1. 宁夏水利优秀论文学术交流汇报 1951-2008 年中国西北干旱区 降水时空变化及其趋势 汇报人：徐利岗 宁夏水利科学研究院 2015.07.10

2. 汇 报 提 纲 一、科学问题的提出 二、研究区概况及研究内容 三、资料及方法 四、降水空间分布结构特征 五、降水多时间尺度分析 六、未来变化趋势分析 七、结论及展望

3. 北半球温带干旱区分布 中国西北干旱区 一、科学问题的提出

4. 1 、科学问题  水分是干旱地区最敏感的生态要素，降水的时空变化对干旱区 植被格局、生态环境及农业生产的影响极为重要。未来西北地 区气候由暖干向暖湿转型，近 50 年是 400 年来降水量最丰沛时期； 西北地区西部降水增加，东部减少；河套地区西北部和东南部 分别以 2%/10a 和 3%/10a 的速度减少。  全球气候变暖已经是不争的事实，在此背景下，影响干旱区水 文、生态系统的关键因子尤其是降水在时、空间又发生了怎样 的变化？水文过程及生态系统又是如何响应的？  绿洲化、荒漠化等干旱区主要陆表过程的变化规律、区域特征， 以及对人类活动和气候变化的响应机制；环境退化与人类活动 和全球气候变化的相互作用机理 。

5. 一、科学问题的提出 2 、项目支持 国家重点基础研究发展计划（ 973 计划）课题 “ 干旱区绿洲 化、荒漠化特征及其时空格局 ” （ No. 2009CB421301 ） 国家博士后科学基金项目 “ 山地 - 绿洲 - 沙漠系统（ MODS 系 统）降水时空变异性研究 ” （ No. 2013M542416) 中国科学院知识创新工程重要方向性项目 “ 北方沙漠 化带典型生态系统的水分有效性与植被适应性研究 ” （ No. KZCX2-YW-431 ）

6. 中国自然地理图中国自然地理图 二、研究区概况及研究内容 研究区概况

7. 贺兰山以西，昆仑 山 - 柴达木盆地以 南，东西 2500km ， 南北 1300km ，占 全国陆地面积 1/4 ； 包括新疆全部、青 海柴达木盆地、甘 肃河西走廊及内蒙 古西部；包含极端 干旱区、干旱区及 半干旱区三种干旱 类型。 二、研究区概况及研究内容

8. 研究内容 在研究区内按照区域代表性（新疆南、北部，河西走 廊、阿拉善高原西北部）、降水代表性（极端干旱、干 旱、半干旱）和资料序列长期可比性等原则选取新疆 56 站、甘肃 18 站、青海 12 站，内蒙古 9 站共计 95 个国家基 准站 1951 年 1 月 -2008 年 12 月计 58 年月降水数据，利用 EOF 法、小波分析、轮次分析法、游程理论、降水季节 性指数及极差分析等方法研究西北干旱区降水空间分布 结构类型、多时间尺度特征及其未来变化趋势。 二、研究区概况及研究内容

9. 资料来源 中国气象数据共享网（ http:// cdc.cma.gov.cn/index.jsp ）下载 新疆 56 站、甘肃 18 站、青海 12 站、内蒙古 9 站共 95 站 1951-2008 年计 58 年月降水数据。 http:// cdc.cma.gov.cn/index.jsp 三、资料来源及方法

10. 研究方法 （ 1 ）空间结构型及变异性分析 自然正交分解法 (EOF) 、旋转经验正交分解 (REOF) 地统计学 - 克里金法（ GS+ 软件、 ARCGIS 软件） （ 2 ）多时间尺度分析 Morlet 小波分析、 轮次分析、游程检验、 R/S 法、降水 季节性指（ SI ） （ 3 ）变化趋势分析 Mann-Kendall 秩次相关法 、气候趋势系数法 三、资料来源及方法

11. 四、降水空间结构特征 前四个特征向量方差 贡献率分别为 48.53% 、 13.44% 、 10.96% 及 8.67% 。第一特征向 量分布属 “ 相间复杂 ” 型，呈北疆区、南疆 区、柴达木区、河西 走廊区及内蒙古西北 部地区，受局部区域 天气系统影响较大； 第二特征向量为 “ 南 北相反 ” 型，北疆荷 载值较大，天山北麓、 河西地区及内蒙古西 北部荷载相对较小。 西北干旱区降水场分区图西北干旱区降水场分区图 根据第一特 征向量方差 贡献率的荷 载分布情况 将西北干旱 区划分为 北疆子区 (BJR) 、 南疆子区 (NJR) 、 河西子区 （ HXR ）、 青海子区 （ QHR ） 内蒙古子区 （ NMR ） 根据第一特 征向量方差 贡献率的荷 载分布情况 将西北干旱 区划分为 北疆子区 (BJR) 、 南疆子区 (NJR) 、 河西子区 （ HXR ）、 青海子区 （ QHR ） 内蒙古子区 （ NMR ）

12. 1 、西北干旱区降水系列周期变化 西北干旱区及 各子区，存在 5 年、 9 年、 12 年、 15 年及 21 年周期，在 1954 年、 1957 年、 1966 年、 1971 年、 1981 年、 1986 年、 1991 年、 1995 年、 2003 年及 2006 年出现丰 枯突变。 五、降水多时间尺度分析

