王澄海 張晟寧 李課臣 張飛民 楊凱

蘭州大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院/甘肅省氣候資源開發(fā)及防災(zāi)減災(zāi)重點實驗室/蘭州大學(xué)地球系統(tǒng)模式研發(fā)中心，蘭州 730000

1 引言

西北干旱區(qū)地處歐亞腹地，毗鄰青藏高原，地形、地貌特殊，地表過程復(fù)雜，荒漠、風(fēng)沙多，干旱缺水、生態(tài)環(huán)境脆弱。西北地區(qū)大部分為干旱和半干旱地區(qū)，地理上屬于溫帶大陸性氣候和高寒氣候，東南部分地區(qū)為溫帶季風(fēng)氣候。

目前，全球正在經(jīng)歷著一次以升溫為主的變化（IPCC,2013），但全球各地的局地響應(yīng)不盡相同。有研究指出，中國西北地區(qū)也正在經(jīng)歷著一次暖干向暖濕的轉(zhuǎn)變，并預(yù)計西北地區(qū)東部在21世紀(jì)上半葉會向暖濕轉(zhuǎn)變（施雅風(fēng)等,2002,2003）。20世紀(jì)資料的分析研究表明，西北地區(qū)在1986年左右發(fā)生了一次明顯的氣候躍變，躍變后西北地區(qū)的年降水總量增加了52%，夏季降水量增加了68%（于淑秋等,2003）。Sui et al.（2013）對西北地區(qū)1961～2009年降水分析后認(rèn)為，西北地區(qū)冬、春季的降水量有增加的趨勢。分區(qū)域的研究表明，西北東部不同強(qiáng)度的降水都出現(xiàn)了減少，而西部除弱降水外，其他強(qiáng)度的降水都增加（陳冬冬和戴永久,2009a）；降水量的空間分布差異明顯，6～8月西北西部降水增多、東部降水減少（陳冬冬和戴永久,2009b）；年降水的變化也有此特征，西北東部干旱化趨勢增強(qiáng)（任國玉等,2005;魏娜等,2010;趙傳成等,2011;楊瑜峰,2014）。馬柱國和符淙斌（2006）指出，20世紀(jì)80年代以后，西北東部地區(qū)極端干旱事件發(fā)生的頻率有明顯增加。而西北西部的新疆地區(qū)，近幾十年增暖和降水增加存在季節(jié)上的不對稱性（Wang et al.,2020）。

西北地區(qū)降水具有顯著的周期性。西北地區(qū)春季（3～5月）降水量具有準(zhǔn)3 a、準(zhǔn)5～7 a等周期的年際變化特征，年代際特征表現(xiàn)為20世紀(jì)60年代雨量偏多，70年代進(jìn)入少雨期，一直持續(xù)到80年代中期，此后又進(jìn)入多雨期，90年代中期雨量相對偏少（韋志剛等,2000;王澄海等,2001;任宏利等,2004）。降水周期隨時間的變化具有顯著的區(qū)域性，也具有多平衡態(tài)和非周期性振蕩的特點（王澄海和崔洋,2006）。在過去60年間，西北地區(qū)降水的周期性特征在年際和年代際尺度變化上也具有貢獻(xiàn)。

徐棟等（2016a,2016b）研究表明，1956年以來西北地區(qū)各季節(jié)降水增加是由于蒸發(fā)增大和水汽輻合增強(qiáng)引起。由于西北地區(qū)的干旱半干旱特征，降水與蒸發(fā)量之間關(guān)系緊密，降水再循環(huán)率較高（Li and Wang,2020a）；同樣的現(xiàn)象出現(xiàn)在青藏高原東部地區(qū)降水中的再循環(huán)率增強(qiáng)（Guo and Wang,2014）。任國玉等（2016）研究也指出，1961～2000年間西北地區(qū)的降水增加是由于西北地區(qū)東側(cè)向外輸出的水汽減少，但大氣可降水量的增加并不顯著。Li et al.（2018）、Li and Wang（2020b）研究了北半球干旱區(qū)的降水再循環(huán)率，認(rèn)為干旱區(qū)的降水中有10%～15%來自于干旱區(qū)內(nèi)部的內(nèi)循環(huán)，與降水充沛地區(qū)相比，干旱區(qū)降水再循環(huán)率更高。

