中国西南地区及双流国际机场秋季降水强度特征分析

应雨辰，蔺少龙

（民航西南空管局气象中心，四川 成都 610202）

降水是调节全球气候的重要工具，降水量是衡量一个地区降水多少的数据，降水量的多少会极大地影响到人类的生活与生产。降水过多会造成洪水、山体滑坡、泥石流等自然灾害，太少则会导致干旱和灌溉不足等，研究降水可以对这些自然灾害提前做好预防，把损失降到最低，并且对许多能源的开发时间和地点也有影响，所以人类对降水的研究一直都在持续。对于降水的研究，中国历史上已经做了很多。降水和温度是气候变化特征中2个最重要的气候要素，降水量的年际和长期变化对人民的社会经济生活有着至关重要的影响。尤其是降水，在民航运行工作中，降水是对航空器运营安全、飞机正常以及航班正点率影响最主要的天气现象之一。据中国民航局的统计数据，天气原因造成航班延误、备降和返航占全年的50%以上，所以对降水预报，尤其是机场降水特征是需要特别进行研究的。

在以往的研究中，任国玉等[1]利用1951—1996年的地面气象记录数据，研究了中国整体长期和季节性降水指标的特征。王绍武等[2]对东部地区35个气象站的降水序列进行了研究，并对西部降水进行了各种各样的研究。陈隆勋等[3]和翟盘茂[4]对中国近半世纪的一项降水研究表明，中国总体上年降水量为减少的趋势，然而西部地区降水量却明显增长，西北地区最为明显，而西南局部则在减少。利用中国740个监测站的日降水资料，李红梅等[5]分析了过去40年里中国东部盛夏降水的长期趋势和时间变化特征，指出近40年来，长江中下游地区夏季降水量、降水频率均呈增加趋势，在华北地区则呈减少趋势。房巧敏等[6]研究了中国整体冬半年的总降水量、日降水强度和强降水日数，得出以上指标都有不同程度增长，其中西北地区的增长较为显著，且在20世纪80年代后期发生跃变，华北地区、中部地区总降水量减少，西南、华南、长江中下游地区多为增加。李帅等[7]根据中国1960年前建站的595个气象站台给出的1951/1952—2004/2005年冬季降水数据，指出多年来中国冬季的降水日数明显减少，降水量的变化则不明显，东北和西北偏东地区冬季降水日数减少趋势超过了0.01显著水平，而高原地区的降水量增加趋势超过了0.05的显著水平。只有对中国的历史气候变化有了深入了解，才能够预测中国未来降水量的分布趋势与变化趋势，以利于更好的发展。中国地处活跃的东亚季风区，是全球气候变化的敏感区和脆弱带。研究其日降水量、降水频率以及降水强度的时空分布变化及再分析数据的有效性都有极其重要的意义。

1 数据介绍和研究方法

本文使用的数据是双流机场1986—2011年26年间的降水气候资料，由于其资料数据时间较短，遂采取1961—2011年地面ERA5日降水再分析资料作为补充，其空间分辨率为0.1°×0.1°，以及中国气象信息中心提供的中国584个站点1961—2011年间的降水数据。降水强度是指发生降水日的降水量平均值，是降水研究中的重要指标。通过对双流机场和中国西南地区秋季降水强度的空间分布和趋势进行分析，并对其的降水变化特征以及Mann-Kendall突变检验，来分析1961—2011年的中国西南地区降水强度变化特征。

2 相关指标和方法的确定

2.1 成都双流国际机场概况

成都双流国际机场位于N30°34.7′，E103°56.8′，地处中国西南地区的四川盆地中，在机场以东有东北—西南走向的龙泉山脉，海拔500～1 100 m，机场以西为龙门山脉，海拔2 700～3 000 m；机场处于四川盆地西部水网区域，机场以东有沱江，机场以西有岷江，两江之间河渠纵横，有多条河系支流自西北向东南流过机场周围。根据2012年的统计数据，成都双流国际机场共完成旅客吞吐量3 159.5万人次，环比增长8.67%，全国排名第5位；货邮吞吐量50.8万t，环比增长6.4%，全国排名第5位；飞机起降24.27万架次，环比增长9.1%，全国排名第5位，已开通航线349条，通航国内外城市达209个，主要驻场航空运营单位有四川航空、成都航空、中国国际航空西南分公司、深圳航空、中国东方航空、中国南方航空、祥鹏航空等。

