中國(guó)西南地區(qū)及雙流國(guó)際機(jī)場(chǎng)秋季降水強(qiáng)度特征分析

應(yīng)雨辰，藺少龍

（民航西南空管局氣象中心，四川 成都 610202）

降水是調(diào)節(jié)全球氣候的重要工具，降水量是衡量一個(gè)地區(qū)降水多少的數(shù)據(jù)，降水量的多少會(huì)極大地影響到人類的生活與生產(chǎn)。降水過多會(huì)造成洪水、山體滑坡、泥石流等自然災(zāi)害，太少則會(huì)導(dǎo)致干旱和灌溉不足等，研究降水可以對(duì)這些自然災(zāi)害提前做好預(yù)防，把損失降到最低，并且對(duì)許多能源的開發(fā)時(shí)間和地點(diǎn)也有影響，所以人類對(duì)降水的研究一直都在持續(xù)。對(duì)于降水的研究，中國(guó)歷史上已經(jīng)做了很多。降水和溫度是氣候變化特征中2個(gè)最重要的氣候要素，降水量的年際和長(zhǎng)期變化對(duì)人民的社會(huì)經(jīng)濟(jì)生活有著至關(guān)重要的影響。尤其是降水，在民航運(yùn)行工作中，降水是對(duì)航空器運(yùn)營(yíng)安全、飛機(jī)正常以及航班正點(diǎn)率影響最主要的天氣現(xiàn)象之一。據(jù)中國(guó)民航局的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，天氣原因造成航班延誤、備降和返航占全年的50%以上，所以對(duì)降水預(yù)報(bào)，尤其是機(jī)場(chǎng)降水特征是需要特別進(jìn)行研究的。

在以往的研究中，任國(guó)玉等[1]利用1951—1996年的地面氣象記錄數(shù)據(jù)，研究了中國(guó)整體長(zhǎng)期和季節(jié)性降水指標(biāo)的特征。王紹武等[2]對(duì)東部地區(qū)35個(gè)氣象站的降水序列進(jìn)行了研究，并對(duì)西部降水進(jìn)行了各種各樣的研究。陳隆勛等[3]和翟盤茂[4]對(duì)中國(guó)近半世紀(jì)的一項(xiàng)降水研究表明，中國(guó)總體上年降水量為減少的趨勢(shì)，然而西部地區(qū)降水量卻明顯增長(zhǎng)，西北地區(qū)最為明顯，而西南局部則在減少。利用中國(guó)740個(gè)監(jiān)測(cè)站的日降水資料，李紅梅等[5]分析了過去40年里中國(guó)東部盛夏降水的長(zhǎng)期趨勢(shì)和時(shí)間變化特征，指出近40年來，長(zhǎng)江中下游地區(qū)夏季降水量、降水頻率均呈增加趨勢(shì)，在華北地區(qū)則呈減少趨勢(shì)。房巧敏等[6]研究了中國(guó)整體冬半年的總降水量、日降水強(qiáng)度和強(qiáng)降水日數(shù)，得出以上指標(biāo)都有不同程度增長(zhǎng)，其中西北地區(qū)的增長(zhǎng)較為顯著，且在20世紀(jì)80年代后期發(fā)生躍變，華北地區(qū)、中部地區(qū)總降水量減少，西南、華南、長(zhǎng)江中下游地區(qū)多為增加。李帥等[7]根據(jù)中國(guó)1960年前建站的595個(gè)氣象站臺(tái)給出的1951/1952—2004/2005年冬季降水?dāng)?shù)據(jù)，指出多年來中國(guó)冬季的降水日數(shù)明顯減少，降水量的變化則不明顯，東北和西北偏東地區(qū)冬季降水日數(shù)減少趨勢(shì)超過了0.01顯著水平，而高原地區(qū)的降水量增加趨勢(shì)超過了0.05的顯著水平。只有對(duì)中國(guó)的歷史氣候變化有了深入了解，才能夠預(yù)測(cè)中國(guó)未來降水量的分布趨勢(shì)與變化趨勢(shì)，以利于更好的發(fā)展。中國(guó)地處活躍的東亞季風(fēng)區(qū)，是全球氣候變化的敏感區(qū)和脆弱帶。研究其日降水量、降水頻率以及降水強(qiáng)度的時(shí)空分布變化及再分析數(shù)據(jù)的有效性都有極其重要的意義。

