山、塔尔巴哈台山、扎依尔山、玛依尔山等,这些山区迎风坡降水量达300～400mm,背风坡可减少150～200mm不等;③ 天山西部-伊犁河谷区:降水量等值线走向沿山脉河谷自西向东,北坡(迎风坡)等值线密集,南坡稀疏。中山带有个最大降水带,北坡位于1500～2500m、南坡位于2000～3000m的区域。最大降水约为500～800mm;④ 天山山系:降水等值线沿山坡呈东西向,西低东高,北坡低、南坡高。最大降水带的年降水量值,天山北坡400～600mm,天山南坡约200mm;⑤ 昆仑山-阿尔金山系:降水等值线走向呈东西向,最大降水带降水量等值线为150～200mm,海拔高度约3000～4500m,降水量西部偏大,东部偏小。
1.3.2 山区最大降水带的一般概念
“新疆干旱”主要是指它的盆地(含沙漠)的降水量十分稀少。当我们从盆地走进山麓,再进入山区以后,其降水量会出现随海拔高度的增加而增多的现象(很多高山地区都如此)。由于新疆山区降水量偏大,有时称新疆山区称为“湿岛”。新疆所有年降水量大的地方都出现在山区。
如果山的高度不太高,就仅看到降水量随高度而增加的现象。但是高山上冷,空气含水量迅速减少,这又是降水量减少的因素。所以有“高山”的地方,降水量随高度增加到一定的高度以后,降水量就不再增加而转为减少。显然,降水量不再随高度而升高,也就表明哪个高度上的降水量是最大的(比上边、下边都大)。这个降水量最大的位置称为最大降水带。“最大降水带”所在的高度在不同的地方是不同的。
1.3.3 新疆山区降水的垂直分布
在天山北侧的年降水量随高度的分布图上(见图2.3.4),可以清楚地看到从海拔500m的年降水量127mm/a开始随着高度增加,年降水量一直增加到2000～2300m高度的534mm/a。它清楚的表示了中山地带存在着一个年降水量比低层、上层都大的最大降水带。
1.3.4 最大降水高度的季节变化
实际的山区降水量最大高度带的高度是随季节变化而变化,一般为冬季低暖季高。以天山北坡乌鲁木齐附近的情况分析,冬季最大降水带海拔一般900～1300m,约从乌鲁木齐市区至山麓,冬季是最大降水带的高度最低的季节,其最大降水带降水量为40～60mm。春季最大降水带大约上升到2000m附近,其降水量约90～120mm。夏季最大降水带继续上升,估计位于2500m或者更高一些,6～8月合计降水量接近300mm。秋季最大降水带与春季最大降水带海拔高度相同,其降水量比春季少。
图2.3.4 年降水量随高度的分布(天山北侧)
1.3.5 最大降水带与植被
山区降水的垂直变化也反映在山区的植被分布上。如天山北坡降水量最多的高度在海拔1700～3200m附近,其雨量约500mm。那里能满足天山云杉、落叶松等针叶林的生长,于是最大降水带也就是山腰上的森林带。而在1700m以下、3200m以上,均是草原带,这一区间,6～8月降水量在160mm以上,多是好的草原区域。年降水量在300mm以上的地方是较好的草原区,而年降水量在300～200mm水平时,只能形成荒漠性草原,覆盖率低,牲畜承载量小。在昆仑山、青藏高原很少能达到300mm的年降水量,一般在100～200mm,多为荒漠草原,是适于大牲畜粗饲料型草蒿类。
1.3.6 如何辨识和确定最大降水带
最大降水带的形成与地形、不同季节水汽的垂直分布、大气的环流活动、垂直气流都有关。小地形也是影响辨认和确定它的一个重要环节,尤其在进行观测站点的选择时,它与坡面的坳、陷、平台等小地形有关,这些小地形将会降低垂直气流的抬升力。
若没有观测记录而作一般推估时,可依据山地的植被进行衡量,一般在森林区,可作为最大降水带。在干旱区,半固定沙丘区,有耐旱植物生长的沙丘最高上限或耐旱植被最多地带,即作为沙丘最大降水带。这是以指示植物作为最大降水带判断方法。而最直接的方法是设立一定数量的雨量站,进行几年的观测,即可发现最大降水带的降水量和它所在的海拔高度。
1.3.7 不同坡向的最大降水带的分布