13. 2 、西北干旱区降水丰枯变化特征 各地的极大丰水历时均小于极限枯水历时；平均缺水量约占当地多年降水量的 10.9%( 青海乌兰 )~43.0%( 新疆安德河 ) 各地降水丰枯变化剧烈程度各不相同。 23.251.84672.92.14117.6 内蒙子区 15.936.46510.21.95140.1 河西子区 24.849.26620.62.47154.8 青海子区 13.639.69435.42.6875.4 南疆子区 27.551.578825.11.98183.5 北疆子区 12.630.647409.531.054137.4 全区 平均 缺水量 均值 极限干 旱历时 丰水量均值 极大丰 水历时 负轮次和负轮长正轮次和正轮长 多年平 均降水 项目 站名 五、降水多时间尺度分析

14. 3 、西北干旱区降水持续性特征 站点 H 强度级别站点 H 强度级别站点 H 强度级别 全区 0.770 强北疆子区 0.679 较强南疆子区 0.845 很强 青海子区 0.792 强河西子区 0.629 较弱内蒙子区 0.648 较弱 典 型 站 点典 型 站 点 哈巴河 0.541 很弱库尔勒 0.597 较弱格尔木 0.860 很强 吉木乃 0.659 较强吐尔尕特 0.606 较强诺木洪 0.621 较弱 福海 0.612 较弱乌恰 0.628 较强都兰 0.788 强 阿勒泰 0.606 较弱喀什 0.554 较弱茶卡 0.557 较弱 富蕴 0.655 较强阿合奇 0.640 较强马鬃山 0.529 很弱 塔城 0.557 较弱巴楚 0.544 较弱敦煌 0.564 较弱 各子区赫斯特系数 0.629-0.845 ，降水序列有长期相关特征，未来气候总体变化将 与过去变化趋势一致。北疆、南疆塔里木盆地北部及西北部和青海柴达木盆地东 北部持续性较强；内蒙子区及河西子区降水规律持续性较弱。 五、降水多时间尺度分析

15. 4 、西北干旱区降水稳定性分析 — 年代际、四季变化 50 年代为丰水期， 60-80 年代末期少水期； 90 年代以后降水偏多，至 2008 年累计 偏多 126mm 。春季降水占全年 19.3%-22.9% ，未来呈增加趋势；夏季占 50.6%- 55.6% ，未来也将增加；秋季占 24.4%-26.8% ；冬季 60 年代时最小为 5.1% ，其它 年代 6.0%-8.8% 。 40.0% 地区 SI 值大于 0.8 ，年降水有明显 季节性分布，包括 南疆塔里木盆地东 南缘、柴达木盆地、 河西走廊东北部、 内蒙古西北部等； 北疆阿勒泰和伊犁 地区有明显的雨季， 其他地区伴有短时 枯水季节。 61%RI 值大于 0.7 ， 41% 大 于 0.8 ，年降水分配 规律稳定，年内分 配年际差异较小。 4 、西北干旱区降水稳定性分析 — 季节性指数 五、降水多时间尺度分析

16. 各子区均呈增加趋势，南疆及青海子区通过 0.01 信度检验，北疆通过 0.05 检验；河 西及内蒙子区增加趋势不显著；全区及新疆地区年降水出现不显著波动。青海、河 西及内蒙子区则有下降趋势，与多年均降水的差异将呈逐渐缩小的趋势。 西北干旱区降水变化趋势分析 86.3% 地区呈增加趋势，增幅 16.6mm/10a-0.1mm/ 10a ； 11.6% 呈减少趋势，减 幅 -5.2mm/10a— -0.3mm/10a 。 20.0% 的地区通过 0.01 显著性检验， 48.4% 通过 0.05 显著性检验。北疆、东疆与青海柴达木盆地形成高增幅区；南疆、河西 中南部及内蒙古阿拉善高原西北部形成小幅增加区。 六、降水未来变化趋势分析

17.  利用 REOF 方法将西北干旱区降水场划分为五个分区，即北 疆、南疆、河西子区、青海子区及内蒙古子区；西北干旱区 及各子区具有 5 年、 9 年、 12 年、 15 年振荡周期。  各地极大丰水历时均小于极限枯水历时；单独丰水年概率 54.2% ，单独枯水年概率 41.2% ；连续 4 年丰水概率 5.2% ， 枯水概率 8.4% ；单独丰水年概率高于单独枯水年，连枯年概 率高于连丰年；各分区降水未来变化将与过去变化趋势一致 。  西北干旱区 40.0% 地区降水具有明显季节性分布，且伴有枯 水季节， 61% 地区重现性指数（ RI ）大于 0.7 ， 41% 的站点 RI 值大于 0.8 ，研究区大部分地区年降水分配规律稳定，降水年 内分配的年际差异较小。 七、结论与展望

18.  西北干旱区 86.3% 地区降水量呈增加趋势，增幅为 16.6mm/10a-0.1mm/10a ； 11.6% 地区呈减少趋势，减幅为 5.2mm/10a-0.3mm/10a 。有 20.0% 的地区通过信度 0.01 的显著 性检验， 48.4% 通过了 0.05 的显著性检验。  在全球气候变化大背景下，西北干旱区整体出现增温变暖， 降水增加趋势，且各地区增温或降水增加幅度不同，这些现象 是完全由气候变暖造成还是与人类活动共同作用所致？而在西 北干旱区向暖湿转变趋势下，当地生态系统、水文过程及地表 覆被将如何响应？对当地农林牧业将产生怎样的影响？这些问 题仍需进一步研究。 七、结论与展望

19. 谢谢各位专家， 欢迎提出 宝贵意见！ 徐利岗 2015.07.10