降水量的变化是区域气候乃至全球气候系统变化的重要表征之一，也是影响干旱和半干旱地区植被覆盖与分布格局的主要气候因素（高江波等，2019）。降水量的多寡对区域内国民经济和自然环境影响重大，降水过多易引发泥石流、山体滑坡、洪涝灾害，过少则易引起旱灾、风沙灾害。新疆位于我国西北地区，在复杂地形影响下降水表现出空间分布的复杂性和季节分布的不均匀性（陈亚宁等，2014；Li et al.， 2013）。位于新疆冷暖气流交汇区的乌鲁木齐河流域，因其独特的地理位置和地貌格局成为全疆范围内降水变化的敏感地带（姜逢清等，2006），流域内降水量的分布不仅影响着生态平衡与农牧业生产，同时对中下游的乌鲁木齐市、昌吉市、五家渠市等地的区域社会经济发展产生重要影响，因此研究该流域降水特征及其随海拔变化的分布规律具有重要的现实意义。

降水特征的变化主要指降水量和降水结构的变化，其中降水结构变化指降水时段内水量的分配和发生时间的变化（李亚峰和唐立松，2019；Wang et al.， 2007）。受海陆分布、地形地貌、纬度以及大气环流等因素影响，不同区域、不同时间尺度的降水特征存在明显差异（陈春艳等，2015；杨霞等，2021；姚俊强等，2015；朱小凡等，2016）。现有研究显示，新疆降水的季节分布与同纬度地区基本一致，主要出现在4—9月，其中北疆和天山山区5—8月降水次数均较多，南疆5月和8月降水较多（刘友存等，2017；谢泽明等，2018），并且降水具有明显的日变化特征，主要集中在午后至傍晚（陈春艳等，2017）。1960年以来，新疆降水量总体在波动中上升，呈显著增加趋势。天山山区降水与新疆整体降水变化趋势基本一致，以1.134 mm·a^-1的速率显著增加，其中天山南坡1978年后降水增幅较明显且表现为西部增幅大于东部，山区增幅大于平原和荒漠地区（韩雪云等，2013；蓝永超等，2008；热孜宛古丽等，2016）。新疆夏季各等级降水的降水量与降水日数在近50 a同样呈明显上升趋势，表现出北疆大于南疆、西部大于东部、山区多于盆地和谷地的空间分布特征，其中小雨贡献率最高，中雨次之（李雪婷等，2021）。位于天山中段的乌鲁木齐市近50 a来降水也呈显著增加趋势，并且降水多发生在中山带，雨量和降水日数均由山间向郊区减小（张山清等，2011；成鹏，2010；苗运玲等，2021）。

前人的研究为认识新疆全域及局部地区的降水特征奠定了基础，鉴于乌鲁木齐河流域区位的特殊性和植被生长季降水对农牧业生产的重要性，对其植被生长季降水空间分布特征的相关研究十分必要。相对而言，以往利用国家气象站资料对乌鲁木齐河流域降水的研究往往受限于站点数少和空间分布不均，如今随着社会各界对气象数据的需求日益增加，区域自动站的建设和投入使用为更精细的降水特征研究提供了条件（张超和贾健， 2019），较为精密的站点分布更能反映出降水的空间分布特征及发展规律。基于此，本文利用流域内7个国家气象站和20个自动气象站逐日降水资料，通过ArcGIS空间插值技术和线性趋势分析法对2013—2021年乌鲁木齐河流域植被生长季降水量、降水日数和降水强度进行分析，以期对流域内降水要素特征有进一步的认识，为了解流域内气候的干湿变化、水资源的合理利用及生态系统的保护与恢复提供一定参考。

乌鲁木齐河流域（86.75°E—87.93°E，43.00°N—44.12°N）干流为乌鲁木齐河，发源于天山中段北坡天格尔二峰、一号冰川，沿高山峡谷自西南流向东北，至白杨沟出山口后转为正北，穿过乌鲁木齐市后于古尔班通古特沙漠南缘逐渐消失。流域南北长200 km，东西宽25~50 km，西部与头屯河流域相连，东接板房沟流域，南以乌鲁木齐河源头天山山脉依连哈比尕山分水岭为界，北至准噶尔盆地南缘，流域总面积约4 684 km² （李江风，1991），海拔跨度悬殊，垂直地带性显著。受海拔和环流影响，流域内气候类型多样，从天格尔二峰至流域末端气候类型依次为寒带高山气候、寒温带湿润山地气候、温带半湿润山地气候和温带干旱半干旱荒漠气候。