研究也表明，未來西北地區(qū)降水會持續(xù)增加。根據(jù)7個全球氣候系統(tǒng)模式對21世紀(jì)未來降水進(jìn)行預(yù)測，趙宗慈等（2003）認(rèn)為未來西北地區(qū)降水可能增加4.8～6.0 mm(10 a)?1。溫室氣體及硫化物氣溶膠增加情況下的數(shù)值試驗表明，未來西北地區(qū)降水將增加1.5～3.9 mm (10 a)?1，西北地區(qū)西部夏季降水增加明顯，而西北地區(qū)東部夏季降水呈減少趨勢（徐影等, 2003;張存杰等,2003）。利用周期疊加外推，對2006～2026年降水、溫度可能變化的預(yù)測表明，西部干旱（半干旱）區(qū)的溫度將會按照0.6°C(10 a)?1上升，西部干旱（半干旱）區(qū)的降水有少許增多的趨勢，約為7.7 mm (10 a)?1（王澄海等,2012a,2012b）。Yin et al.（2020）根據(jù)3種區(qū)域氣候模式的預(yù)估，在RCP（Representative Concentration Pathway）4.5、RCP8.5情景下，西北地區(qū)未來（2020～2045年）年降水量相比1980～2005年平均降水量增加約9.1 mm (10 a)?1、13.6 mm(10 a)?1。

上述研究結(jié)果表明，在全球變暖的背景下，過去近60年來，西北地區(qū)的降水出現(xiàn)了增加趨勢。但是，西北地區(qū)的降水在年、季節(jié)尺度上的貢獻(xiàn)如何？降水年際變化在空間上存在怎樣的特征？本文利用過去近60年的觀測資料，試圖回答上述問題。

2 資料和方法

本文所用資料為1961～2018年西北地區(qū)（32°～50°N，70°～110°E）的144個氣象站點的逐日降水量，逐月氣溫數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)（經(jīng)過了質(zhì)量控制和均一性檢驗）由中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)（http://data.cma.cn/[2020-09-21]）提供。季節(jié)劃分采用自然劃分季節(jié)，即春季（3～5月）、夏季（6～8月）、秋季（9～11月）和冬季（12月至翌年2月）。

為分析西北地區(qū)降水的時空分布特征，本文分析中使用了經(jīng)驗正交函數(shù)（EOF）。降水的周期變化特征采用Morlet小波分析法，并對結(jié)果進(jìn)行了顯著性檢驗。

3 西北地區(qū)降水的空間變化特征

西北地區(qū)的年平均降水量約為300 mm，在空間上呈現(xiàn)出東西兩頭多，中間的河西走廊少。西北地區(qū)的東南部最多，新疆烏魯木齊以西及阿勒泰地區(qū)為次多，在300～500 mm之間。極端干旱區(qū)位于新疆的南疆盆地到甘肅西部，這里年降水量在100 mm以下。降水最少的地區(qū)位于新疆的吐魯番，年降水量約為15 mm，1982年為降水極端少年，年降水量為3.8 mm（圖略）。

圖1給出了1961～2017年西北地區(qū)年、季降水量的變化趨勢與標(biāo)準(zhǔn)差。在西北地區(qū)144個氣象站點中，春季（圖1a）有124個站（86%）站點降水量呈現(xiàn)出增加趨勢。主要分布在新疆北部、內(nèi)蒙古西部、青海地區(qū)以及甘肅大部分地區(qū)，其中55個站點的線性增加趨勢通過了信度為95%的顯著性檢驗。而降水量呈下降趨勢的站點主要分布在新疆中部、南部地區(qū)，以及陜西南部。

