新疆地处欧亚大陆腹地， 中国西北干旱区西部， 是亚洲中部干旱区的重要组成部分。受“三山夹两盆”地形格局， 形成独具特色的山区-绿洲-荒漠三大生态系统， 气候复杂， 水循环过程独特， 生态环境脆弱， 对气候变化极其敏感， 是全球变化研究的关键区， 在全球干旱区具有独特的代表性^［1］。

21世纪初， 施雅风院士提出了西北干旱区主要是新疆地区气候“暖湿化”转型， 即随着温度上升， 新疆气候水文要素发生明显改变， 出现降水量、 径流量和冰川消融量持续增加， 湖泊水位显著上升等明显信号， 同时预估认为气候暖湿转型可能是世纪性的^［2-3］。围绕气候“暖湿化”转型， 学者们从转型事实、 可能影响和机理机制等角度进行了高热度的研究， 对“暖湿化”问题有了较为系统的认识^［4-12］。进入21世纪以来， 新疆气候发生明显变化， 表现为气温出现跃变式升高且维持高温波动， 降水量增加幅度较21世纪以前有所减缓， 干湿气候随着发生改变^［13-17］。在此背景下， 新疆的降水量、 极端气候事件会发生怎样的变化？河流径流、 湖泊水文、 冰川等水文过程与水资源又如何变化？

可以肯定的是， 新疆气候的明显改变势必会对区域极端事件、 水文过程和水资源产生重要影响， 进而影响到新疆的水资源安全和社会经济可持续发展。为此， 本研究基于最新的气候水文观测资料和相关成果， 研究新疆水文气候要素变化趋势与演变特征， 探讨目前面临的主要问题， 并尝试提出对策建议。研究成果对新疆水资源科学管理、 应对和适应未来气候变化带来的影响具有科学意义。

新疆区域现有长期气象观测台站105个， 考虑到各台站起始时间不一以及个别台站迁站等情况， 经对比选取了89个台站完整的逐日平均气温、 最高/最低气温、 降水量数据序列， 时间跨度为1961年1月至2018年12月。数据由新疆气象信息中心提供， 按气象业务标准经过了严格的质量控制。四季划分按照春季为3—5月， 夏季为6—8月， 秋季为9—11月， 冬季为当年12月至次年2月的标准。根据气候区划的指标以及地理特征， 将新疆分为新疆北部、 天山山区和新疆南部三个气候区（图1）。

标准化降水蒸散指数（SPEI）是常用的表征区域干湿变化的指数之一， 该指数综合考虑了降水和蒸发作用， 而且具有多时间尺度和对气温变化敏感等优点， 在变暖背景下干湿分析中具有明显的优势^{［13，16］}。极端最高气温是指日最高气温大于第10百分位值的气温； 极端降水事件是指日降水量大于第5百分位值的降水量。根据新疆地方降水量业务标准， 在新疆区域内， 暴雨指一昼夜24小时内降雨量超过24 mm或12小时降雨量超过20 mm； 而暴雪指一昼夜24小时内降雪量超过12 mm或12小时降雪量超过10 mm。年暴雪日数是指前一年7月至当年6月之间的年暴雪日数。

新疆河流众多， 选取塔里木河流域和艾比湖流域作为新疆南部和北部代表性流域进行研究。塔里木河流域位于新疆南部塔里木盆地， 流域总面积约102×10⁴ km²， 是中国最大的内陆河流域。历史上曾有九大水系汇入塔里木河， 目前仅有阿克苏河、 叶尔羌河与和田河常年有地表水汇入塔里木河干流^［18］。如表1所示， 选取塔里木河流域“三源一干”上的6个水文站1961—2017年径流量数据， 其中阿克苏河为库玛拉克河协合拉水文站和托什干河沙里桂兰克站监测径流之和， 和田河为喀拉喀什河乌鲁瓦提站和玉龙喀什河同古孜洛克站水文监测径流之和， 叶尔羌河为卡群站监测数据， 塔里木河干流采用阿拉尔水文监测站数据。选取艾比湖流域精河的精河水文站、 博尔塔拉河上游温泉水文站和出山口的博乐站1961—2017年径流量数据。

