劉 鑫， 趙魯強(qiáng)， 楊 靜， 惠建忠， 唐千紅， 田 華

(1.中國氣象局公共氣象服務(wù)中心，北京 100081；2.新疆氣象服務(wù)中心，新疆烏魯木齊 830002)

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新疆春季融雪型洪水分布特征研究

劉 鑫1， 趙魯強(qiáng)1， 楊 靜2， 惠建忠1， 唐千紅1， 田 華1

(1.中國氣象局公共氣象服務(wù)中心，北京 100081；2.新疆氣象服務(wù)中心，新疆烏魯木齊 830002)

利用2004—2013年災(zāi)情和積雪深度資料，采用統(tǒng)計分析方法，分析了近10年新疆春季融雪型洪水的時空分布特征以及與地理氣候特征關(guān)系。結(jié)果表明，伊犁河谷、塔城地區(qū)北部、阿勒泰地區(qū)為春季融雪型洪水的極易發(fā)區(qū)，天山北坡為易發(fā)區(qū)，南疆為低發(fā)區(qū)；近10年新疆春季融雪型洪水有明顯的增加趨勢，3月和4月下旬為高發(fā)時期，特別是3月中旬；春季融雪型洪水多發(fā)生在山麓、山前平原和河谷地帶的3～5級水系附近；2月底積雪深度距平百分率可作為春季融雪型洪水預(yù)測預(yù)報的重要指標(biāo)。

春季融雪型洪水；時空分布；地理；氣候特征；新疆

20世紀(jì)80年代以來，在全球氣候變暖的大背景下，雪線上升，積雪消融加快，我國春季融雪型洪水的發(fā)生頻次明顯增加且強(qiáng)度加大[1-3]，其中以新疆春季融雪型洪水最為顯著，不僅造成當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)田、公路、鐵路、水庫、灌溉渠道等交通、水利設(shè)施重度受損，危及到人民的生命財產(chǎn)安全，更嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)氐纳鐣?jīng)濟(jì)發(fā)展。新疆作為我國國土面積最大的內(nèi)陸省份，其地域遼闊、地形復(fù)雜、氣候迥異，春季融雪型洪水的發(fā)生具有較強(qiáng)的區(qū)域特征。目前針對新疆春季融雪型洪水發(fā)生規(guī)律、成因以及預(yù)報方法已有較多的研究[4-11]，如仇家琪等[10]根據(jù)天山北坡烏魯木齊附近不同海拔4個氣象臺站冷季降水、蒸發(fā)、積雪和氣溫等資料，分析了春季融雪洪水規(guī)模及其產(chǎn)流的時空分布狀況；俞永旺等[5]從地形地貌、下墊面、積雪深度、熱力條件、降水等方面分析了天山北坡雀爾溝河春季融雪洪水形成的成因。然而，由于春季融雪型洪水資料比較缺乏，目前春季融雪型洪水研究僅限于重大災(zāi)害個例[7-9]或新疆局部地區(qū)[12-14]，對于新疆全區(qū)春季融雪型洪水(包括升溫造成的融雪洪水和混合型融雪洪水類型)時空分布的研究較缺乏。為了進(jìn)一步掌握新疆春季融雪型洪水的全貌和危險性，該研究著重于新疆全區(qū)該類型洪水的時空特征及成因分析，利用收集和整理的2004—2013年新疆區(qū)域內(nèi)春季融雪型洪水災(zāi)情數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析了近10年新疆春季融雪型洪水的空間和時間分布特征，以及與地理氣候特征關(guān)系，進(jìn)一步加深了對新疆春季融雪型洪水的分布特征、發(fā)生規(guī)律成因的認(rèn)知，以期為今后的春季融雪型洪水的預(yù)測預(yù)報與防災(zāi)減災(zāi)決策提供參考依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料選取研究資料包括2004—2013年新疆春季(3—5月)融雪型洪水災(zāi)情資料(包括升溫造成的融雪洪水和混合型融雪洪水)、新疆?dāng)?shù)字高程資料(分辨率90 m)、新疆1∶100萬水系分布圖、新疆2004—2013年2月下旬積雪深度資料。