2.2 西南地区区域划分

为了对中国不同地区的降水变化特征进行研究，采用文献[8]的划分方法，将中国的四川省、重庆市、云南省、贵州省以及青藏高原中东部划分为西南地区，如图1所示。

图1 中国西南地区区域划分图

位于110.0°E的竖线将全国分为东、西2部分，其中西部位于79.0°E的竖线大致沿西藏自治区西国界的交界线；位于35°N的横线为西北地区和西南地区的分界线。

2.3 变化趋势的分析方法

本文采用了一元线性趋势分析的方法，对数据序列进行了分析。

研究降水变化趋势拟合一般采用二次方程表示，具体为：

式（1）中：t为年份序号，t=1，2，…，n。

而线性趋势变化只需选用一次方程，即：xt=a0+a1t。

因为消去了气象要素的均方差和单位对线性回归系数数值大小的影响，从而可在不同地理位置、不同气候要素之间比较趋势变化的大小，同时对计算的倾向率还可以进行相关系数的统计检验。倾向率为正（负）时，表示气候要素在所统计的时间内有线性增加（减少）的趋势。对线性趋势的显著性检验是利用相关系数检验方法，检验水平均设置为5%（即是否通过95%信度）。

2.4 Mann-Kendall突变检验方法

Mann-Kendall是气象学中研究突变常用的一种方法[9]，本文使用该方法研究了中国秋季降水量、降水频率、降水强度的突变，具体如下。

设原始时间序列为y1，y2，…，yn，mi表示第i个样本yi大于yj（1≤j≤i）的累积数。定义统计量：

将公式（2）的dk标准化，得到：

UFk组成一条UF曲线，通过信度检验可得出其是否有明显的变化趋势。将此方法引用到反序列中，可得另一条曲线UB，2条曲线在信度区间内的交点则可能为突变发生点。

给定显著性水平α=0.05，统计量UF和UB的信度区间为±1.96。若UF＞0，表示序列呈上升趋势；反之呈下降趋势，超过该信度区间，表示上升或下降趋势显著。

3 结果分析

3.1 成都双流国际机场秋季降水特征

根据1986—2011年间双流机场气候资料统计，月平均降水强度分布如图2所示，秋季双流机场平均降水量为172.55 mm，占全年总降水量的20%，仅次于夏季，且秋季降水量主要集中在9月，达111.6 mm，占秋季总降水量的65%。

图2 1986—2011年双流机场降水强度逐月分布图

双流机场秋季降水累年平均日数为51.2 d，其占累年年平均降水日数的26%，其秋季降水日数也同降水强度分布特征一致，也是秋季中的9月最多，达20 d，10月略有降低，为19.2 d，11月降水日数减少较为明显，仅为12 d。

使用ERA5双流机场基准点1961—2011年间每年9—11月的日平均降水资料分析其降水变化趋势，如图3所示，在大部分年份中均表现为该年的9月份日降水强度最高，而11月最低；其中日降水强度最大出现在1975年9月，该月平均降水量达11.12 mm，月降水强度最小出现在1965年11月，仅为0.24mm，这与双流机场秋季9月降水强度最高、11月降水强度最低分布一致。

图3 1961—2011年双流机场秋季月平均降水强度变化特征

3.2 中国西南地区秋季降水强度的分布及变化

图4（a）为中国近50年秋季降水强度的空间分布图，从图中来看，青藏高原地区秋季降水强度约为5 mm/d，西南西部的降水强度在4～6 mm/d范围内，西南地区南部与东部降水强度相比西南西部地区要大，可达7 mm/d，尤其在云南地区的南部、四川东部和重庆地区可达10 mm/d以上。图4（b）为中国近50年秋季降水强度的趋势分布图，从图中趋势分布上可以看出50年来西南地区的云南区域以及贵州区域南部等地区降水强度都有增加，西南地区南部大值中心为0.08 mm/（d·a），青藏高原大部分地区约为0.05mm/（d·a），而在四川盆地的南部以及川西高原的部分地区，其降水呈下降趋势，局地为-0.05～-0.10 mm/（d·a）。图4（c）为双流机场区域秋季降水强度的空间分布，双流机场本站秋季降水强度在2～3 mm/d，而在四川的西南方向，横断山脉东麓雅安眉山等地区其秋季降水强度可达10 mm/d以上，与图4（a）的分布特征基本一致。