选取博斯腾湖、 艾比湖和赛里木湖为代表性湖泊， 其中博斯腾湖水位数据来自塔里木河管理局， 时间尺度为1961—2019年。基于Landsat TM/ETM和环境减灾卫星遥感监测的新疆主要湖泊夏季水域面积变化数据来自新疆气候中心《2018年新疆气候变化监测公报》^［19］， 时间尺度为1999—2018年。

1961—2018年新疆年平均气温呈显著上升趋势， 升温速率为0.30 ℃·（10a）^-1（P<0.01）， 高于1951—2018年中国的升温速率［0.24 ℃·（10a）^-1， 《中国气候变化蓝皮书（2019）》］［图2（a）］。1997年以后出现了明显增暖， 1997—2018年气温比1961—1996年偏高了1.1 ℃， 是有观测记录以来最暖的19年。

从年代际变化来看， 20世纪60年代至80年代初期变化趋势不明显； 1987—1997年气温急剧增加， 升温速率高达0.79 ℃·（10a）^-1（P<0.01）； 1997年以来气温增加趋势停滞， 升温速率仅为0.11 ℃·（10a）^-1（P>0.05）， 但依然在高位震荡。冬季平均气温上升趋势最明显［0.40 ℃·（10a）^-1， P<0.01］， 对全年升温速率贡献最大； 春、 秋季次之［0.30 ℃·（10a）^-1和0.32 ℃·（10a）^-1， P<0.01］， 夏季升温速率最低［0.22 ℃·（10a）^-1， P<0.01］。

升温趋势有明显区域差异， 新疆北部升温速率最大［0.35 ℃·（10a）^-1， P<0.01］， 其次是天山山区［0.30 ℃·（10a）^-1， P<0.01］， 新疆南部升温速率［0.26 ℃·（10a）^-1， P<0.01］最小（表2）。1961—2018年新疆有97%的站点有升温趋势， 仅在南部的库车和阿克陶温度降低。

1961—2018年新疆年平均最高气温和最低气温均有上升趋势， 升温速率分别为0.21 ℃·（10a）^-1（P<0.01）和0.44 ℃·（10a）^-1（P<0.01）， 最低温度升温速率是最高温度升温速率的2倍［图2（b）、2（c）］。新疆南部最高气温增加最快， 而北部最低温度升温最明显（表2）。季节上， 春季最高气温升温速率最大［0.27 ℃·（10a）^-1， P<0.01］， 夏季最小［0.16 ℃·（10a）^-1， P<0.01］； 而冬季最低气温升温速率最大［0.52 ℃·（10a）^-1， P<0.01］， 夏季最小［0.40 ℃·（10a）^-1， P<0.01］（表2）。新疆最低气温升温趋势远远高于最高气温， 导致年平均气温日较差呈明显的减小趋势， 减小速率为0.24 ℃·（10a）^-1［图2（d）］。

1961—2018年新疆年降水量呈增加趋势， 增加速率为10 mm·（10a）^-1（P<0.05）［图3（a）］。1986年以前波动变化， 1987年以后明显增加， 比之前增加了35.3 mm， 但年际变化幅度明显增加。区域分布来看， 天山山区增湿速率最大［16 mm·（10a）^-1， P<0.05］， 新疆北部次之［12.3 mm·（10a）^-1， P<0.05］， 新疆南部最小［5.5 mm·（10a）^-1， P<0.05］（表3）。