利用新疆维吾尔自治区气象信息中心提供的乌鲁木齐河流域及其周边64个气象站点的降水资料，为统一资料时间长度和保证数据质量，剔除缺测1 a以上和建站不足9 a的站点，最终使用27个气象站点（7个国家气象站和20个自动气象站）2013—2021年5—9月实测逐日降水数据，站点信息见表1。挑选的气象站点在研究时段内数据完整性较好，数据整体缺测不足1%，在使用前进行了质量控制，剔除并插补了异常和缺测数据。流域范围的确定基于30 m分辨率的DEM数据，通过ArcGIS平台的水文分析提取乌鲁木齐河河流、河网分布，再根据分水岭位置划分而得。DEM数据来自地理空间数据云，研究区位置及气象站分布如图1所示。文中附图涉及的地图均基于国家测绘地理信息局标准地图服务网站下载的审图号为GS（2020）4619号的标准地图制作，底图无修改。另外文中所有时间均为北京时。

降水的趋势变化采用线性趋势分析法（李开明等，2018），空间插值采用反距离权重法。国内常用的较为成熟的空间插值方法有反距离权重法（IDW）、克里金插值法（Kringing）、协同克里金插值（Cokriging）、贝叶斯法（EBK）及Anusplin等，利用气象站点数据对未知点进行插值是预测气象要素空间特征的重要手段，不同时间尺度、样本数量和研究区域所适用的插值方法不同（何龑等，2008；李慧晴和叶爱中，2021；张仁平等，2018）。反距离权重法是一种局部插值法，受观测点数量影响较小，对小样本降水量的空间插值有较好的适宜性（张深远，2018）。对比不同方法发现考虑高程的反距离权重法在山区插值精度较高，但在山区和平原混合地区，普通的反距离权重法插值精度较高（房林东等，2015；吴晓燕等，2020）。考虑到本文样本数量以及研究区地貌类型，再经实践对比，最终确定采用普通的反距离权重法进行降水要素的空间插值。该方法的基本思想是距离越近的两个事物属性越相似，反之这种相似性就越小。在具体计算中，该方法是以插值点与样本点的距离为权重，插值距离越近，样本点赋予的权重就越大，其贡献与距离成反比（张山清和普宗朝，2011），即：

式中：Z（x₀）为估计值；n为样本数量；Z(xi)为样本点i的实测值；δ_i为权重系数，用于判断已知点数据对待插点的贡献；d_i为插值点与第i个样本点之间的欧氏距离；p为距离的幂，插值结果受幂的选择影响，其选择标准是平均绝对误差最小，本文选择p值为2的反距离加权平方方法（房林东等，2015），在ArcGIS平台利用此方法完成基于实测数据的乌鲁木齐河流域降水的精细化分布模拟。

文中月降水量为该月日降水量之和，植被生长季降水量为5—9月降水量之和。若20：00到次日20：00降水量大于等于0.1 mm则记为一个降水日，植被生长季降水日数为每年5—9月24 h降水量大于等于0.1 mm的降水日之和。根据新疆降水量等级划分标准（肖开提·多莱特，2005）：0.1<R≤0.2 mm为微雨，0.3<R≤6.0 mm为小雨，6.1<R≤12.0 mm为中雨，12.1<R≤24.0 mm为大雨，24.1<R≤48.0 mm为暴雨，48.1<R≤96.0 mm为大暴雨，R>96.0 mm为特大暴雨，R为24 h降水量，分别统计各量级降水发生频次与雨量。