1.2 研究方法基于新疆氣象局提供的2004—2013年春季融雪型洪水災(zāi)情資料，選取典型個例。其中，春季融雪型洪水個例規(guī)定：不同縣、不同時間各算1次；不同縣、相同時間也各算1次。該研究利用整理的災(zāi)情資料統(tǒng)計分析近10年新疆春季融雪型洪水的空間和時間分布特征，以及與地理氣候特征關(guān)系。

2 新疆春季融雪型洪水空間分布特征

2.1 總分布特征2004—2013年新疆春季融雪型洪水多發(fā)生在北疆，而東疆和南疆的春季融雪型洪水發(fā)生頻次較少。從空間分布(圖1)來看，在北疆地區(qū)，按地區(qū)分布，發(fā)生春季融雪型洪水頻次最多的是伊犁州，共發(fā)生49次，占總頻次的40.2%；其次是塔城地區(qū)和阿勒泰地區(qū)，各發(fā)生25、19次，分別占總頻次的20.5%、15.6%，其中，塔城地區(qū)春季融雪型洪水大多發(fā)生在其北部(塔城北部春季融雪型洪水發(fā)生22次，占該地區(qū)總次數(shù)的88.0%)；而發(fā)生頻次最少的是烏魯木齊地區(qū)，僅發(fā)生5次，占總頻次的4.1%。按縣分布，頻次最多的是伊犁地區(qū)的新源縣和伊寧縣，均發(fā)生9次；其次為塔城地區(qū)額敏縣，共發(fā)生8次。在南疆地區(qū)共發(fā)生春季融雪型洪水僅7次，占總頻次的5.7%，其中，阿克蘇地區(qū)發(fā)生頻次最多，共3次，占總頻次的2.5%，而在克州、喀什、和田和巴州地區(qū)發(fā)生頻次較少(各1次)，均各占總頻次的0.8%。東疆地區(qū)僅在哈密地區(qū)發(fā)生3次，占總頻次的2.5%。綜上可知，春季融雪型洪水主要發(fā)生在北疆地區(qū)。按地區(qū)分布，伊犁河谷、塔城地區(qū)北部及阿勒泰地區(qū)是春季融雪型洪水高發(fā)區(qū); 按縣分布，新源縣、伊寧縣、額敏縣、鞏留縣、尼勒克縣、特克斯縣、裕民縣和青河縣是春季融雪型洪水的高發(fā)區(qū)。

圖1 2004—2013年新疆春季融雪型洪水發(fā)生頻次空間分布

2.2 月分布特征由圖2可見，2004—2013年新疆春季各月份均有融雪型洪水發(fā)生。3月，發(fā)生融雪型洪水的頻次最多，主要在伊犁河谷、塔城地區(qū)北部、阿勒泰地區(qū)、博州、昌吉州至烏魯木齊一帶，伊犁河谷、塔城地區(qū)北部、昌吉州至烏魯木齊一帶是高發(fā)區(qū)，特別是伊犁州的新源縣、鞏留縣、特克斯縣以及塔城地區(qū)北部的裕民縣、烏魯木齊，均發(fā)生5～6次，而南疆僅在巴州的若羌縣發(fā)生1次。4月，北疆的融雪型洪水發(fā)生頻次減少，但發(fā)生區(qū)域往新疆東部和南部有所擴(kuò)展，伊犁河谷、阿勒泰、塔城地區(qū)北部等地區(qū)是融雪型洪水的集中發(fā)生區(qū)，伊犁河谷、阿勒泰地區(qū)是高發(fā)區(qū)，其中，伊犁州的新源縣和鞏留縣、阿勒泰地區(qū)青河縣和布爾津縣、塔城地區(qū)額敏縣均發(fā)生2次，同時東疆的哈密地區(qū)、南疆的阿克蘇地區(qū)也發(fā)生了融雪型洪水，均為3次，其中，哈密地區(qū)的巴里坤縣、阿克蘇地區(qū)的烏什縣均發(fā)生2次。5月，融雪型洪水發(fā)生頻次明顯減少，主要發(fā)生在伊犁河谷、阿勒泰地區(qū)以及塔城地區(qū)北部，其中，伊犁州的伊寧縣發(fā)生4次，是10年中5月份發(fā)生頻次最多的地縣，其次是阿勒泰地區(qū)的阿勒泰市、塔城地區(qū)的額敏縣，均發(fā)生2次，而南疆僅在喀什地區(qū)的塔什庫爾干縣發(fā)生1次?？傊?，春季融雪型洪水發(fā)生頻次隨月份推進(jìn)逐漸減少，主要出現(xiàn)在3和4月，尤其是3月。伊犁河谷、塔城地區(qū)北部、昌吉州至烏魯木齊一帶是3月融雪型洪水高發(fā)區(qū)，伊犁河谷、阿勒泰地區(qū)是4月高發(fā)區(qū)。