1961—2018年新疆四季降水量均呈增加趋势。其中， 夏季降水量增加趋势最明显［3.9 mm·（10a）^-1， P<0.05］， 春、 秋季次之［2.1 mm·（10a）^-1和2.0 mm·（10a）^-1， P<0.05］， 冬季最小［1.9 mm·（10a）^-1， P<0.05］。区域来看， 北疆冬季增加速率最大［3.4 mm·（10a）^-1］， 春季最小［2.4 mm·（10a）^-1］； 天山山区夏季增加速率最大［7.1 mm·（10a）^-1］， 冬季最小［2.1 mm·（10a）^-1］； 南疆夏季增加速率最大［3.2 mm·（10a）^-1］， 冬季最小［0.4 mm·（10a）^-1］（表3）。夏季， 天山降水量增多速率最大； 冬季， 北疆增加速率最大。通过显著性检验的站点来看， 新疆75%的站点降水量有显著增加趋势， 其中冬季有97%的站点降水量著增加， 夏秋季分别有37%和33%的站点降水量显著增加， 春季仅有7.4%的站点降水量显著增加。

1961—2018年新疆年日降水量≥0.1 mm降水日数呈增加趋势， 增加速率为0.96 d·（10a）^-1（P>0.05）［图3（b）］。天山降水日数增加速率最大［1.1 d·（10a）^-1］， 新疆南部最小［0.5 d·（10a）^-1］， 增加趋势均不显著。新疆仅有29%的站点的降水日数呈显著增多趋势， 主要分布在新疆西北部、 天山北坡和塔里木盆地南缘。

1961—2018年新疆干湿气候有下降趋势，12个月时间尺度SPEI指数所反映的变化趋势为-0.0135·a^-1 （P<0.05）， 并有明显的年代际特征。1997年之后发生明显的突变， 从1961—1996年的相对湿润期（变化趋势为0.0269·a^-1）转折为1997—2018年的干旱期（变化趋势为-0.0199·a^-1）（图4）。约70%以上的站点有干旱化趋势， 主要在新疆南部、 东部和天山山区， 而在新疆西北部、 塔里木盆地西南部和帕米尔高原增湿特征明显。因此， 1997年以来新疆气候有逐渐从暖湿转向暖干的迹象。

1961—2018年新疆平均逐年干旱月（SPEI≤-1）有明显的增加趋［0.5 mon·（10a）^-1，P<0.01］。1997年以前干旱月份每年不超过2个月，之后逐渐增加；21世纪以来，年均干旱月份数大于4个月。1997—2018年干旱频率增加明显，且干旱强度越大，频率增加越明显，极端干旱频率从1961—1996年的0.6次·a^-1增加到1997—2018年的2.65次·a^-1。此外， 1961—1996年期间以区域性干旱为主，而1997—2018年站次比明显上升， 新疆干旱发生范围在1997年以后明显扩大。

在变暖背景下， 新疆极端天气气候事件频率和强度逐渐增大。1961—2018年极端最高气温呈上升趋势， 升温速率为0.13 ℃·（10a）^-1（P<0.05）， 其中76%的站点极端最高气温增加明显， 主要分布在新疆南部和东部。≥35 ℃高温日数明显增加， 高温初日在提前， 终日在延迟（图5）。随着气候变暖， 极端高温发生的频次和强度增加， 21世纪以来极端高温增加趋势更加显著。极端最低气温上升明显， 升温速率为0.67 ℃·（10a）^-1（P<0.01）， 远远高于极端最高气温的升温速率， 其中20世纪80年代以来更加明显， 21世纪后波动大（图5）。区域来看， 新疆北部升温速率最大［0.84 ℃·（10a）^-1， P<0.01］， 其次是天山山区［0.61 ℃·（10a）^-1， P<0.01］和新疆南部［0.54 ℃·（10a）^-1， P<0.01］。≤-30 ℃低温日数有显著减小趋势［-0.41 ℃·（10a）^-1， P<0.01］， 21世纪以来变化不明显。