夏季（圖1b）為西北地區(qū)降水的主要時段，111個站（77%）的降水量呈現(xiàn)增加趨勢，主要分布在新疆北部、西部、青海地區(qū)以及甘肅西北部地區(qū)，其中27個站點的線性增加趨勢通過了信度為95%的顯著性檢驗，而出現(xiàn)下降趨勢的站點主要分布在甘肅東南部與內(nèi)蒙古中部地區(qū)。

秋季（圖1c）112個站點的降水量呈現(xiàn)出了上升趨勢，包括新疆大部分地區(qū)、青海、甘肅西北部、內(nèi)蒙古中西部地區(qū)，占比為78%；其中53個站點的線性增加趨勢通過了信度為95%的顯著性檢驗。而降水量呈下降趨勢的區(qū)域包括甘肅東南部、陜西南部地區(qū)，以及新疆東部地區(qū)。秋季降水量變化的區(qū)域范圍比較集中。

冬季（圖1d）是西北地區(qū)降水量最少的季節(jié)，99%的站點冬季降水量呈上升趨勢，并且135個站點的線性增加趨勢通過了信度為95%的顯著性檢驗。因此，冬季是西北地區(qū)降水量變化最為顯著的季節(jié)，這與之前的研究（Suiet al.,2013;劉維成等,2017）是一致的。但冬季降水量較少，對年降水量變化趨勢的影響有限。

近60 a來西北地區(qū)年降水量（圖1e）的變化總體處于上升的趨勢。133個站點呈上升趨勢，占比為92%，其中新疆北部、西部、青海、甘肅西北部等地區(qū)的81個站點的線性增加趨勢通過了信度為95%的顯著性檢驗。這些區(qū)域處于亞歐大陸的中心位置，地形多為盆地，如準(zhǔn)噶爾盆地、塔里木盆地、柴達(dá)木盆地。年降水量呈下降趨勢的站點僅為11個，主要集中在甘肅東南部的黃河流域。

圖1 1961～2017年西北地區(qū)（a）春季、（b）夏季、（c）秋季、（d）冬季、（e）年降水量[綠（紅）色箭頭表示降水趨勢增加（減少）]、氣溫（圓圈，單位：°Ca?1）的變化趨勢和降水量標(biāo)準(zhǔn)差（等值線，單位：mm）。N表示站點數(shù)，黑色加號表示降水量趨勢通過95%信度水平的顯著性檢驗，所有站點的氣溫變化趨勢均通過95%信度水平的顯著性檢驗。圖e中虛線框表示標(biāo)準(zhǔn)差較大的兩個區(qū)域A、BFig.1 The change trends of (a)spring,(b)summer,(c)autumn,(d)winter,(e)annual precipitation[the green (red)trianglesrepresent the increasing(decreasing)]and temperature(circles,units:°C a?1),and precipitation standard deviation(contour lines,units: mm)in Northwest China from 1961 to 2017. N represent station numbers, the black plus signs indicate that the precipitation change trends pass the test at 95%confidence level,temperature changetrendsat all stations pass 95%confidence level.In Fig.e,thedashed boxesrepresent areas A and B with largestandard deviations

在年、季節(jié)的氣溫變化中，冬、春季氣溫增速大于0.5°C(10 a)?1（通過95%信度水平的顯著性檢驗）的站點數(shù)分別為55、18個，明顯多于夏、秋季的5、8個。而夏、秋季氣溫呈減小趨勢（通過95%信度水平的顯著性檢驗）的站點多于冬、春季，分別為9、4個，主要分布在塔里木河流域以及西北地區(qū)東南部。西北地區(qū)各季節(jié)氣溫變化在空間上存在差異，而年降水量與年平均氣溫的變化基本是一致的增加趨勢。