由于坡向不同,最大降水带的高度也差别很大,青藏高原、帕米尔高原、天山、阿尔泰山均如此。一般说,迎风坡最大降水带海拔低,背风坡比迎风坡高,例如天山北坡最大降水带的高度约1800～3500m,天山南坡约2500～4000m间。由于所在位向、季节等不同,都有着不同变化,但迎风坡最大降水高度总低于背风坡的高度。
1.3.8 帕米尔高原的最大降水带
帕米尔高原东缘在塔里木盆地西部,应属于背风干旱区。降水最大高度带较天山背风坡偏高,一般在3500～4500m之间。
帕米尔高原西侧在吉尔吉斯斯坦共和国,大地形为迎风坡向。最大降水带的年降水量400～500mm,个别可达800mm。可分为三种类型:① 开阔地和迎风坡,在不足1000m处降水量开始递增,但递增较慢,至2500m后,呈迅速增加,至3400m处,可超过850mm,形成丰湿润区域降水量。② 相对封闭谷地:谷底起始海拔1500m附近至2000m,降水随高度增加缓慢,至2500m后,迅速增加,至3900m处,降水量达800mm以上,仍为半湿润区降水量。③ 局地区域,有封闭的盆地、峡谷、背风坡等地形,降水量从海拔2800m开始递增,至3600m,较快递增,至4400m达到最大值,降水量可达400mm,这种变化和中国境内帕米尔背风坡相似。降水量显然高于中国帕米尔高原东侧的背风坡。
1.3.9 青藏高原降水带分布
青藏高原位于30°～40°N间,其年降水分布特点是:外围少雨,边缘多雨,内部降水是东面多雨西边少,最大降水带绕缠腰间,中小地形有局部的影响。
从年降水量图知(图略),高原外围少雨带,从恒河谷向西北,经塔尔沙漠、伊(朗)、阿(富汗)边境,再沿60°～65°E之间到中亚沙漠,折向东,经塔克拉玛干大沙漠,古尔班通特沙漠,中蒙边界到105°E附近,向南经陇中、南到四川盆地后达滇北。
沿高原边缘是多雨带,从喜马拉雅山南坡起,西经帕米尔高原、沿高原北缘、至祁连山是高原坡度最大地带,有着上升气流作用。它像一条腰带围绕高原周围。南坡降水在1000～2000mm,而北坡则30～100mm,最多降水量在东南坡,达5000mm以上。
1.3.10 高山冰雪区有无第二最大降水带问题
高山地区气象资料比较少,不同部门的研究人员利用不同的数据,做不同的订正,如认为目前的降雪观测用的雨量筒没有防风圈,这对于降雪多,风比较大的高山区就使测量到的降水量有系统性的偏小等等,于是有人提出过新疆山区存在两个最大降水高度的观点。对此,需要有更多的资料和开展深入的研究和论证。
1.4 沙漠降水
过去沙漠地区没有气象资料,人们凭想象认为那里降水少,没有暴雨。上世纪80年代以来在那里设立气象站,陆续有了比较连贯的气象资料。
1.4.1 沙漠的暴雨和临时“湖泊”
在塔里木盆地的满西(40°06′N,83°06′E)1998年7月23日08时至7月24日08时,24小时降水达28.6mm。从23日22时15分至23时03分,48分钟内降水达19.6mm。当时有雷暴,地面风向西北风,后转为北风,这是塔克拉玛干沙漠罕见的暴雨。7月23日20时,500hPa知,满西上空为一倾斜槽,有较大不稳定能量积聚,700hPa上,库车至安迪河温度差大,这是触发不稳定能量的有利条件。随着低槽东移,槽前不稳定能量释放,对流加强,积雨云发展,致使暴雨产生。
暴雨使地表面积水5cm,持续时间2天,石油营房前积水,有人称为沙漠“湖泊”。沙漠腹地沙层厚度可达几十米甚至几百米,仅仅28mm的降水,何足以渗透沙层?其实在沙漠区沙层下面,覆盖一层第四纪黄土层,当石油工人进入营地后,吊车、汽车、推土机等,将黄土层上面沙层刮去,又经车辆压实,致使黄土层较坚实,不易渗水,由此产生临时“湖泊”
在迎风坡的拗陷地的确可积水数日,致使芦苇根部横生竖长,这也是沙漠奇观。
1.4.2 低山、高沙丘“最大”降水高度带
一般讲,低山相对高度在100m左右,形成一山体时,在山体中部,降水量多于山顶,也多于山麓或平原区。沙丘也具有同样的分布特征。现以塔克拉玛干沙漠腹地塔中一井(海拔1118.0m)所测资料佐证之。
塔中一井营地正南,有一沙丘相对高度约80m,共设置三个降水量测点,即山顶、北山坡腰(相对高35.0m),塔中气象站(相对山间洼地高约10.0m之余)。1999年8月起,作了三次降水量值观测,(小量降水不计算)结果均显示出降水量在大沙丘中间有一最大值,其百分比在山腰处,可达44%,其次是沙山顶部。这测值是在迎风坡测的,在背风坡没有设点。推估,降水随高度分布差异较小。