1961—2018年新疆极端降水事件和平均日最大降水量呈明显增加趋势， 增加速率为0.9 d·（10a）^-1和0.86 mm·（10a）^-1（P<0.05）（图6）。日最大降水量变化趋势有明显的空间差异， 其中新疆北部增速最大， 天山次之， 新疆南部增速较小， 全区有26%的站点增加显著。最长连续降水日数增加趋势不显著［0.06 d·（10a）^-1， P>0.05］， 区域差异与日最大降水量一致； 而最长连续无降水日数明显减少［0.97 d·（10a）^-1， P<0.05］， 区域差异与日最大降水量相反。年暴雨量和暴雨日数均呈明显增加趋势， 增加速率分别为1.82 mm·（10a）^-1和0.05 d·（10a）^-1（P<0.01）， 其中天山山区增速最大， 新疆北部次之， 新疆南部增速较小； 而年暴雪量和暴雪日数也有明显增加趋势， 增加速率分别为0.47 mm·（10a）^-1 和0.03 d·（10a）^-1（P<0.01）， 其中新疆北部增速最大， 天山山区次之， 新疆南部增速较小。

1961—2017年塔里木河流域的“三源流”径流量均呈增加趋势， 其中阿克苏河径流量显著增加， 增加趋势为2.36×10⁸ m³·（10a）^-1（P<0.01）； 叶尔羌河径流量有不显著的增加趋势［2.31×10⁸ m³·（10a）^-1， P>0.05］； 和田河径流量微弱增加， 趋势为1.40×10⁸ m³·（10a）^-1， 但未通过显著性检验（P>0.05）。塔里木河干流径流量有微弱的减少态势， 变化趋势为-0.33×10⁸ m³·（10a）^-1， 未通过显著性检验（P>0.05）（图7）。

阿克苏河径流量有明显的年代际阶段性变化特征。20世纪60年代至70年代末有增加趋势［5.28×10⁸ m³·（10a）^-1， P<0.05］， 之后明显减少， 80年代变化较小， 90年代至21世纪初急剧增［16.02×10⁸ m³·（10a）^-1， P<0.05］， 但21世纪以来急剧显著减少［-23.81×10⁸ m³·（10a）^-1， P<0.01］， 最近几年径流量有明显回升。同时， 21世纪以来径流量年际波动大。和田河径流量在70年代末至90年代初有减少趋势［-9.56×10⁸ m³·（10a）^-1， P<0.05］， 而90年代中期至今有明显增加趋势［6.68×10⁸ m³·（10a）^-1， P<0.05］。叶尔羌河和塔里木河干流径流量以年际波动为主， 且年际变率较大， 无较明显阶段性特征， 其中21世纪以来干流径流量年际变率明显增大。

1961—2017年艾比湖流域径流量变化差异较大， 博尔塔拉河流域博乐站径流量呈现显著的上升趋势［0.18×10⁸ m³·（10a）^-1， P<0.05］， 上游的温泉站径流量以年际波动变化为主［0.03×10⁸ m³·（10a）^-1， P>0.05］， 无明显的阶段性变化特征； 而精河流域径流量变化有微弱的上升趋势［0.02×10⁸ m³·（10a）^-1， P>0.05］。20世纪60年代至80年代中后期， 精河流域径流量有增加趋势， 70年代中期至80年代中期增加趋势显著； 90年代初明显下降， 90年代有增加趋势； 21世纪以来有明显下降趋势， 2013年达到有记录以来最低值， 2016年出现了径流量次高值［5.87×10⁸ m³·（10a）^-1］。20世纪70年代之前博尔塔拉河流域博乐站有明显的减少趋势， 之后呈波动变化， 90年代中后期急剧增加， 至2002年达到有记录以来的最高值（7.82×10⁸ m³）， 2002年后径流逐渐减少， 同时也在2016年出现了径流量次高值（6.98×10⁸ m³）（图8）。