乌鲁木齐河流域范围较小，经纬度变化幅度不大但高程变化十分明显，降水量与经纬度的关系不明显，但与高程关系密切（张山清和普宗朝，2011）。从乌鲁木齐河流域27个气象站植被生长季多年平均降水量与海拔的关系（图2）可以看出，降水随着海拔升高呈显著（P<0.01）波动增加趋势，海拔2 200 m以下区域植被生长季降水量增速为17.4 mm·（100 m）^-1。其中1 000 m以下站点降水量对海拔的依赖性不显著，随着海拔上升降水量在60.0~140.0 mm之间波动；1 000 m以上降水量随海拔升高迅速增加，并在1 200 m左右形成高达280.0 mm的降水高值带，但降水量在海拔1 300 m左右出现谷值，随着海拔升高在1 500~2 000 m又急剧上升，至海拔2 000~2 200 m稳定在350.0~400.0 mm，形成第2个降水高值带。这与前人推测的天山北坡可能存在2个或2个以上最大降水高度带及天山山区在2 000 m左右存在降水高值带的结论基本吻合（李江风，1991；郭玉琳等，2022）。

为进一步了解植被生长季降水的分布特征，分析站点各月平均降水量随海拔的变化（图3），可以发现乌鲁木齐河流域各月降水量随海拔的变化与整个生长季降水量随海拔的变化趋势相似，表现为随海拔升高呈波动增加趋势。以海拔1 000 m为界，1 000 m以下区域降水量较少且各月降水量相差不大（12.0~30.0 mm）；1 000 m以上各月降水量明显增多，在海拔1 000~1 200 m处出现第一个降水高值带，该高值带每年6月达到最大降水量；海拔1 200 m以上随着高度上升降水量不增反降，在海拔1 300~1 400 m左右出现谷值；海拔1 500 m以上各月降水量再次持续增多，5月和9月降水量在海拔1 800~2 000 m出现第2个降水高值带，该高度以上降水量又略有减少，而6、7、8月降水量在1 800~2 000 m以上仍随海拔升高缓慢递增，但海拔3 500 m以下再未出现峰值。

植被生长季流域内各月多年平均降水量随海拔上升的速率不同。海拔2 200 m以下区域6月降水量增速最快[4.8 mm·（100 m）^-1]，其次为7月[4.2 mm·（100 m）^-1]，5、8月增速分别为3.9、3.4 mm·（100 m）^-1；9月增速最慢[1.1 mm·（100 m）^-1]。生长季内降水量6月最多，各站点平均降水量为46.0 mm，占生长季降水量的25.4%；5月次之（43.4 mm），7、8月分别为33.0、38.3 mm，5、7、8月降水量分别占生长季降水量的23.9%、18.2%、21.0%；9月降水量最少（21.0 mm），占比11.6%。

由乌鲁木齐河流域植被生长季及逐月降水量空间分布（图4）可以看出，流域生长季降水随着海拔升高整体呈现自北至南逐渐增加的空间分布特征。各月降水低值区均在流域北部末端的准噶尔盆地南缘，降水量一般不足30.0 mm，自北向南随着海拔升高各月降水量呈增多趋势，但各月降水高值地带有所差异：5月由于气温相对其他月份略低，水汽凝结高度受气温影响，降水主要集中在中低山带，并在流域西部海拔约2 000 m的山区出现降水高值带（75.0~96.0 mm）；流域中、东部（海拔1 000~1 200 m）的山前平原向山区过渡的丘陵地带降水也较为充沛，在海拔约1 200 m形成降水高值带；西北部沙漠边缘地带降水普遍较少，最少仅有12.0 mm。6月随着水汽增多和气温升高，水汽凝结高度抬升，流域内降水量均增加，降水高值区面积扩大并移动至南部和东部的中山带，南部、东部高海拔山区降水丰沛；相较于5月，6月降水低值区范围扩大并向南部平原地带移动。7月是各地降水量差异最大月份，高海拔山区最高可达113.0 mm，流域中、北部低海拔山前平原及荒漠地带最少仅8.0 mm左右，与6月相比该月降水高值区和低值区都进一步向南部高海拔地区抬升。8—9月流域降水高值区和低值区都逐渐向低海拔地带回落，中、东部降水有所回升，9月降水高值区又回落至5月降水高值区所在的海拔高度。整体来看，降水高值区5—9月呈现由中低山带抬升至中高山带又回落的特征。由于北部的荒漠地带及中部的山前平原为天山山脉的凹陷位置，是南北疆冷暖气流的重要通道，因此在吐鄯托盆地干热风、西风环流带来的水汽及地势等因素的共同作用下出现东、南部山区降水多发且量大，中、北部平原及荒漠地带降水较少的现象。

