1991—2020年南宁机场降水特征分析

彭淼机

（民航广西空管分局，广西 南宁530048）

1 研究背景

降水是重要的天气现象之一，在航空气象中占据着重要的地位，对航空活动有着重大的影响。近年来航班量的激增，使得航空业迎来了快速的发展。分析南宁机场降水变化特征具有重要的实际意义，可以为南宁机场在发展和预防灾害方面提供决策的依据。近年来，众多学者对不同地方的降水特征展开了深入的研究。蒙芳秀等[1-2]对东北地区夏季极端降水进行了研究，刘睿姝等[3-4]研究了沈阳市的降水趋势变化及突变情况，王晓霞等[5-7]研究了天津市降水量的变化趋势。

本文基于南宁机场基准观测点1991—2020年间逐日降水数据，采用线性回归分析法、距平分析法、Mann-Kendall突变检验法等方法，分析南宁机场降水季节变化、年变化以及日降水量极值的变化特征。以此丰富南宁机场降水特征的相关研究，为南宁机场的降水评估和防洪工作提供一定的参考。

2 资料和方法

2.1 资料

本文所用到的降水量资料来源于南宁机场05号跑道基准观测点1991—2020年逐日降水量资料。季节的划分：上一年12月至当年2月为冬季、3—5月为春季、6—8月为夏季、9—11月为秋季[8]。

2.2 方法

利用线性回归分析法、距平分析法研究降水量的季节变化和年变化特征，利用Mann-Kendall突变分析法对年降水量进行突变分析，根据中国气象局极端降水检测指标中极端降水阈值的确定方法研究南宁机场日降水量极值的特征。

Mann-Kendall突变分析法是一种非参数统计检验方法，对序列分布没有要求，对于n个样本量的时间序列X={x1，x2，x3，…，xn}，构造一个秩序列Sk，然后计算UFk和UBk，使得UBk=-UFk[1]。UFk为标准正态分布，对于给定的0.05显著性水平，若UFk＜0，表示序列呈现上升趋势，UFk＜0表示序列呈现下降趋势，|UFk|＞1.96，表明序列存在显著的上升或下降趋势。同理，若UBk＞0，表示序列呈现上升趋势，UBk＜0表示序列呈现下降趋势，若|UBk|＞1.96，同样表明序列存在显著的上升或下降趋势。如果UFk和UBk两条曲线相交于临界值之间，那么交点对应的时刻就是突变出现的时刻。

3 南宁机场降水特征分析

3.1 南宁机场降水量季节变化分析

图1为南宁机场1991—2020年四季降水量随年份变化的曲线，季节降水量为该年当季的累计降水量。南宁机场各个季节降水量中，夏季的平均降水量最多，为657.92 mm；春季的平均降水量次之，为269.84 mm；秋季的平均降水量再次之，为248.82 mm；冬季的平均降水量最少，为106.63 mm。一年的降水主要集中在春季和夏季，春季和夏季的降水占了全年的72.3%。结合图1可以发现，四个季节的降水量都表现出上升的趋势，其中秋季降水上升的趋势最为明显，冬季秋季降水上升的趋势最为平缓，春季和夏季的趋势介于冬季和秋季之间。春季降水量的波动较为平缓，除了1997年出现明显偏多外，其他年份都在小范围内波动，1997年春季降水达686.0 mm，是春季平均降水量的2.5倍以上，春季降水最小的年份是1992年，为99.5 mm。夏季降水量的波动最为明显，每年之间变化都比较大，夏季降水量最大的年份是2016年，为967.0 mm，共有6年夏季降水达到了900.0 mm以上，夏季降水量最小的年份是2000年，为359.9 mm。秋季降水量前10年的波动较为平缓，后20年波动则较为明显，秋季降水量的最大值是528.7 mm，出现在2014年，秋季降水量的最小值是67.8 mm，出现在2004年，30年内出现了4年秋季降水量低于100 mm。冬季降水量除了1991年和2016年以外整体较为平稳，1991年出现了30年以来的最小冬季降水量，仅为14.1 mm，2016年则出现了30年以来最大的冬季降水量，为311.1 mm，是30年冬季降水量平均值的2.9倍以上，也仅有2016年的冬季降水量达到了200 mm以上，其余的年份都在200 mm以内波动。

图1 南宁机场1991—2020年季节降水量及变化趋势

3.2 南宁机场降水量年际变化分析

图2是南宁机场1991—2020年年降水量距平图，其中年降水量为当年累计降水总量，平均值为30年年降水量的平均值。结合图2可以发现，2010年之前的20年年降水量距平多在0 mm以下，也就是是前20年的降水总体偏少；在2010年之后的10年年降水量距平多在0 mm以上，即后10年总体为一个偏多的情况。结合多项式拟合可以看出，前15年的年降水量变化不大，从2005年开始，后15年的年降水量有明显增大的趋势。南宁机场1991—2020年年降水量序列的气候倾向率为14.978 mm/年，年降水量在850～1 780 mm之间波动，总体是一个线性上升的趋势。南宁机场1991—2020年年降水量平均值是1 283.5 mm，年降水量最大出现在2016年，该年降水量为1 771.4 mm，年降水量最小出现在2000年，全年降水仅有856.3 mm，年降水量最大值和最小值之间相差了915.1 mm。结合南宁机场降水量季节变化分析可以发现，2016年不仅是年降水量最大的年份，也是夏季降水量和冬季降水量最大的年份；而2000年则不仅是年降水量最小的年份，还是夏季降水量最小的年份。也就是说四季降水量中，夏季降水量对一年的降水量贡献最大，夏季降水的极值很大程度上决定了年降水的极值情况。