图4 秋季降水强度的分布和变化

3.3 中国西南地区及双流机场秋季降水强度变化分析

图5（a）为西南地区近50年秋季降水强度的时间序列图，从图中可以看出，西南地区秋季降水强度整体为上升趋势，趋势变化平稳。20世纪80年代前期有一个增强趋势，2005—2010年之间出现最大值。

图5（b）为青藏高原地区近50年的秋季降水强度的时间序列图，从图中可以看出，青藏高原秋季降水强度变化趋势较平稳，无明显上升或下降。1975—1985年间的秋季降水强度低于其他时期，20世纪90年代中期后开始下降，峰值出现在20世纪90年代前期。

图5（c）为双流机场区域近50年的秋季降水强度的时间序列图，从图中可以看出，双流机场秋季降水强度整体变化趋势不明显，无显著上升或下降。在20世纪70年代初期和21世纪初期出现了降水强度低值，1975年秋季的降水强度高于其他时期。整体变化趋势与西南地区秋季降水变化趋势区别不大。

图5 中国西南地区秋季降水强度量变化图

中国的8个区域的秋季降水强度倾向率如表1所示。

表1 中国8个区域的秋季降水强度倾向率

3.4 中国西南地区及双流机场降水强度变化Mann-Kendall突变检验

图6（a）为西南地区秋季降水强度Mann-Kendall突变检验，从图上来看，除20世纪70年代UF＜0，该项指标为下降，其他时期基本都在上升。按照Mann-Kendall检验法，在±1.96信度区间内，UF曲线与UB曲线在1979年有1个交点，1983年UF曲线从正值转为负值，该点可能为降水强度突变点，1997—2002年UF曲线超过临界上值+1.96，即超过了0.05显著水平，为显著的上升趋势。图6（b）为青藏高原秋季降水强度Mann-Kendall突变检验，20世纪60年代后期UF＜0，秋季降水强度下降，2004年后强度也在下降。其他时期皆为上升趋势。在±1.96信度区间内，UF与UB相交于多点，但UF曲线始终在±1.96范围内，其秋季降水强度变化不显著。图6（c）为双流机场秋季降水强度Mann-Kendall突变检验，UF曲线与UB曲线在20世纪60年代末期有3个交点，且在20世纪60年代末以后均为负值，20世纪60年代末3个交点中最后一个点可能为降水强度突变点；除在1974年秋季UF曲线超过临界下值-1.96，超过了0.05显著水平，为显著的下降趋势，其后UF曲线始终在±1.96范围内，即20世纪80年代以后秋季降水强度变化不显著。

图6 中国8个分区秋季降水强度Mann-Kendall突变检验

4 小结

本文利用中国584个气象站点秋季降水数据、ERA5再分析资料和双流机场降水气候资料，围绕中国西南地区及双流机场的秋季降水特征展开讨论，对降水强度的空间分布特征和时间序列变化进行分析发现，双流机场秋季平均降水量为172.55 mm，占全年总降水量的20%，且秋季降水量主要集中在9月，达111.6 mm，占秋季总降水量的65%。双流机场秋季降水累年平均日数为51.2 d，其占累年年平均降水日数的26%；50年来中国西南地区的云南区域以及贵州区域南部等地区降水强度都有增加，而在四川盆地的南部以及川西高原的部分地区，其降水呈下降趋势，双流机场本站秋季降水强度在2～3 mm/d，与四川盆地的分布特征基本一致；西南地区秋季降水强度变化整体为上升趋势，趋势变化平稳。20世纪80年代前期有一个增强趋势，2005—2010年之间出现最大值，青藏高原地区近50年秋季降水强度变化趋势较平稳，无明显上升或下降趋势；双流机场秋季降水强度整体变化趋势不明显，无显著上升或下降，整体变化趋势与西南地区秋季降水变化趋势区别不大；西南秋季降水强度Mann-Kendall突变检验表明在±1.96信度区间内，UF曲线与UB曲线在1979年有1个交点，1983年UF曲线从正值转为负值，该点可能为降水强度突变点，1997—2002年UF曲线超过临界上值+1.96，为显著的上升趋势，青藏高原秋季降水强度变化不显著，双流机场秋季降水强度可能在20世纪60年代发生了突变。