取年降水量標(biāo)準(zhǔn)差較大的區(qū)域A（43°～49°N，80°～91°E）、B（32°～35°N，92°～110°E）兩個區(qū)域，計算了1961～2018年月降水量、標(biāo)準(zhǔn)差和月平均氣溫（圖2）。由圖2可見，A、B區(qū)域中月降水量、平均溫度的最大值均出現(xiàn)在7月，月降水量分別約為30 mm、130 mm，A區(qū)氣溫年較差相比B區(qū)大。A、B區(qū)域月降水量的共同特點是年際變化較大，降水較不穩(wěn)定，降水時段集中在夏季，春秋兩季降水接近，而冬季少雨。西北東部地區(qū)的降水量有著明顯的月變化，在春、秋季降水變化較大，而西部地區(qū)的降水相對穩(wěn)定。西部地區(qū)的降水開始早（4月），結(jié)束緩慢，這里屬于西北干旱區(qū)的內(nèi)陸河流域；東部地區(qū)降水增多的時間也為4月，但結(jié)束突然，9月后快速減少，更多反映出和中國東部地區(qū)的降水同步，具有季風(fēng)的特征。可見，西北地區(qū)西部的降水和東部的降水似乎來自于兩個系統(tǒng)。

圖2 1961～2018年區(qū)域（a）A、（b）B月降水量（黑色柱狀，單位：mm）、月降水量標(biāo)準(zhǔn)差（灰色柱狀，單位：mm）、月平均氣溫（折線，單位：°C）Fig.2 Monthly precipitation(black bars,units: mm),standard deviation(gray bars, units: mm)of monthly precipitation,and monthly mean temperature (fold lines,units:°C) averaged in regions (a)A and (b)B from 1961 to 2018

為進(jìn)一步分析西北地區(qū)降水的空間分布特征，圖3給出了西北地區(qū)年、季節(jié)標(biāo)準(zhǔn)化降水量的第一特征向量場（LV1）。西北地區(qū)春季（圖3a）、秋季（圖3c）以及年降水量（圖3e）的特征較為一致，方差貢獻(xiàn)率分別為29%、28%、34%。除秋季西北地區(qū)東南部的特征向量表現(xiàn)為負(fù)值外，其余部分特征向量場基本均為正值，結(jié)合第一特征向量場時間系數(shù)（PC1）的正負(fù)值變化，這反映出了西北地區(qū)多雨的特征。年降水量的特征向量場上，正值中心在新疆北部、西部以及青海大部分地區(qū)。夏季（圖3b）在蒙古中西部、甘肅東南部地區(qū)LV1為負(fù)值，其余地區(qū)表現(xiàn)為正值，正值的中心在新疆西部、青海大部分地區(qū)，LV1的方差貢獻(xiàn)率為18%。冬季（圖3d）西北地區(qū)降水量很少，LV1的方差貢獻(xiàn)率為24%。新疆北部、甘肅西北部、青海南部地區(qū)為正值，其余地區(qū)表現(xiàn)為負(fù)值，在塔里木盆地存在一個負(fù)值中心。

圖3揭示了西北地區(qū)的降水除夏季外，年、冬、春、秋季的LV1的方差貢獻(xiàn)率在25%左右，這種異常變化的分布揭示出了西北地區(qū)降水的空間變化最基本特征是，西北地區(qū)年和季節(jié)尺度降水的年際變率基本一致，包括內(nèi)陸河流域和黃河流域；換句話說，西北地區(qū)降水的年際變化具有同相變化的特征。

圖3 1961～2017年西北地區(qū)（a）春季、（b）夏季、（c）秋季、（d）冬季、（e）年降水量第一特征向量場（LV1），右上角數(shù)值表示LV1的方差貢獻(xiàn)率Fig.3 The first eigenvector fields(LV1)of (a)spring,(b)summer,(c)autumn,(d) winter,(e)annual precipitation in Northwest China from 1961 to 2017,numbersat top right corner indicate the variance contribution rateof LV1