1 數(shù)據(jù)介紹和研究方法

本文使用的數(shù)據(jù)是雙流機(jī)場(chǎng)1986—2011年26年間的降水氣候資料，由于其資料數(shù)據(jù)時(shí)間較短，遂采取1961—2011年地面ERA5日降水再分析資料作為補(bǔ)充，其空間分辨率為0.1°×0.1°，以及中國(guó)氣象信息中心提供的中國(guó)584個(gè)站點(diǎn)1961—2011年間的降水?dāng)?shù)據(jù)。降水強(qiáng)度是指發(fā)生降水日的降水量平均值，是降水研究中的重要指標(biāo)。通過對(duì)雙流機(jī)場(chǎng)和中國(guó)西南地區(qū)秋季降水強(qiáng)度的空間分布和趨勢(shì)進(jìn)行分析，并對(duì)其的降水變化特征以及Mann-Kendall突變檢驗(yàn)，來分析1961—2011年的中國(guó)西南地區(qū)降水強(qiáng)度變化特征。

2 相關(guān)指標(biāo)和方法的確定

2.1 成都雙流國(guó)際機(jī)場(chǎng)概況

成都雙流國(guó)際機(jī)場(chǎng)位于N30°34.7′，E103°56.8′，地處中國(guó)西南地區(qū)的四川盆地中，在機(jī)場(chǎng)以東有東北—西南走向的龍泉山脈，海拔500～1 100 m，機(jī)場(chǎng)以西為龍門山脈，海拔2 700～3 000 m；機(jī)場(chǎng)處于四川盆地西部水網(wǎng)區(qū)域，機(jī)場(chǎng)以東有沱江，機(jī)場(chǎng)以西有岷江，兩江之間河渠縱橫，有多條河系支流自西北向東南流過機(jī)場(chǎng)周圍。根據(jù)2012年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，成都雙流國(guó)際機(jī)場(chǎng)共完成旅客吞吐量3 159.5萬人次，環(huán)比增長(zhǎng)8.67%，全國(guó)排名第5位；貨郵吞吐量50.8萬t，環(huán)比增長(zhǎng)6.4%，全國(guó)排名第5位；飛機(jī)起降24.27萬架次，環(huán)比增長(zhǎng)9.1%，全國(guó)排名第5位，已開通航線349條，通航國(guó)內(nèi)外城市達(dá)209個(gè)，主要駐場(chǎng)航空運(yùn)營(yíng)單位有四川航空、成都航空、中國(guó)國(guó)際航空西南分公司、深圳航空、中國(guó)東方航空、中國(guó)南方航空、祥鵬航空等。

2.2 西南地區(qū)區(qū)域劃分

為了對(duì)中國(guó)不同地區(qū)的降水變化特征進(jìn)行研究，采用文獻(xiàn)[8]的劃分方法，將中國(guó)的四川省、重慶市、云南省、貴州省以及青藏高原中東部劃分為西南地區(qū)，如圖1所示。

圖1 中國(guó)西南地區(qū)區(qū)域劃分圖

位于110.0°E的豎線將全國(guó)分為東、西2部分，其中西部位于79.0°E的豎線大致沿西藏自治區(qū)西國(guó)界的交界線；位于35°N的橫線為西北地區(qū)和西南地區(qū)的分界線。