塔里木河流域径流量对气候变化的响应研究发现， 阿克苏河径流量的年代际变化与区域气候增暖增湿的变化特征高度一致， 突变均发生在20世纪90年代， 如径流量在1993年发生突变， 气温和降水量的突变分别发生在1997年和1986年， 气候影响径流变化具有滞后性。阿克苏河径流量受到了区域气温和降水的双重影响， 90年代以来区域降水量显著增加， 同时升温引起冰雪消融， 冰雪融水和降水量补给的增多使得径流量急剧增加。叶尔羌河径流量也在1993年发生突变， 气温在1996年发生突变， 而降水无突变特征； 相关分析表明径流量与气温显著相关， 而与降水相关不显著， 说明叶尔羌河径流量对气温变化更敏感。和田河也有类似的关系， 径流量与气温的相关性系数最好， 且具有一定的滞后性。塔里木河源流冰雪融水补给径流量比例较高， 阿克苏河流域达到59.3%， 叶尔羌河和和田河也分别达到了54.0%和59.5%^［18］。冰川融水径流补给比重大的河流， 其径流变化对气温的响应更加强烈^［12］。在冰川强烈消融的流域， 径流已出现减少趋势， 如阿克苏河流域冰川面积减少了29.7%^［10］， 冰川处于强烈消融和退缩状态， 使得21世纪以来流域径流显著减少。气温升高会加速冰川积雪的融化， 进而增加径流量。但随着升温持续， 冰雪水资源量减少， 冰川融水量锐减， 径流因降水异常的影响而变率增大， 21世纪以来年际变率明显增大证实了这点。因此， 通过调节冰雪融水补给， 气温主导年代际阶段性径流变化， 而降水变化则影响径流的年际波动变率。

相关分析表明艾比湖流域径流量与区域气温显著相关， 与降水量的年际变化也有显著同步性。受区域变暖变湿的影响， 1981—2005年精河流域径流量比之前增加了3.24%； 受降水量增加的影响， 2016年径流量急剧增加。而受增暖增湿的影响， 博乐站径流量保持持续增加趋势。此外， 受温泉盆地地下水资源调节作用的影响， 温泉和博乐站径流量相对稳定， 径流异常主要受降水异常的影响。

湖泊是干旱区水资源循环的重要环节和贮存库， 干旱区湖泊变化是气候变化对区域水资源影响的综合体现。新疆是一个多湖泊的地区， 面积大于1×10⁴ km²的湖泊有197个， 面积超过100 km²的有9个， 面积大于10 km²的湖泊有30个， 湖泊总面积12 414 km²， 占全国湖泊面积的13.2%， 次于西藏、 青海、 江苏， 居全国第4位^［20］。选取博斯腾湖、 艾比湖和赛里木湖为代表性湖泊， 分析新疆湖泊的变化特征。

博斯腾湖是我国内陆最大的淡水湖泊， 位于天山南麓的博湖县境内封闭的山间盆地， 80%以上的水来自开都河， 出流汇入孔雀河。随着水资源过度开发利用， 博斯腾湖生态环境问题凸显， 严重影响着博斯腾湖生态系统和生态安全^［21］。

1961—2018年博斯腾湖水位呈下降趋势， 趋势率为-0.024 m·a^-1。1987年和2013年湖泊水位最低， 为1 045.0 m； 2002年水位最高， 为1 049.39 m。博斯腾湖水位阶段性变化明显， 其中1961—1987年湖泊水位有下降趋势， 然后经历了1988—2002年的急剧增加和2003—2012年的持续下降， 水位变化率分别为-0.083 m·a^-1、 0.263 m·a^-1和-0.309 m·a^-1。2013年以来的增加态势， 2017年开始明显回升， 其中2018年达到了1 047.5 m， 2019年已经达到了1 048.2 m（图9）。

博斯腾湖泊水面面积经历了类似的变化^［22］。ETM和环境减灾卫星遥感监测发现， 1999—2018年夏季博斯腾湖面积变化整体呈减少趋势， 2018年湖泊面积为1 042 km²， 其中1999—2002年湖泊面积明显扩张， 2002—2012年水域面积逐渐萎缩， 2013年之后显著扩张［图10（a）］。Landsat卫星也显示1988—2002年期间湖泊逐年扩张， 而在2003—2014年期间急剧萎缩； MODIS数据也显示出了2003—2014年湖泊的萎缩^［23］。