為揭示西北地區(qū)降水的局地特征，圖4給出了西北地區(qū)年、季節(jié)標(biāo)準(zhǔn)化降水量的第二特征向量場（LV2）。春季（圖4a）和秋季（圖4b）降水量的空間模態(tài)表明，LV2的方差貢獻(xiàn)率分別為14%、13%，南北方向呈現(xiàn)出正—負(fù)—正的分布。零值線基本位于天山山脈、柴達(dá)木盆地一帶。夏季（圖4a）在新疆西部與青海地區(qū)為負(fù)值，負(fù)值中心在青海地區(qū)的高原附近，其余地區(qū)為正值，LV2的方差貢獻(xiàn)率為14%。冬季（圖4d）的正值主要分布在新疆中部、青海大部分地區(qū)以及甘肅中部地區(qū)等，正值的中心在海拔高度較高的天山山脈、青海高原。年降水量LV2的值主要呈東北—西南向增多分布，零值線穿過青海與甘肅的邊界和新疆中部，兩側(cè)反向變化，絕對值大值中心在青海西南部、LV2的方差貢獻(xiàn)率為10%。結(jié)合第二特征向量場的時間系數(shù)（PC2）可知，在局地特征上，內(nèi)陸河流域和黃河流域的年和春秋兩季（圖4a、c、e）的LV2表現(xiàn)分明；夏季的降水增加且變率最大的區(qū)域仍然位于夏季風(fēng)北緣地帶；冬季降水一般多由西北路冷空氣南侵引起，降水變率受西北地區(qū)的天山、星星峽、烏鞘嶺等地形影響，呈現(xiàn)出東西間隔分布的形態(tài)。這些結(jié)果和圖1的結(jié)果基本一致。

圖4 1961～2017年西北地區(qū)（a）春季、（b）夏季、（c）秋季、（d）冬季、（e）年降水量第二特征向量場（LV2），右上角數(shù)值表示LV2的方差貢獻(xiàn)率Fig.4 The second eigenvector fields(LV2)of (a)spring,(b)summer,(c)autumn,(d)winter,(e)annual precipitation in Northwest China from 1961 to 2017,numbersat top right corner indicate the variance contribution rateof LV2

上述結(jié)果表明，西北地區(qū)的降水空間變化雖然具有區(qū)域特征，但空間差異不大，總體上降水的空間分布較為一致，以干旱少雨為主。

4 過去近6 0 年間降水的時間變化特征

為了揭示西北地區(qū)過去近60年降水量的年際演變特征，圖5、6分別給出了EOF第一、二特征向量場時間系數(shù)的演變特征。由圖5可以看出，除冬季外，PC1總體上均表現(xiàn)出一致的增加趨勢，1980年左右是一個轉(zhuǎn)折點。1980年前，年、季節(jié)降水量的第一特征向量場時間系數(shù)為負(fù)值，結(jié)合LV1的正值區(qū)域可知，西北地區(qū)降水量整體偏少。1980年之后，春（圖5a）、夏（圖5b）、秋季（圖5c）時間系數(shù)變化基本以正值年份為主，結(jié)合LV1（圖3）的正值可知，1980年代中期之后，除冬季外西北地區(qū)的降水偏多。冬季（圖5d）降水量的變化尤為特殊，表現(xiàn)出一個位相內(nèi)的正弦形式變化，1980年代中期前后是位相轉(zhuǎn)換階段，結(jié)合LV1的變化可知，1980年代中期前降水偏少，1980年代中期后降水偏多，但表現(xiàn)出明顯的60年左右的周期變化，即冬季降水量變化表現(xiàn)出顯著的周期性。PC2上，春（圖6a）、秋季（圖6c）區(qū)域尺度上降水的年際變化和第一模態(tài)大體相同，大致在1980年代中期出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，1980年代中期后降水開始增加。值得注意的是，第二模態(tài)反映出的冬季降水（圖6d）仍然表現(xiàn)出約60年的周期現(xiàn)象。第一模態(tài)的相位和第二模態(tài)相差近20年，即PC2滯后PC1近20年的時間。由于西北冬季降水量小，LV1和LV2二者疊加表現(xiàn)出的河西中部區(qū)域的降水多、少變化只是空間上有所差異，但總體特征一致。

