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塔里木河流域降水年内分配集中度较高，连续最大四个月降水大多发生在5〜8月或6〜9月，占全年降水量的比例为54%〜80%，其中巴音布鲁克和若羌两站最髙，达78%以上。除个别站点外，该比例一般为平原大于山区。表1为塔里木河四源流的年降水量季节分配情况。
表1 四源流年降水置季节分配（％)
流域 | 春季（3〜5月） | 夏季（6〜8月） | 秋季（9〜11月） | 冬季（12〜2月） |
开都河-孔雀河流域 | 15〜22 | 59〜70 | 12〜17 | 0.7〜7 |
阿克苏河流域 | 20〜25 | 55〜60 | 14〜18 | 3.0〜7.0 |
叶尔羌河流域 | 21.1〜37.6 | 37.5〜63.1 | 11.2〜16.5 | 3.3〜13.5 |
和田河流域 | 29.6〜40.8 | 35〜50 | 7.0〜19.4 | 1.1〜15.2 |
降水量的年际变化幅度可用最大年降水量与最小年降水量比值和变差系数Cv值来表征。根据1956〜2010年气象站和水文站实测资料统计，塔里木河流域的年降水量极值比介于2.1〜30,在山区为2.1〜6,平原区为9〜30,天山南坡的巴音布鲁克站最小，为2.1，塔里木盆地南缘的若羌站最大，达到30;Cv值在昆仑山山系、塔里木盆地西、北缘为0.35〜0.5，盆地东、南缘为0.5〜0.7，全流域90%以上站点Cv值介于0.2〜0.7。降水的年际变化幅度在空间上表现为多雨区小于少雨区，山区小于平原区，迎风坡小于背风坡。
采用流域内25个国家基本气象站1960〜2010年降水资料进行统计，流域平均降水多年呈递增趋势，变率为0.69mm/a,降水增幅从源流区到干流区逐步减少。