1961—2018年博斯腾湖流域气候有明显变化， 1987年开始气候明显变暖变湿， 引起博斯腾湖水位明显上升； 但1997年之后气温急剧上升， 而降水量的增加趋势减弱， 区域干旱加剧， 导致21世纪以来湖泊水位的明显下降； 2013年之后降水量增加， 尤其是2016年降水量达到最大值， 引起湖泊水位明显回升。因此， 气候变化， 尤其是降水量的变化是引起湖泊水位变化的主要原因之一， 但还受冰川补给变化、 生态输水工程、 农业灌溉用水等其他因素的影响^［23］。

艾比湖位于准噶尔盆地西南部， 是干旱区典型的尾闾型湖泊。20世纪50年代艾比湖湖面面积为1 200 km²左右， 至1998年萎缩至519.26 km^2［24］。ETM和环境减灾卫星遥感监测发现， 1999—2018年夏季湖泊面积经历了两个变化阶段， 其中1999—2003年湖泊逐渐扩张， 从519.26 km²扩张到2003年的972.39 km²； 然后急剧萎缩， 2013年湖泊面积达到最小， 仅为429.63 km²， 比2003年萎缩了55.4%。2013年之后逐渐扩张， 至2018年湖泊面积达到748.68 km²［图10（b）］。空间上， 艾比湖西北部萎缩明显， 水域向东南部缩减， 从而对生态环境造成影响。随着艾比湖面积的逐渐干缩， 裸露的湖底已成为风沙-盐尘暴的发源地， 严重威胁我国北方生态安全^［24］。

赛里木湖位于天山西段， 封闭的高山盆地水系， 是极具代表性的高山湖泊。1999—2018年赛里木湖夏季湖面面积变化稳定， 有微弱的扩张趋势。其中2016年湖泊面积最大， 2018年减小到462.9 km²， 湖泊扩张区域主要分布在地势低且平坦的草原地带［图10（c）］。受气候暖湿化影响， 冰雪消融增多， 入湖径流量和湖面降水量明显增加， 湖面稳定扩张。

21世纪初， 施雅风院士提出了西北干旱区气候“暖湿化”转型的信号， 其中干旱区西部， 尤其是新疆更加明显^［2-3］。20世纪80年代中后期以来新疆气温和降水量均突变型增加， 表现为“暖湿化”特征； 但1997年之后， 尤其是21世纪以来， 新疆气候发生明显变化， 表现为气温出现跃变式升高且维持高温波动， 降水量增加趋势减缓， 且降水量年际变化明显增大， 极端降水事件频次和强度明显增加， 对新疆气候变化产生重要影响。SPEI干旱指数显示， 新疆气候有从1961—1996年的“暖湿化”转折到1997—2018年的“暖干化”的迹象， 1997年以来发生“湿干转折”信号， 干旱化趋势凸显。约70%以上的站点有干旱化趋势， 干旱频率、 干旱发生月份和干旱范围等均有明显增加。

目前， 对新疆气候变化趋势， 尤其是“暖湿化”趋势的认识不清， 物理过程不明。在全球变暖和人类活动加剧的背景下， 新疆气候还处在不断调整和转型过程中， 气候变化趋势和特征多样并存， 区域差异明显。从气温和降水量的角度， 新疆气候至今依然维持着“暖湿化”特征； 但从干湿变化角度， 变暖引起蒸发需求旺盛， 降水的增加量不足以抵消蒸发增加的需求量， 区域陆面趋于干旱并反馈至大气， 出现干旱化趋势。针对“暖湿化”的成因， 大多学者认为是在高中低纬环流系统配合影响下， 来自高纬、 热带印度洋、 阿拉伯海和局地的水汽输送增强所致^［6-9］， 但物理过程依然不清晰。21世纪以来的干旱化的形成原因更加复杂， 现有研究表明北大西洋多年代际振荡（AMO）和ENSO与新疆干旱化有密切关系^［15］， 物理过程和机理也不清楚。同时， 人为增暖加剧、 土地利用/土地覆盖变化、 城市群快速扩张等人类活动都将对干旱化产生重要影响。