1.4.3 小山丘小沙丘降水分布
小山丘,指直径在10m左右,高度在2m左右的小丘体,或者是锥形沙丘,它的降水分布不同于低山和大沙丘。首先,最多降水不在迎风坡,而是在小丘体的背风坡。降水量最少的地方不在迎风坡,而是在山顶后面的右方坡地,且靠近山顶区。而山丘两侧,是次小区。这种分布和大地形山地降水是相反的。
在起伏的向风面和山顶,风速大,且有上升风速的分速;在背风面,风速小且有下降风速的分速。在向风面风速大,雨滴、毛毛雨、雪花不易停留,山顶风速更大,降水少,将雨滴、雪花带到背风坡,风速减小,雨滴、雪花降落。这一结论在国内外都得到证实。
小山丘或起伏地形,随着山丘面积和高度之比,也相应的扩大。但它仍属起伏小地形的范畴。
1.5 降水的统计特征
1.5.1 降水资料的一般格式
降水是时有时无的气象要素,而且它的数量变化很大。关于它的记录和分析比连续变化的气象变量(如温度)就要复杂一些。体现降水的信息格式有:在天气图(地理底图)上给出某时刻的正在降雨的区域、一个阶段(1天或者旬、月、年)降水量等值线图。在单站降水数据基础上的很多特征量:平均值、降水变率、离差系数、标准差、偏态系数等等。在气象部门的统计报表上还可以找到一日最大降水量、一次最长连续降水的日数和雨量、各种级别的日降水量的出现次数、最长的无雨日数等。
水文部门要面向防洪和工程建设的保证率,对历史上的最大降水、24小时、12小时、6小时、1小时的最大降水量和一定的流域内的降水的维持时间、笼罩面积、降水量的关系都十分关心,并且开展了专门分析。而降水的出现概率在工程和天气预告上都有实用意义。
这些关于降水的统计对象,有的比较容易从基本报表中得到,有的要开展专门的分析研究才可能得到结论。下面介绍几个统计特征量。
1.5.2 降水变率
降水变率是描述降水量的相对变化(变化程度)的一种特征量,用百分比表示,它是当年降水ri(年,或者月)与多年平均值
年降水量的变率一般要比月降水变率小。在新疆地区降水变率还有降水量大的地区降水变率小的特点。新疆降水量山区比盆地大,那里的降水变率小。
北疆额尔齐斯河流域、伊犁河流域、准噶尔盆地南缘的天山北麓,年降水变率很小,一般在18～25%之间。南疆沿天山南麓地区为28～35%,吐鲁番和塔克拉玛干沙漠腹地区可达50～60% 。
月降水变率分布规律和年降水变率相似,但比年变率大40～70%,个别月份可达150%以上,托克逊2～4月非常大。
新疆平原区降水变率与中国同纬度(东部区)比较偏大,北疆准噶尔盆地区比东北松辽平原高出5～10%,南疆塔里木盆地区比同纬度华北地区大10～20%。
1.5.3 降水变差系数Cv
描述变量相对变化的另外一个特征量是统计学中的变差系数Cv ,它可以用于变量大于0的情况(如降水),不能用于变量平均值为0,或者负值的场合(如摄氏温度)。其公式为
σ是变量的标准差。研究发现新疆各地的年降水变差系数Cv与年平均降水量
(张学文)
1.5.4 一日最大降水量
新疆干旱,大范围的大降水过程比较少。但是小范围的强降水时有发生。1963年6月13日塔城盆地的哈拉依敏水文站4小时降雨122.1mm。1981年若羌7月5日14小时下了73.5mm的暴雨,为年降水量的4倍。
新疆一日最大降水量(以北京时间20时为日界)出现在天山北坡的天池,达95.3mm(1978年6月12日)。另据《新疆降水概论》记载,调查资料,和田排孜互提在80分钟内降水量达130mm(1980年5月23日)。北疆一日最大降水量为40～80mm,南疆35～75mm,山区要超过这些测值。
由于“24小时最大降水量”可以不在固定的北京时间20时到20时这一时间段做统计,从而应当统计出更大的最大降水量,统计显示有的地方它可以比20～20时的最大降水量大一倍。
无论一日最大降水量、还是24小时最大降水量,对设计水库库容、水坝、公路、铁路、航道的涵洞、桥梁、城市地下水、水力发电、溢洪道建设、防汛、浮桥、集输管道等,都是必须考虑的。
联系客服