2.3 變化趨勢(shì)的分析方法

本文采用了一元線性趨勢(shì)分析的方法，對(duì)數(shù)據(jù)序列進(jìn)行了分析。

研究降水變化趨勢(shì)擬合一般采用二次方程表示，具體為：

式（1）中：t為年份序號(hào)，t=1，2，…，n。

而線性趨勢(shì)變化只需選用一次方程，即：xt=a0+a1t。

因?yàn)橄チ藲庀笠氐木讲詈蛦挝粚?duì)線性回歸系數(shù)數(shù)值大小的影響，從而可在不同地理位置、不同氣候要素之間比較趨勢(shì)變化的大小，同時(shí)對(duì)計(jì)算的傾向率還可以進(jìn)行相關(guān)系數(shù)的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)。傾向率為正（負(fù)）時(shí)，表示氣候要素在所統(tǒng)計(jì)的時(shí)間內(nèi)有線性增加（減少）的趨勢(shì)。對(duì)線性趨勢(shì)的顯著性檢驗(yàn)是利用相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)方法，檢驗(yàn)水平均設(shè)置為5%（即是否通過95%信度）。

2.4 Mann-Kendall突變檢驗(yàn)方法

Mann-Kendall是氣象學(xué)中研究突變常用的一種方法[9]，本文使用該方法研究了中國(guó)秋季降水量、降水頻率、降水強(qiáng)度的突變，具體如下。

設(shè)原始時(shí)間序列為y1，y2，…，yn，mi表示第i個(gè)樣本yi大于yj（1≤j≤i）的累積數(shù)。定義統(tǒng)計(jì)量：

將公式（2）的dk標(biāo)準(zhǔn)化，得到：

UFk組成一條UF曲線，通過信度檢驗(yàn)可得出其是否有明顯的變化趨勢(shì)。將此方法引用到反序列中，可得另一條曲線UB，2條曲線在信度區(qū)間內(nèi)的交點(diǎn)則可能為突變發(fā)生點(diǎn)。

給定顯著性水平α=0.05，統(tǒng)計(jì)量UF和UB的信度區(qū)間為±1.96。若UF＞0，表示序列呈上升趨勢(shì)；反之呈下降趨勢(shì)，超過該信度區(qū)間，表示上升或下降趨勢(shì)顯著。

3 結(jié)果分析

3.1 成都雙流國(guó)際機(jī)場(chǎng)秋季降水特征

根據(jù)1986—2011年間雙流機(jī)場(chǎng)氣候資料統(tǒng)計(jì)，月平均降水強(qiáng)度分布如圖2所示，秋季雙流機(jī)場(chǎng)平均降水量為172.55 mm，占全年總降水量的20%，僅次于夏季，且秋季降水量主要集中在9月，達(dá)111.6 mm，占秋季總降水量的65%。

圖2 1986—2011年雙流機(jī)場(chǎng)降水強(qiáng)度逐月分布圖

雙流機(jī)場(chǎng)秋季降水累年平均日數(shù)為51.2 d，其占累年年平均降水日數(shù)的26%，其秋季降水日數(shù)也同降水強(qiáng)度分布特征一致，也是秋季中的9月最多，達(dá)20 d，10月略有降低，為19.2 d，11月降水日數(shù)減少較為明顯，僅為12 d。

使用ERA5雙流機(jī)場(chǎng)基準(zhǔn)點(diǎn)1961—2011年間每年9—11月的日平均降水資料分析其降水變化趨勢(shì)，如圖3所示，在大部分年份中均表現(xiàn)為該年的9月份日降水強(qiáng)度最高，而11月最低；其中日降水強(qiáng)度最大出現(xiàn)在1975年9月，該月平均降水量達(dá)11.12 mm，月降水強(qiáng)度最小出現(xiàn)在1965年11月，僅為0.24mm，這與雙流機(jī)場(chǎng)秋季9月降水強(qiáng)度最高、11月降水強(qiáng)度最低分布一致。

