彭淼機(jī)

（民航廣西空管分局，廣西 南寧530048）

1 研究背景

降水是重要的天氣現(xiàn)象之一，在航空氣象中占據(jù)著重要的地位，對航空活動有著重大的影響。近年來航班量的激增，使得航空業(yè)迎來了快速的發(fā)展。分析南寧機(jī)場降水變化特征具有重要的實際意義，可以為南寧機(jī)場在發(fā)展和預(yù)防災(zāi)害方面提供決策的依據(jù)。近年來，眾多學(xué)者對不同地方的降水特征展開了深入的研究。蒙芳秀等[1-2]對東北地區(qū)夏季極端降水進(jìn)行了研究，劉睿姝等[3-4]研究了沈陽市的降水趨勢變化及突變情況，王曉霞等[5-7]研究了天津市降水量的變化趨勢。

本文基于南寧機(jī)場基準(zhǔn)觀測點1991—2020年間逐日降水?dāng)?shù)據(jù)，采用線性回歸分析法、距平分析法、Mann-Kendall突變檢驗法等方法，分析南寧機(jī)場降水季節(jié)變化、年變化以及日降水量極值的變化特征。以此豐富南寧機(jī)場降水特征的相關(guān)研究，為南寧機(jī)場的降水評估和防洪工作提供一定的參考。

2 資料和方法

2.1 資料

本文所用到的降水量資料來源于南寧機(jī)場05號跑道基準(zhǔn)觀測點1991—2020年逐日降水量資料。季節(jié)的劃分：上一年12月至當(dāng)年2月為冬季、3—5月為春季、6—8月為夏季、9—11月為秋季[8]。

2.2 方法

利用線性回歸分析法、距平分析法研究降水量的季節(jié)變化和年變化特征，利用Mann-Kendall突變分析法對年降水量進(jìn)行突變分析，根據(jù)中國氣象局極端降水檢測指標(biāo)中極端降水閾值的確定方法研究南寧機(jī)場日降水量極值的特征。

Mann-Kendall突變分析法是一種非參數(shù)統(tǒng)計檢驗方法，對序列分布沒有要求，對于n個樣本量的時間序列X={x1，x2，x3，…，xn}，構(gòu)造一個秩序列Sk，然后計算UFk和UBk，使得UBk=-UFk[1]。UFk為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，對于給定的0.05顯著性水平，若UFk＜0，表示序列呈現(xiàn)上升趨勢，UFk＜0表示序列呈現(xiàn)下降趨勢，|UFk|＞1.96，表明序列存在顯著的上升或下降趨勢。同理，若UBk＞0，表示序列呈現(xiàn)上升趨勢，UBk＜0表示序列呈現(xiàn)下降趨勢，若|UBk|＞1.96，同樣表明序列存在顯著的上升或下降趨勢。如果UFk和UBk兩條曲線相交于臨界值之間，那么交點對應(yīng)的時刻就是突變出現(xiàn)的時刻。

3 南寧機(jī)場降水特征分析

3.1 南寧機(jī)場降水量季節(jié)變化分析

圖1為南寧機(jī)場1991—2020年四季降水量隨年份變化的曲線，季節(jié)降水量為該年當(dāng)季的累計降水量。南寧機(jī)場各個季節(jié)降水量中，夏季的平均降水量最多，為657.92 mm；春季的平均降水量次之，為269.84 mm；秋季的平均降水量再次之，為248.82 mm；冬季的平均降水量最少，為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%。結(jié)合圖1可以發(fā)現(xiàn)，四個季節(jié)的降水量都表現(xiàn)出上升的趨勢，其中秋季降水上升的趨勢最為明顯，冬季秋季降水上升的趨勢最為平緩，春季和夏季的趨勢介于冬季和秋季之間。春季降水量的波動較為平緩，除了1997年出現(xiàn)明顯偏多外，其他年份都在小范圍內(nèi)波動，1997年春季降水達(dá)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，為99.5 mm。夏季降水量的波動最為明顯，每年之間變化都比較大，夏季降水量最大的年份是2016年，為967.0 mm，共有6年夏季降水達(dá)到了900.0 mm以上，夏季降水量最小的年份是2000年，為359.9 mm。秋季降水量前10年的波動較為平緩，后20年波動則較為明顯，秋季降水量的最大值是528.7 mm，出現(xiàn)在2014年，秋季降水量的最小值是67.8 mm，出現(xiàn)在2004年，30年內(nèi)出現(xiàn)了4年秋季降水量低于100 mm。冬季降水量除了1991年和2016年以外整體較為平穩(wěn)，1991年出現(xiàn)了30年以來的最小冬季降水量，僅為14.1 mm，2016年則出現(xiàn)了30年以來最大的冬季降水量，為311.1 mm，是30年冬季降水量平均值的2.9倍以上，也僅有2016年的冬季降水量達(dá)到了200 mm以上，其余的年份都在200 mm以內(nèi)波動。

