Ao invés de declarar as variáveis fora da função, eu usei o return para retornar o valor aleatório.
function atualizaTela(){
limpaTela();
var xAleatorio = sorteiaPosicao(600);
var yAleatorio = sorteiaPosicao(400);
desenhaAlvo(xAleatorio, yAleatorio);
return xa = xAleatorio, ya=yAleatorio;
}