新疆极端气温、 极端降水和干旱等事件发生频率增加， 强度加大， 21世纪以来尤其明显。极端暴雨雪对总降水量的贡献增加， 短时强降水的频次和强度增加， 中小雨频次和贡献减小， 使得降水气候的极端化更加严重。例如， 2018年7月31日哈密突发短时特大暴雨， 14小时降水量达到115.5 mm， 超过当地历史最大年降雨量52.4 mm， 山洪、 水库、 铁路、 公路、 房屋损失严重， 死亡20多人。同时， 降水更加集中， 且加剧了干旱事件的频次和强度， 使得洪旱灾害并发并增。随着气候变暖加快， 高温初日提前， 高温终日推迟， 干旱和高温天气同时出现的频次增加， 干旱和高温协同发展产生连锁效应， 将会对农业、 森林、 基础设施和人类健康带来严重威胁。此外， 气温升高和极端降雨增多， 使得冰雪融水径流增大， 冰湖更易溃决， 冰川跃动时有发生。在气候变化和极端事件影响下， 水文气象灾害风险加剧。

新疆的气象水文灾害主要有暴雨山洪、 高温、 干旱、 冰湖溃决、 冰崩、 暴雪雪崩、 冰川跃动以及泥石流、 滑坡等。受气候变化影响， 气象水文灾害的致灾因子、 触发条件， 以及灾害形成发育的过程和机理认识不足， 对灾害孕育和演化过程的物理描述和机理认识不明， 尚不能进行有效的灾害预测和风险防控。在极端天气气候事件频发重发背景下， 水文气象灾害风险难以把控。

受“三山夹两盆”格局影响， 新疆气候和水循环过程独特， 水资源特色鲜明。在变暖背景下， 极端气候水文事件频发重发， 加大了水循环系统脆弱性， 进而加剧了水资源的不确定性。气候变化在加剧径流年际丰枯变化的同时， 也改变了径流的稳定性， 表现为冰雪消融期提前、 汛期径流量增加等现象。新疆径流对冰川的依赖性强， 其中天山北坡、 南坡和昆仑山北部的冰川融水分别占河流径流总量的31.8%、 33.7%和56.3%^［18］。随着气温升高， 尤其是山区气温异常升高， 冰川面积小、 海拔较低的流域， 冰川退缩和积雪消融加剧， 打破冰冻圈物质平衡， 冰川消融出现变化拐点， 造成固体水资源和冰川融水补给量锐减， 对河流的调节功能下降， 地表径流的稳定性降低， 受极端降水的影响而变率增大^［25-26］。未来20~30年新疆冰川仍将强烈消融， 冰雪融水急剧减少； 未来50年新疆天山约有80%以上的小冰川消失； 在RCP4.5情景下， 乌鲁木齐河源1号冰川径流2050年之后快速下降， 至2090年冰川消融殆尽^［27］。

水资源问题是制约新疆高质量、 可持续发展的最主要问题之一。气候变暖引起新疆水文气象要素， 尤其是水分循环结构发生明显改变。在极端气候频发重发的背景下， 水循环系统不稳定性加剧， 给新疆水资源安全带来了严峻的挑战， 水安全问题迫在眉睫。

针对新疆气候水文变化趋势和存在的问题， 需要科学应对机遇与挑战。应抓住气候机遇， 趋利避害， 未雨绸缪， 提出如下建议。

新疆受特殊地理、 气候条件的限制， 气象水文监测站点不足， 尤其在4 000 m以上的山区和沙漠腹地， 都是监测的空白区。建议结合第三次新疆综合科学考察， 全面布局气候水文灾害综合科学考察， 尤其对西天山、 阿尔泰山、 帕米尔高原和罗布泊等关键区域进行重点布局， 获取第一手气象灾害数据。因此， 需要加强（极端）气候水文变化及灾害机理等基础科学问题研究， 建立水文气象综合观测协同网络和共享机制。提高基础设施建设防灾抗灾标准， 大力提升应对极端气候水文事件和水资源风险的能力， 提高水文气象灾害风险防控和防灾减灾能力。