植被生长季多年平均降水日数如图5所示，各站点降水日数为23.78~86.03 d，随着海拔升高，降水日数的变化趋势与降水量相似，均随海拔整体呈显著（P<0.01）波动上升趋势，且在海拔2 200 m以下以2.85 d·（100 m）^-1的速率增加。其中，海拔1 000 m以下降水日数随海拔上升的趋势相对于1 000 m以上缓慢，海拔1 000 m左右出现降水日数谷值，1 000 m以上降水日数随海拔升高迅速增加，至海拔2 200 m左右趋于平稳，降水日数维持在86.03 d左右。值得注意的是，出现降水高值带的区域，其降水日数相比邻近区域没有明显增多，说明该地更易发生大量级降水，应注意防范山洪、泥石流等地质灾害。

为进一步了解降水日数随海拔高度的变化特征，分析植被生长季逐月平均降水日数（图6）。与降水量趋势相同，生长季各月降水日数均随海拔上升呈增多趋势，降水日数以海拔1 800 m为界呈阶梯状增多，1 800 m以下站点降水日数较少，随海拔上升的速率较为平缓，对海拔依赖性不强，各站点每月降水日数约6.86 d；1 800 m以上降水日数随海拔上升增加趋势明显，至海拔2 200 m以上趋于平稳并维持在较高水平。

各月多年平均降水日数的分布也与降水量相似，其中6月降水日数最多（9.73 d），5月仅次于6月（9.71 d），约占植被生长季降水日数的22.8%；7、8月各站点平均日数为9.26、8.24 d，分别占整个生长季降水日数的21.7%和19.3%；9月平均降水日数最少（5.67 d），仅占生长季降水日数的13.3%。随海拔升高各月降水日数的增速差异不大，海拔2 200 m以下区域7月增速最快[0.72 d·（100 m）^-1]，其次为6月[0.69 d·（100 m）^-1]，5月与8月分别为0.54、0.52 d·（100 m）^-1，9月增速最慢[0.37 d·（100 m）^-1]。

植被生长季及各月降水日数的空间分布（图7）显示，乌鲁木齐河流域降水日数均由西南山区向东北沙漠边缘地带递减，5—9月高值区均出现在南部亚高山带，低值区为流域北部沙漠边缘地带。但各月降水日数分布有所不同，5月流域内降水日数为6.00~17.63 d，6月随着水汽增多和降水增加，山区降水日数显著增多，低海拔山前平原及荒漠变化不大，流域各地降水日数逐渐呈现两极分化，降水日数为5.22~21.38 d。7月与6月的分布格局相似，但受大气环流影响及气温的进一步升高，各地降水日数相对有所减少（4.44~18.78 d）；8月各地降水日数进一步减少（3.67~16.78 d）且不同海拔地带差距缩小；进入9月后流域各地降水日数全面缩减（2.89~12.11 d），除南部亚高山带降水日数较多外，中山带及以下区域降水日数差异不大，普遍在5.00~6.00 d左右。与降水量分布格局相似，流域植被生长季降水日数自东北至西南随海拔升高呈增多趋势，不同地带差异较大，整个植被生长季中高山带（海拔1 800 m以上）始终为流域内降水日数较高区域。

统计各站点2013—2021年不同量级降水发生次数（图8），显示乌鲁木齐河流域不同量级降水事件次数小雨>微雨>中雨>大雨>暴雨>大暴雨。植被生长季降水以小雨为主，小雨次数占总降水次数的45.0%~68.8%；微雨次之，占各地总降水次数的24.0%~28.9%；中雨占比为7.6%~25.2%；大雨相对较少且主要发生在海拔1 500 m以上山区，占比在9.0%~12.0%之间；暴雨主要发生在1 500 m以上高海拔山区，低海拔地带偶有发生，占比小于1.6%；大暴雨常出现在流域东部中低山带，主要集中在峡门子、独山子村、永丰等地，因其毗邻天山东段博格达峰西侧的迎风坡，是天山地区降水较丰沛地带，因而易发生极端降水（白磊等，2017），但出现次数不多，占比小于1.4%。不同量级降水中，微雨海拔依赖性不强，各地发生次数随海拔升高并无明显规律；暴雨和大暴雨更易发生在海拔1 000 m以上山区；小雨、中雨和大雨与海拔关系密切，均表现出随着海拔升高增加的趋势。