圖2 2004—2013年新疆3月(a) 、4月(b) 和5月(c)融雪型洪水發(fā)生頻次空間分布

2.3 與地理氣候空間特征關(guān)系分析綜上所述，從發(fā)生地區(qū)來看，伊犁河谷、塔城地區(qū)北部、阿勒泰地區(qū)是高易發(fā)區(qū)，博州、昌吉州至烏魯木齊一帶等地區(qū)是中易發(fā)區(qū)，東疆、南疆地區(qū)是低易發(fā)區(qū)。因此，基于春季融雪型洪水的地區(qū)分布情況和地理氣候特征，將新疆全區(qū)劃分為伊犁河谷、塔城地區(qū)北部、阿勒泰地區(qū)、天山北坡、南疆5個區(qū)域，其中，天山北坡包括塔城地區(qū)南部、博州、昌吉州和烏魯木齊，南疆包括南疆和東疆地區(qū)。

2.3.1地形水系特征。分析新疆水系、高程分布(圖3a)可知，新疆地勢變化范圍大(-192～8 569 m)，沿山一帶河流水系較多。春季融雪型洪水多發(fā)生在山麓地帶、山前平原和河谷的3～5級水系附近(伊犁河谷的災(zāi)害點高程平均約1 163 m，塔城地區(qū)北部的災(zāi)害點高程平均約734 m，阿勒泰地區(qū)的災(zāi)害點高程平均約938 m，天山北坡災(zāi)害點高程平均約681 m，南疆災(zāi)害點高程平均約1 923 m)，尤其是伊犁河谷和塔城地區(qū)北部，三面環(huán)山，且地勢整體東高西低，有利于山區(qū)春季積雪融水的匯集。

基于新疆坡度空間分布(圖3b)可知，整個新疆的坡度變化范圍大(0°～ 85.4°)。春季融雪洪水災(zāi)害點多在山麓、山前平原、河谷等坡度較平緩的平地或緩坡，伊犁河谷的災(zāi)害點坡度平均約4.1°，塔城地區(qū)北部的災(zāi)害點坡度平均約2.9°，阿勒泰地區(qū)的災(zāi)害點坡度平均約6.5°，天山北坡災(zāi)害點坡度平均約1.1°，南疆災(zāi)害點坡度平均約1.4°，而災(zāi)害點附近的山區(qū)坡度值較大，以坡度>25°的陡坡為主，有利于山區(qū)的春季積雪融水沿陡坡快速流下，在緩坡、平地地帶匯集。因此，特殊的地形水系特征給春季融雪型洪水提供了有利的孕災(zāi)環(huán)境，當(dāng)淺山區(qū)和中山帶的積雪融化時，形成的水流沿山坡快速流下，在山麓、山前平原、河谷等地帶很快匯聚集中，造成河流排泄水不通暢，河道流量迅速增大，形成洪水。

2.3.2入春前積雪特征。入春前尤其2月底(2月下旬)積雪厚度是產(chǎn)生春季融雪型洪水的重要物質(zhì)條件[5-6，10-11]。從圖4可看出，2月底積雪深度呈現(xiàn)東西帶狀分布，新疆南部積雪深度明顯小于新疆北部。南疆大部地區(qū)積雪深度淺薄(2～5 cm)，幾乎沒有形成春季融雪型洪水的物質(zhì)基礎(chǔ)，這是南疆發(fā)生春季融雪型洪水頻次最低的重要原因；而北疆積雪深度較大，積雪深度最大值位于阿勒泰地區(qū)(33.15 cm)，為阿勒泰地區(qū)洪水的產(chǎn)生提供了充足的物質(zhì)基礎(chǔ)，是該地區(qū)春季融雪型洪水易發(fā)的重要原因。其次是塔城地區(qū)北部和天山北坡中東段，積雪深度20～25 cm，也是春季融雪型洪水易發(fā)區(qū)。伊犁河谷積雪深度也較大(15～20 cm)，雖然沒有北疆的其他地區(qū)積雪深厚，但由于其特殊的地形特征，更有利于春季積雪融水的匯集，成為春季融雪洪水易發(fā)區(qū)。因此，2月底積雪深度是春季融雪型洪水發(fā)生的重要條件。