新疆天山山区、 帕米尔高原、 阿勒泰等地区降水量持续增加， 应抓住气候机遇， 加快山区生态环境建设， 加大山区和荒漠区生态保护力度， 充分利用不同气候立体景观格局， 构建冰雪、 山地、 绿洲和荒漠区地带性生态景观格局， 形成水文气候与生态环境良性耦合的自然生态系统； 根据区域水文气候变化趋势， 研判未来水文气候形势， 协调城乡发展， 主动调整工农业产业布局， 优化农业产业结构， 加快布局生态产业； 抓住气候资源机遇， 优先发展生态旅游和冰雪旅游业， 打造一批绿色旅游品牌； 抓住光热等资源优势， 优化布局清洁能源发展基地， 为自治区高质量发展服务， 推动区域绿色发展， 建设美丽新疆。

气候变化是新疆水资源安全和生态安全的关键驱动因子。新疆水资源安全很大程度上取决于山区降水和冰雪融水， 气候变化显著影响水资源分布格局， 加剧供需水矛盾； 山地、 绿洲和荒漠生态系统稳定性也受气候变化的直接影响。近年来， 自治区政府在生态保护和环境治理方面投入了大量的人财物力， 但山地和荒漠自然生态依然在退化， 水资源问题依然严峻， 其原因是未能足够重视和合理利用气候变化带来的红利。因此， 在“丝绸之路经济带”核心区建设的国家战略中， 建议把有效应对和有序适应气候变化提升到自治区发展战略的高度， 在水资源管理和生态治理规划中充分考虑气候变化的因素， 有效应对气候变化对新疆水资源和生态保护带来的不利影响， 有序适应气候系统中不可避免的变化， 贯彻“环保优先、 生态立区”理念， 保障新疆长治久安和高质量发展。

基于1961—2018年新疆逐日气象观测资料、 1961—2017年新疆代表性流域径流资料和Landsat TM/ETM和环境减灾卫星遥感监测的1999—2018年典型湖泊夏季湖泊面积资料， 结合最新的相关研究成果， 研究了新疆水文气候要素变化趋势与演变特征， 探讨了目前面临的主要问题及对策建议。结果表明：

（1） 1961—2018年新疆升温速率为0.30 ℃·（10a）^-1（P<0.01）， 升温幅度高于全国平均水平， 冬季升温贡献最大； 最低温度升温速率是最高温度升温速率的2倍； 降水量和降水日数均明显增加， 夏季降水增加最显著； 1997年以后出现了明显增暖， 21世纪以来气温和降水均在高位波动， 但增加幅度减缓， 气候有从暖湿化向暖干化转折的迹象， 干旱化趋势加剧。

（2） 1961—2018年极端最高气温、 极端最低气温和高温日数显著增加， 高温初日提前， 高温终日推迟； 极端降水事件、 暴雨雪强度和频次明显增加； 21世纪以来， 极端事件的强度和频次增加更加显著。

（3） 受气候变化和人类活动共同影响， 新疆地表水资源发生明显改变。塔里木河流域源流区径流量明显增加， 干流径流量微弱减少； 博斯腾湖水位阶段性变化明显， 2013年以来逐渐扩张； 艾比湖总体萎缩， 而山区湖泊赛里木湖面积稳定扩张。

（4） 新疆气候变化经历了“暖湿化”的过程， 目前研究对变化趋势和物理过程认识还不清楚， 对水文气象灾害风险加剧难以把控， 水安全问题迫在眉睫。针对以上问题， 建议趋利避害， 抓住气候机遇， 加快生态环境建设； 开展综合科学考察， 构建综合观测协同网络， 提高水文气象灾害风险调控能力； 将有效应对、 有序适应气候变化提升到战略的高度， 为建设美丽新疆和高质量发展服务。