圖5 1961～2017年西北地區(qū)（a）春季、（b）夏季、（c）秋季、（d）冬季、（e）年降水量第一特征向量場的時間系數(shù)（PC1），紅（藍(lán)）色柱狀代表正（負(fù)）值，虛線代表9年滑動平均，右下角數(shù)值表示LV1的方差貢獻(xiàn)率Fig.5 The time coefficients(PC1)of the first eigenvector fields of(a)spring,(b)summer,(c)autumn,(d) winter,(e)annual precipitation in Northwest China from 1961 to 2017.The red (blue) barsrepresent the positive (negative) values of the time coefficient,the dashed lines represent the 9-year moving average,numbersat bottom right corner indicate the variancecontribution rateof LV1

圖6 1961～2017年西北地區(qū)（a）春季、（b）夏季、（c）秋季、（d）冬季、（e）年降水量第二特征向量場的時間系數(shù)（PC2），紅（藍(lán)）色代表正（負(fù)）值，虛線代表9年滑動平均，右下角數(shù)值表示LV2的方差貢獻(xiàn)率Fig.6 The time coefficients(PC2)of the second eigenvector fields of(a)spring,(b)summer,(c)autumn,(d)winter,(e)annual precipitation in Northwest China from 1961 to 2017.Thered(blue) bars represents the positive(negative)values of the timecoefficient,the dashed lines represent the 9-year moving average,numbersat bottom right corner indicate the variance contribution rateof LV2

上述結(jié)果表明，西北地區(qū)降水的年際變率較小，相對穩(wěn)定，但在年際尺度和年代際尺度上，降水的趨勢呈現(xiàn)出增加現(xiàn)象。

為了明確西北地區(qū)降水變化與氣溫之間的關(guān)系，圖7a–d給出了1961～2018年西北地區(qū)四季降水量與最高、最低氣溫的時間演變。由圖可見，西北地區(qū)春、夏、秋、冬季降水量均為增加的趨勢，但增速存在差異，增速分別為4.29 mm (10 a)?1、4.03 mm(10 a)?1、2.69 mm(10 a)?1、2.53 mm(10 a)?1。西北地區(qū)夏季降水量最多且年際變化較大，變化特征與年降水量類似，在1980年附近出現(xiàn)降水量顯著的增加趨勢。春、秋季降水量次之，秋季降水量略多于春季。冬季降水量最少，1978年為轉(zhuǎn)折點，1978年以前為降水偏少期，之后降水量出現(xiàn)增長，進(jìn)入降水偏多期，增速為1.01 mm(10 a)?1。春、夏、秋、冬季平均最高、最低氣溫均為增加的趨勢，增速在0.1°C(10 a)?1～0.6°C(10 a)?1a之間，其中冬季的增速最快。而平均最高、最低氣溫之間的差減小，春、夏、秋、冬季差值的速率分別為?0.1°C (10 a)?1、?0.2°C(10 a)?1、?0.1°C(10 a)?1、?0.2°C(10 a)?1，說明最低氣溫上升的速率相比最高氣溫較快，日較差變小，年較差也變小。反映出西北地區(qū)氣候增暖的過程中，會對高山積雪、冰川的消融產(chǎn)生更大的正作用。這和青藏高原地區(qū)的日較差變化相類似（Wang,et al.,2012）。