圖3 新疆高程(a)和坡度(b)分級示意圖

圖4 2004—2013年新疆2月底積雪深度分布

3 新疆春季融雪型洪水時間變化特征

3.1 年際變化2004—2013年新疆春季融雪型洪水頻次有明顯的增加趨勢，2009年以后，每年均有該類型洪水發(fā)生。由圖5可見，這10年中新疆春季融雪型洪水發(fā)生頻次最多的是2010年，為39次，占總頻次的32.0%；其次是2005和2011年，分別為24、21次，分別占總頻次的19.7%和17.2%；2007和2008年沒有發(fā)生春季融雪型洪水。從新疆各分區(qū)春季融雪型洪水發(fā)生情況看，伊犁河谷在8年里均發(fā)生春季融雪型洪水，該地區(qū)發(fā)生春季融雪型洪水的概率很高；阿勒泰地區(qū)和天山北坡有6年發(fā)生洪水，塔城地區(qū)北部有5年發(fā)生洪水，發(fā)生春季融雪型洪水的概率也高；而南疆僅3年發(fā)生洪水，發(fā)生春季融雪型洪水的概率較低。

圖5 2004—2013年新疆春季融雪型洪水頻次年際變化

由圖6可見，積雪深度與春季融雪型洪水的年際變化趨勢一致。各分區(qū)2007和2008年的積雪深度均明顯低于歷史同期水平，沒有春季融雪型洪水發(fā)生，而2010、2011和2005年各分區(qū)積雪深度明顯高于歷史同期水平，特別是2010年，積雪深度遠(yuǎn)高于歷史同期水平，故發(fā)生春季融雪型洪水的頻次高。即當(dāng)2月底積雪深度距平百分率>0時，特別是代表氣象站均大于60%，當(dāng)年發(fā)生春季融雪型洪水的概率高；而當(dāng)2月底積雪深度距平百分率<0時，特別是代表氣象站均小于-20%，當(dāng)年發(fā)生春季融雪型洪水的概率低。因此，2月底積雪深度百分率可以較好地反映當(dāng)年春季發(fā)生融雪洪水的概率，可以作為春季融雪型洪水預(yù)測的一個重要指標(biāo)，當(dāng)在特定的氣象誘發(fā)條件下，即可發(fā)生春季融雪型洪水。

3.2 月變化2004—2013年新疆3月發(fā)生融雪型洪水頻次76次，占總頻次的62.3%；4月發(fā)生融雪型洪水31次，占總頻次的25.4%；5月發(fā)生15次，占總頻次的12.3%。因此，新疆春季融雪型洪水主要發(fā)生在3和4月，尤其是3月。

3.3 旬變化由圖7可見，春季融雪型洪水在3月中旬發(fā)生頻次最多，為41次，占總頻次的32.3%；其次是3月上旬、3月下旬和4月下旬，分別為23、17和16次，分別占總頻次的18.1%、13.4%和12.6%；5月中旬和下旬發(fā)生洪水的概率最低，近10年共發(fā)生3次，僅占總頻次的2.4%。從區(qū)域來看，伊犁河谷的融雪型洪水在3月上旬—5月中旬均有發(fā)生的可能性，其中，3月中旬發(fā)生概率最大，3月上旬、3月下旬、4月下旬、5月上旬發(fā)生洪水的概率較高，4月上旬、4月中旬、5月中旬發(fā)生洪水的概率低；塔城地區(qū)北部的融雪型洪水在3月上旬—5月上旬均有發(fā)生的可能性，3月中旬發(fā)生概率最大，其次是3月上旬，其他時間發(fā)生概率低；阿勒泰地區(qū)的融雪型洪水在3—5月均有發(fā)生的可能性，3月下旬和4月發(fā)生概率較高，其他時間發(fā)生概率低；天山北坡的融雪型洪水主要在3月上旬—4月上旬發(fā)生，其中，3月發(fā)生洪水的概率較高，4月上旬發(fā)生概率低；南疆在3月下旬、4月上旬、4月下旬、5月上旬發(fā)生融雪型洪水，其中，4月下旬發(fā)生洪水的概率較高。綜上所述，3月和4月下旬是新疆春季融雪型洪水的高發(fā)期，尤其是3月中旬。伊犁河谷的春季融雪型洪水主要發(fā)生在3月，其次是4月下旬—5月上旬；塔城地區(qū)北部的融雪型洪水主要發(fā)生在3月上中旬；天山北坡主要發(fā)生在3月；阿勒泰地區(qū)的融雪型洪水主要發(fā)生在3月下旬—4月下旬；南疆的融雪型洪水主要發(fā)生在4月下旬。