虽然流域内植被生长季降水以微雨到大雨为主，但不同量级降水量对各地降水总量的贡献率有明显差异，不同量级降水的贡献率与海拔无明显线性关系；永丰站（1 470 m）及其海拔以上区域的各量级降水中，小到暴雨虽明显较多，但对降水的贡献率却与流域其他站点相差不大，说明中高海拔区域降水相对较密集且雨量较少。除毗邻博格达峰西侧低山带的峡门子、独山子村大暴雨、暴雨和大雨贡献主要降水量外，其余各地降水量均主要由小雨、中雨和大雨贡献。海拔500 m以上站点大雨贡献率在30.0%以上，虽然各地暴雨最少，但超过50%的站点暴雨贡献的降水量在10.0%以上；微雨贡献极少，各地贡献率仅为0.2%~1.3%，低海拔地区微雨贡献率略高于高海拔地区。

本文利用2013—2021年乌鲁木齐河流域7个国家气象站和20个自动气象站生长季的日降水资料，通过线性趋势法和反距离权重法，对植被生长季降水量、降水日数随海拔变化特征及流域内不同量级降水及其贡献率进行探讨，具体结论如下：

（1）乌鲁木齐河流域植被生长季多年（2013—2021年）平均降水量随海拔升高呈现波动增加趋势。降水量在海拔2 200 m以下区域增长速率为17.4 mm·（100 m）^-1，降水高值带出现在海拔1 200 m和2 000 m附近。生长季各月降水量均以海拔1 000 m为界呈阶梯状上升趋势，1 000 m以下站点降水量较少，月际变化不大，海拔依赖性不显著；1 000 m以上地带月际降水差异较大，海拔依赖性较明显。各月多年平均降水量中，6月降水量随海拔增速最显著，9月最不明显。

（2）乌鲁木齐河流域植被生长季降水量随海拔升高自北至南呈现增加趋势。降水高值带有明显移动规律：5—6月降水高值带由低山带逐渐向南部高海拔中山带移动，7月向亚高山带继续攀升，之后8月又移回中山带，到9月回落到中部山前平原及低山带。相应地，降水低值区也出现由沙漠边缘地带向高海拔山前平原及低山带攀升后又回落到沙漠边缘地带的现象。

（3）降水日数随海拔的变化趋势与降水量一致，均随海拔升高呈现逐渐增加的现象。在海拔2 200 m以下，生长季的降水日数以2.85 d·（100 m）^-1的速率增加，且各月均以1 800 m为界，该海拔以上区域降水日数随海拔升高陡增，至海拔2 000 m后逐渐稳定；该海拔以下降水日数变化不大，随海拔上升速率较缓慢。降水日数高值始终在中高山带（高于1 800 m），具有较强稳定性，降水高值带与降水日数高值区域并不对应，降水高值带更易发生量级较大降水。海拔2 200 m以下，降水日数7月增速最显著，9月最不明显。

（4）植被生长季降水日数随海拔升高自北至南呈现增加趋势。流域内不同地带降水日数差异较大（23.78~86.03 d），5、6、7月随着时间推进山区降水日数逐渐增多，进入8、9月份，降水日数减少。低值区始终位于东北部至北部的山前平原、沙漠边缘地带。

（5）2013—2021年乌鲁木齐河流域植被生长季不同量级降水出现次数小雨>微雨>中雨>大雨>暴雨>大暴雨。随着海拔升高，小雨、中雨、大雨次数呈现波动上升趋势，流域内小雨、中雨和大雨是降水量的主要贡献者。不同量级降水对总降水量的贡献率与海拔无明显关联。

本文的研究结果仅基于27个地面气象观测站，虽然所用站点在流域面上分布相对广泛，但在海拔上的分布不够均匀，亚高山带实测站点数相对平原和盆地少，可能使结果造成一定误差。另外本文主要围绕降水与海拔的关系展开，然而影响降水分布的因素众多，坡度、坡向、局地环流等对降水的影响不容忽视。今后需通过覆盖范围更全面的实测数据以及更为精细的数值模拟探讨不同因素与降水分布的关系，以期更深入地认识流域内降水的时空变化特征。