圖3 1961—2011年雙流機(jī)場(chǎng)秋季月平均降水強(qiáng)度變化特征

3.2 中國(guó)西南地區(qū)秋季降水強(qiáng)度的分布及變化

圖4（a）為中國(guó)近50年秋季降水強(qiáng)度的空間分布圖，從圖中來看，青藏高原地區(qū)秋季降水強(qiáng)度約為5 mm/d，西南西部的降水強(qiáng)度在4～6 mm/d范圍內(nèi)，西南地區(qū)南部與東部降水強(qiáng)度相比西南西部地區(qū)要大，可達(dá)7 mm/d，尤其在云南地區(qū)的南部、四川東部和重慶地區(qū)可達(dá)10 mm/d以上。圖4（b）為中國(guó)近50年秋季降水強(qiáng)度的趨勢(shì)分布圖，從圖中趨勢(shì)分布上可以看出50年來西南地區(qū)的云南區(qū)域以及貴州區(qū)域南部等地區(qū)降水強(qiáng)度都有增加，西南地區(qū)南部大值中心為0.08 mm/（d·a），青藏高原大部分地區(qū)約為0.05mm/（d·a），而在四川盆地的南部以及川西高原的部分地區(qū)，其降水呈下降趨勢(shì)，局地為-0.05～-0.10 mm/（d·a）。圖4（c）為雙流機(jī)場(chǎng)區(qū)域秋季降水強(qiáng)度的空間分布，雙流機(jī)場(chǎng)本站秋季降水強(qiáng)度在2～3 mm/d，而在四川的西南方向，橫斷山脈東麓雅安眉山等地區(qū)其秋季降水強(qiáng)度可達(dá)10 mm/d以上，與圖4（a）的分布特征基本一致。

圖4 秋季降水強(qiáng)度的分布和變化

3.3 中國(guó)西南地區(qū)及雙流機(jī)場(chǎng)秋季降水強(qiáng)度變化分析

圖5（a）為西南地區(qū)近50年秋季降水強(qiáng)度的時(shí)間序列圖，從圖中可以看出，西南地區(qū)秋季降水強(qiáng)度整體為上升趨勢(shì)，趨勢(shì)變化平穩(wěn)。20世紀(jì)80年代前期有一個(gè)增強(qiáng)趨勢(shì)，2005—2010年之間出現(xiàn)最大值。

圖5（b）為青藏高原地區(qū)近50年的秋季降水強(qiáng)度的時(shí)間序列圖，從圖中可以看出，青藏高原秋季降水強(qiáng)度變化趨勢(shì)較平穩(wěn)，無明顯上升或下降。1975—1985年間的秋季降水強(qiáng)度低于其他時(shí)期，20世紀(jì)90年代中期后開始下降，峰值出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代前期。

圖5（c）為雙流機(jī)場(chǎng)區(qū)域近50年的秋季降水強(qiáng)度的時(shí)間序列圖，從圖中可以看出，雙流機(jī)場(chǎng)秋季降水強(qiáng)度整體變化趨勢(shì)不明顯，無顯著上升或下降。在20世紀(jì)70年代初期和21世紀(jì)初期出現(xiàn)了降水強(qiáng)度低值，1975年秋季的降水強(qiáng)度高于其他時(shí)期。整體變化趨勢(shì)與西南地區(qū)秋季降水變化趨勢(shì)區(qū)別不大。

圖5 中國(guó)西南地區(qū)秋季降水強(qiáng)度量變化圖

中國(guó)的8個(gè)區(qū)域的秋季降水強(qiáng)度傾向率如表1所示。

表1 中國(guó)8個(gè)區(qū)域的秋季降水強(qiáng)度傾向率

3.4 中國(guó)西南地區(qū)及雙流機(jī)場(chǎng)降水強(qiáng)度變化Mann-Kendall突變檢驗(yàn)