圖6 2004—2013年新疆各分區(qū)2月底積雪深度距平百分率年際變化

圖7 2004—2013年新疆春季融雪型洪水頻次的發(fā)生時間分布

4 結(jié)論

(1)從空間分布來看，伊犁河谷、塔城地區(qū)北部、阿勒泰等地區(qū)及新源、伊寧、額敏、鞏留、尼勒克、特克斯、裕民、青河等市縣是春季融雪型洪水高發(fā)區(qū)；伊犁河谷、塔城地區(qū)北部、阿勒泰地區(qū)為春季融雪型洪水的極易發(fā)區(qū)，天山北坡為易發(fā)區(qū)，南疆為低發(fā)區(qū)。

(2)從時間分布來看，近10年新疆春季融雪型洪水有明顯的增加趨勢，3月和4月下旬是新疆春季融雪型洪水的高發(fā)期，尤其是3月中旬。伊犁河谷的春季融雪型洪水主要發(fā)生在3月，其次是4月下旬—5月上旬；塔城地區(qū)北部主要發(fā)生在3月上中旬；天山北坡主要發(fā)生在3月；阿勒泰地區(qū)主要發(fā)生在3月下旬—4月下旬；南疆主要發(fā)生在4月下旬。

(3)從與地理特征關(guān)系來看，春季融雪型洪水多發(fā)生在山麓地帶、山前平原和河谷的3～5級河流附近；發(fā)生地區(qū)的坡度較平緩，而其附近的山區(qū)坡度值較大，以坡度>25°的陡坡為主。特殊的地形水系特征可為春季融雪型洪水提供有利的孕災(zāi)環(huán)境。

(4)從與氣候特征關(guān)系來看，2月底積雪深度百分率可以較好地反映當(dāng)年春季發(fā)生融雪洪水的概率，可以作為春季融雪型洪水預(yù)測的一個重要指標(biāo)。

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Study on Distribution Features of Spring Snowmelt Flooding in Xinjiang

LIU Xin1, ZHAO Lu-qiang1, YANG Jing2et al (1. Public Service Center, China Meteorological Administration, Beijing 100081; 2. Xinjiang Meteorological Service Center, Urumqi, Xinjiang 830002)

Based on disaster and snow depth data during 2004-2013, using statistical analysis method, the spatiotemporal distribution characteristics of spring snowmelt flooding events in Xinjiang were analyzed, as well as the relationship with geographical and climatic characteristics. The results showed that, Ili River Valley, northern Tacheng and Altay region were extremely spring snowmelt flood-prone areas, the northern slope of Tianshan Mountains was prone area, and the southern part of Xinjiang region was low-incidence area; Spring snowmelt floods in recent 10 years presented an overall significantly increasing trend in Xinjiang, and occurred mainly in March and late-April, especially in mid-March; The occurrence area were in the foothills, piedmont plains and river valleys near 3-5 grade rivers; snow-depth anomaly percentage in late February could be used as the important indicator of snowmelt flood forecasting.

Spring snowmelt flooding; Spatiotemporal distribution; Geography; Climate characteristics; Xinjiang

中國氣象局公共氣象服務(wù)中心業(yè)務(wù)服務(wù)專項基金項目(M2014008)。

劉鑫(1983- )，女， 湖北黃岡人，工程師，博士，從事應(yīng)用氣象研究。

2016-09-20

S 16

A

0517-6611(2016)30-0165-04