图2 南宁机场1991—2020年年降水量距平图

3.3 南宁机场年降水量突变分析

利用Mann-Kendall突变检验法，给定显著性水平α=0.05，即临界值Zα=±1.96，对南宁机场1991—2020年年降水量进行检验分析，分析结果如图3所示。结合图3中的UF曲线可以发现，绝大多数年份，南宁机场年降水量有明显的上升趋势。特别是1994—1995年、2016—2020年的上升趋势均超过了显著性水平为0.05的临界线，甚至有的年份超过了0.01显著性水平的临界线（Z0.005=±2.56），表明南宁机场降水的上升趋势十分显著。2000年、2005年、2007年和2009年的UF值在零线附近波动，表明南宁机场降水的变化趋势并不明显。仅在2004年的UF值小于0，表明南宁机场年降水量呈现下降趋势，但未超过临界值-1.96，表明下降趋势并不显著。根据UF和UB两条曲线相交的位置确定突变点，表明南宁机场年降水量不存在突变点。

图3 南宁机场1991—2020年年降水Mann-Kendall突变检验

3.4 南宁机场日降水量极值分析

图4显示的是南宁机场1991—2020年日降水量逐年的极大值，图中的阈值是南宁机场1991—2020年间偏大的极端降水阈值。该阈值是根据中国气象局发布的极端降水指标中关于极端降水阈值的确定得到的。具体的过程是：先取南宁机场1991—2020年日降水的极值和次极值，构建一个60个样本的序列，将序列进行由小到大的排序，取第95百分位数（也就是倒数第三位数），最终得到南宁机场1991—2020年间偏大的极端降水阈值，该阈值的值是191.4 mm。南宁机场1991—2020年间共出现了3次日降水量极端偏多事件，分别发生在2001-07-03（222.8 mm）、2013-11-11（201.1 mm）以及2016-06-04（191.4 mm）。2001-07-03南宁机场受2001年第3号台风“榴莲”的影响主要以阵性降水为主，2013-11-11南宁机场受第30号台风“海燕”的影响主要以阵性降水为主，2016-06-04南宁机场受低层暖湿辐合影响也是以阵性降水为主。因此，南宁机场降水量极端偏多事件主要由阵性降水引起，1991—2020年日降水量最大值则是由台风引起。结合图4可以发现，日降水量极值在前10年波动比较平缓，后20年波动比较显著，并且呈现出线性上升的趋势，气候倾向率为8.83 mm/10年。在1991—2020年间南宁机场日降水量极值仅有一年未达到暴雨（50.0～99.9 mm）级别，但也达到了49.8 mm（2000年），其余年份均达到暴雨级别，其中有16年更是达到了大暴雨（100.0～249.9 mm）级别。

图4 南宁机场1991—2020年日降水量极值时间序列

4 结论

本文利用线性回归分析法、距平分析法、Mann-Kendall突变检验法等方法，对南宁机场1991—2020年降水特征进行分析，得出以下结论。

南宁机场1991—2020年春、夏、秋、冬四季的平均降水量分别是269.84 mm、657.92 mm、248.82 mm、106.63 mm。除夏季降水波动较为明显以外，其余三个季节的降水量随着年份的变化均较为平缓。夏季降水无论在降水量还是降水日数上，对一年的贡献都是最大的。

南宁机场1991—2020年年降水量平均值是1283.5mm，年降水量最大的年份是2016年（1771.4mm），最小的年份是2000年（856.3 mm），两者之间相差了915.1 mm。年降水量序列的气候倾向率为14.978mm/年，总体是一个线性上升的趋势。

Mann-Kendall突变检验法分析表明，南宁机场年降水量绝大多数年份有明显的上升趋势，其中1994—1995年、2016—2020年的上升趋势十分显著，仅在2004年呈现下降趋势，并且下降趋势不显著。UF和UB两条曲线相交的情况表明南宁机场年降水量不存在突变点。

南宁机场1991—2020年间偏大的极端降水阈值是191.4 mm，共出现了3次日降水量极端偏多事件，分别出现在2001年、2013以及2016年。南宁机场降水量极端偏多事件主要由阵性降水引起，1991—2020年日降水量最大值（222.8 mm）是由台风引起。日降水量极值呈现出线性上升的趋势，气候倾向率为8.83mm/10年。