圖6（a）為西南地區(qū)秋季降水強(qiáng)度Mann-Kendall突變檢驗(yàn)，從圖上來看，除20世紀(jì)70年代UF＜0，該項(xiàng)指標(biāo)為下降，其他時(shí)期基本都在上升。按照Mann-Kendall檢驗(yàn)法，在±1.96信度區(qū)間內(nèi)，UF曲線與UB曲線在1979年有1個(gè)交點(diǎn)，1983年UF曲線從正值轉(zhuǎn)為負(fù)值，該點(diǎn)可能為降水強(qiáng)度突變點(diǎn)，1997—2002年UF曲線超過臨界上值+1.96，即超過了0.05顯著水平，為顯著的上升趨勢(shì)。圖6（b）為青藏高原秋季降水強(qiáng)度Mann-Kendall突變檢驗(yàn)，20世紀(jì)60年代后期UF＜0，秋季降水強(qiáng)度下降，2004年后強(qiáng)度也在下降。其他時(shí)期皆為上升趨勢(shì)。在±1.96信度區(qū)間內(nèi)，UF與UB相交于多點(diǎn)，但UF曲線始終在±1.96范圍內(nèi)，其秋季降水強(qiáng)度變化不顯著。圖6（c）為雙流機(jī)場(chǎng)秋季降水強(qiáng)度Mann-Kendall突變檢驗(yàn)，UF曲線與UB曲線在20世紀(jì)60年代末期有3個(gè)交點(diǎn)，且在20世紀(jì)60年代末以后均為負(fù)值，20世紀(jì)60年代末3個(gè)交點(diǎn)中最后一個(gè)點(diǎn)可能為降水強(qiáng)度突變點(diǎn)；除在1974年秋季UF曲線超過臨界下值-1.96，超過了0.05顯著水平，為顯著的下降趨勢(shì)，其后UF曲線始終在±1.96范圍內(nèi)，即20世紀(jì)80年代以后秋季降水強(qiáng)度變化不顯著。

圖6 中國(guó)8個(gè)分區(qū)秋季降水強(qiáng)度Mann-Kendall突變檢驗(yàn)

4 小結(jié)

本文利用中國(guó)584個(gè)氣象站點(diǎn)秋季降水?dāng)?shù)據(jù)、ERA5再分析資料和雙流機(jī)場(chǎng)降水氣候資料，圍繞中國(guó)西南地區(qū)及雙流機(jī)場(chǎng)的秋季降水特征展開討論，對(duì)降水強(qiáng)度的空間分布特征和時(shí)間序列變化進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，雙流機(jī)場(chǎng)秋季平均降水量為172.55 mm，占全年總降水量的20%，且秋季降水量主要集中在9月，達(dá)111.6 mm，占秋季總降水量的65%。雙流機(jī)場(chǎng)秋季降水累年平均日數(shù)為51.2 d，其占累年年平均降水日數(shù)的26%；50年來中國(guó)西南地區(qū)的云南區(qū)域以及貴州區(qū)域南部等地區(qū)降水強(qiáng)度都有增加，而在四川盆地的南部以及川西高原的部分地區(qū)，其降水呈下降趨勢(shì)，雙流機(jī)場(chǎng)本站秋季降水強(qiáng)度在2～3 mm/d，與四川盆地的分布特征基本一致；西南地區(qū)秋季降水強(qiáng)度變化整體為上升趨勢(shì)，趨勢(shì)變化平穩(wěn)。20世紀(jì)80年代前期有一個(gè)增強(qiáng)趨勢(shì)，2005—2010年之間出現(xiàn)最大值，青藏高原地區(qū)近50年秋季降水強(qiáng)度變化趨勢(shì)較平穩(wěn)，無明顯上升或下降趨勢(shì)；雙流機(jī)場(chǎng)秋季降水強(qiáng)度整體變化趨勢(shì)不明顯，無顯著上升或下降，整體變化趨勢(shì)與西南地區(qū)秋季降水變化趨勢(shì)區(qū)別不大；西南秋季降水強(qiáng)度Mann-Kendall突變檢驗(yàn)表明在±1.96信度區(qū)間內(nèi)，UF曲線與UB曲線在1979年有1個(gè)交點(diǎn)，1983年UF曲線從正值轉(zhuǎn)為負(fù)值，該點(diǎn)可能為降水強(qiáng)度突變點(diǎn)，1997—2002年UF曲線超過臨界上值+1.96，為顯著的上升趨勢(shì)，青藏高原秋季降水強(qiáng)度變化不顯著，雙流機(jī)場(chǎng)秋季降水強(qiáng)度可能在20世紀(jì)60年代發(fā)生了突變。