在年尺度上，1961～2018年間，西北地區(qū)的年降水量（圖7e）經(jīng)歷了3次轉(zhuǎn)折，20世紀(jì)70年代初之后年降水量偏多，為第1次轉(zhuǎn)折；20世紀(jì)80年代初之后年降水量偏（減）少，為第2次轉(zhuǎn)折；20世紀(jì)90年代后期年降水量又開始偏多（增加），為第3次轉(zhuǎn)折。目前西北地區(qū)的降水仍然處于增加的階段。

圖7 1961～2018年西北地區(qū)（a）春季、（b）夏季、（c）秋季、（d）冬季降水量變化（柱狀）與趨勢（實線），季節(jié)平均最高（Tmax）、最低氣溫（Tmin），季節(jié)平均最高與最低氣溫差值的趨勢（虛線），（e）年降水量Fig.7(a)Spring,(b)summer,(c)autumn,(d)winter precipitation(bars)and trend(solid line),the highest(Tmax)and lowest(Tmin)average seasonal temperatures,the trend of the average seasonal difference between thehighest and lowest temperatures(dashed lines),(e)annual precipitation in Northwest China from 1961 to 2018

徐國昌和董安祥（1982）利用1951～1978年的資料研究表明西北地區(qū)的降水具有顯著的3 a周期，然而，這種周期是不穩(wěn)定的，具有年代際變化特征。進(jìn)入21世紀(jì)，西北地區(qū)的降水在周期上發(fā)生了什么變化也是我們關(guān)心的問題。圖8是利用Morlet小波對1961～2017年西北地區(qū)年、季降水量進(jìn)行周期分析的結(jié)果，圖中正、負(fù)小波系數(shù)分別表示降水處于對應(yīng)周期中的較多、較少時期。春季（圖8a）降水量在研究時段內(nèi)存在準(zhǔn)3～5 a周期，在1960～1970、1990～2000年代顯著。表現(xiàn)出的準(zhǔn)3～5 a的周期，可能也具有年代際尺度以上的再現(xiàn)特征。夏季（圖8b）降水存在準(zhǔn)3 a（信度水平P＞90%）和準(zhǔn)7 a的周期，準(zhǔn)3 a周期是基本的周期變化，考慮到西北地區(qū)的夏季降水是年降水量的主要貢獻(xiàn)階段，因此，這一結(jié)論和以前的研究結(jié)論（徐國昌和董安祥,1982）基本一致。秋季（圖8c）降水量周期特征并不明顯，考慮到秋季降水量在年降水量中的貢獻(xiàn)并不大，圖中出現(xiàn)的短周期現(xiàn)象的實際意義并不大。冬季（圖8d）西北地區(qū)降水量的周期特征并不明顯，但在1991年后出現(xiàn)了近3 a的周期現(xiàn)象（信度水平P＞90%）。需要說明的是，由于本文的資料長度是58 a，觀測降水量的小波分析不能再現(xiàn)出圖5d、6d表現(xiàn)出的60 a左右的周期。

年降水量（圖8e）的多尺度周期特征顯著。主要表現(xiàn)為準(zhǔn)3 a周期，也表現(xiàn)出明顯的階段性，基本特征和夏季降水基本相似，但周期長度短于夏季，這也許是其他季節(jié)不同時段上周期疊加的結(jié)果，需要進(jìn)一步的深入分析。因此，可以認(rèn)為準(zhǔn)3 a的周期在研究時段仍然是基本的特征。

圖8 1961～2017年西北地區(qū)（a）春季、（b）夏季、（c）秋季、（d）冬季、（e）年降水量的小波系數(shù)。實（虛）線代表正（負(fù)）值，陰影區(qū)域表示周期通過90%信度水平的顯著性檢驗Fig.8 Wavelet coefficients of (a)spring,(b)summer,(c)autumn,(d)winter,(e)annual precipitation in Northwest China from 1961 to 2017.The solid (dashed)lines represent positive(negative)values,theshaded areas represent periodspassthetest at 90%confidence level