圖1 南寧機(jī)場1991—2020年季節(jié)降水量及變化趨勢

3.2 南寧機(jī)場降水量年際變化分析

圖2是南寧機(jī)場1991—2020年年降水量距平圖，其中年降水量為當(dāng)年累計降水總量，平均值為30年年降水量的平均值。結(jié)合圖2可以發(fā)現(xiàn)，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年的降水總體偏少；在2010年之后的10年年降水量距平多在0 mm以上，即后10年總體為一個偏多的情況。結(jié)合多項式擬合可以看出，前15年的年降水量變化不大，從2005年開始，后15年的年降水量有明顯增大的趨勢。南寧機(jī)場1991—2020年年降水量序列的氣候傾向率為14.978 mm/年，年降水量在850～1 780 mm之間波動，總體是一個線性上升的趨勢。南寧機(jī)場1991—2020年年降水量平均值是1 283.5 mm，年降水量最大出現(xiàn)在2016年，該年降水量為1 771.4 mm，年降水量最小出現(xiàn)在2000年，全年降水僅有856.3 mm，年降水量最大值和最小值之間相差了915.1 mm。結(jié)合南寧機(jī)場降水量季節(jié)變化分析可以發(fā)現(xiàn)，2016年不僅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年則不僅是年降水量最小的年份，還是夏季降水量最小的年份。也就是說四季降水量中，夏季降水量對一年的降水量貢獻(xiàn)最大，夏季降水的極值很大程度上決定了年降水的極值情況。

圖2 南寧機(jī)場1991—2020年年降水量距平圖

3.3 南寧機(jī)場年降水量突變分析

利用Mann-Kendall突變檢驗法，給定顯著性水平α=0.05，即臨界值Zα=±1.96，對南寧機(jī)場1991—2020年年降水量進(jìn)行檢驗分析，分析結(jié)果如圖3所示。結(jié)合圖3中的UF曲線可以發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)年份，南寧機(jī)場年降水量有明顯的上升趨勢。特別是1994—1995年、2016—2020年的上升趨勢均超過了顯著性水平為0.05的臨界線，甚至有的年份超過了0.01顯著性水平的臨界線（Z0.005=±2.56），表明南寧機(jī)場降水的上升趨勢十分顯著。2000年、2005年、2007年和2009年的UF值在零線附近波動，表明南寧機(jī)場降水的變化趨勢并不明顯。僅在2004年的UF值小于0，表明南寧機(jī)場年降水量呈現(xiàn)下降趨勢，但未超過臨界值-1.96，表明下降趨勢并不顯著。根據(jù)UF和UB兩條曲線相交的位置確定突變點，表明南寧機(jī)場年降水量不存在突變點。

圖3 南寧機(jī)場1991—2020年年降水Mann-Kendall突變檢驗

3.4 南寧機(jī)場日降水量極值分析

圖4顯示的是南寧機(jī)場1991—2020年日降水量逐年的極大值，圖中的閾值是南寧機(jī)場1991—2020年間偏大的極端降水閾值。該閾值是根據(jù)中國氣象局發(fā)布的極端降水指標(biāo)中關(guān)于極端降水閾值的確定得到的。具體的過程是：先取南寧機(jī)場1991—2020年日降水的極值和次極值，構(gòu)建一個60個樣本的序列，將序列進(jìn)行由小到大的排序，取第95百分位數(shù)（也就是倒數(shù)第三位數(shù)），最終得到南寧機(jī)場1991—2020年間偏大的極端降水閾值，該閾值的值是191.4 mm。南寧機(jī)場1991—2020年間共出現(xiàn)了3次日降水量極端偏多事件，分別發(fā)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南寧機(jī)場受2001年第3號臺風(fēng)“榴蓮”的影響主要以陣性降水為主，2013-11-11南寧機(jī)場受第30號臺風(fēng)“海燕”的影響主要以陣性降水為主，2016-06-04南寧機(jī)場受低層暖濕輻合影響也是以陣性降水為主。因此，南寧機(jī)場降水量極端偏多事件主要由陣性降水引起，1991—2020年日降水量最大值則是由臺風(fēng)引起。結(jié)合圖4可以發(fā)現(xiàn)，日降水量極值在前10年波動比較平緩，后20年波動比較顯著，并且呈現(xiàn)出線性上升的趨勢，氣候傾向率為8.83 mm/10年。在1991—2020年間南寧機(jī)場日降水量極值僅有一年未達(dá)到暴雨（50.0～99.9 mm）級別，但也達(dá)到了49.8 mm（2000年），其余年份均達(dá)到暴雨級別，其中有16年更是達(dá)到了大暴雨（100.0～249.9 mm）級別。

圖4 南寧機(jī)場1991—2020年日降水量極值時間序列

4 結(jié)論

本文利用線性回歸分析法、距平分析法、Mann-Kendall突變檢驗法等方法，對南寧機(jī)場1991—2020年降水特征進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論。

南寧機(jī)場1991—2020年春、夏、秋、冬四季的平均降水量分別是269.84 mm、657.92 mm、248.82 mm、106.63 mm。除夏季降水波動較為明顯以外，其余三個季節(jié)的降水量隨著年份的變化均較為平緩。夏季降水無論在降水量還是降水日數(shù)上，對一年的貢獻(xiàn)都是最大的。

南寧機(jī)場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），兩者之間相差了915.1 mm。年降水量序列的氣候傾向率為14.978mm/年，總體是一個線性上升的趨勢。

Mann-Kendall突變檢驗法分析表明，南寧機(jī)場年降水量絕大多數(shù)年份有明顯的上升趨勢，其中1994—1995年、2016—2020年的上升趨勢十分顯著，僅在2004年呈現(xiàn)下降趨勢，并且下降趨勢不顯著。UF和UB兩條曲線相交的情況表明南寧機(jī)場年降水量不存在突變點。

南寧機(jī)場1991—2020年間偏大的極端降水閾值是191.4 mm，共出現(xiàn)了3次日降水量極端偏多事件，分別出現(xiàn)在2001年、2013以及2016年。南寧機(jī)場降水量極端偏多事件主要由陣性降水引起，1991—2020年日降水量最大值（222.8 mm）是由臺風(fēng)引起。日降水量極值呈現(xiàn)出線性上升的趨勢，氣候傾向率為8.83mm/10年。