上述分析表明，西北地區(qū)過去60 a來，年、季內(nèi)降水均呈現(xiàn)出增加趨勢，降水的周期性也發(fā)生了變化。進(jìn)入21世紀(jì)后，年降水量仍然為準(zhǔn)3 a周期特征；季節(jié)降水量的周期特征中，夏季主要為準(zhǔn)3 a、準(zhǔn)7 a周期，冬季的近3 a周期較為顯著。

5 小結(jié)

本文基于1961～2018年近60 a的觀測資料，分析了在氣候變暖的背景下，西北地區(qū)的年、季降水量時空變化特征以及降水量的周期變化特征，得到以下初步結(jié)論：

（1）1961～2018年的近60 a間，西北地區(qū)92%的站點年降水量呈現(xiàn)增加的趨勢，主要集中在西北內(nèi)陸河流域，少數(shù)呈下降趨勢的站點則集中在受季風(fēng)影響較多的西北地區(qū)東南部。各季節(jié)中，西北地區(qū)春、夏、秋季降水量變化特征為，西北西部增加，減少的站點集中在西北地區(qū)東部。冬季幾乎所有觀測站的降水量都為增加的趨勢，增加較小[2.53 mm(10 a)?1]，春季降水量增加最快[4.29 mm(10 a)?1]。夏、秋季降水量呈減少趨勢的站點出現(xiàn)在夏季風(fēng)西北部的邊緣地帶，而降水增加地區(qū)出現(xiàn)在受夏季風(fēng)影響較小的烏鞘嶺以西的廣大西北地區(qū)。年平均氣溫呈現(xiàn)出增加趨勢，尤其是氣溫的日較差和年較差減??；但各季節(jié)增溫存在差異性。因此，降水的增加可能更多來自于溫度升高、冰雪消融引起的內(nèi)循環(huán)，而西北地區(qū)的降水增加和夏季風(fēng)變化關(guān)系應(yīng)該不大，至少不直接，需要進(jìn)一步的深入研究。

（2）空間分布上，西北地區(qū)春、秋季以及年降水量的年際變化特征較為一致。局地特征上，內(nèi)陸河流域和黃河流域的年和春、秋兩季差別表現(xiàn)分明，夏季降水的變率最大的仍然是夏季風(fēng)西北邊緣地帶。冬季降水受冬季風(fēng)和地形的共同影響。一般地，西北地區(qū)的降水（雪）由西北路冷空氣南侵引起，降水在空間上受西北地區(qū)的天山、星星峽、烏鞘嶺等地形影響，具有較明顯的區(qū)域特點，尤其是青藏高原等高海拔的地形阻滯了西北氣流，降水呈現(xiàn)出和山系走向有關(guān)的分布形態(tài)。

（3）1961～2018年近60 a間，西北地區(qū)年降水量經(jīng)歷了3次轉(zhuǎn)折，并在20世紀(jì)90年代后期開始持續(xù)增多。年降水量仍具有準(zhǔn)3 a周期；季節(jié)尺度上，春、秋季的周期具有階段性，冬季降水量在研究資料反映出的周期上相對穩(wěn)定。夏季和年降水量的準(zhǔn)3 a周期基本特征仍然存在且相對穩(wěn)定。因此，降水的自然周期對近期西北地區(qū)降水增加的貢獻(xiàn)較小，但不排除目前處于30 a（研究時段可分辨出的時段）以上周期的雨量較多的位相上。各個季節(jié)降水量、平均最高、最低氣溫呈現(xiàn)出一致的增加趨勢，而且平均最低氣溫的增速快于平均最高氣溫。

本文的分析結(jié)果初步表明，西北地區(qū)的降水量的確出現(xiàn)了增加的情況，但是，大部分地區(qū)的降水特征基本穩(wěn)定，因此，其干旱半干旱的氣候特征也不會改變。