黃花機場降水年際變化特征分析

吳章敏

摘 要：利用2006～2017年黃花機場跑道基準點芬蘭VIASALA自動觀測系統測得的逐月降水量資料，對黃花機場降水的氣候特征和年際變化特征進行了分析。結果表明，黃花機場主要降水季節為春季和夏季，尤以春末夏初時節降水量最多。近12年來，黃花機場降水量呈現階段性上升趨勢， 以每四年為一個階段。2006年到2009年為一個相對少雨期，2010年到2013年為一個波動期，2014年到2017年為一個相對多雨期。2014年以來，降雨達到強降雨級別的概率呈下降趨勢，但強降雨的最大強度有很大增加，近12年中發生的兩次特大暴雨均出現在2014年以后。

關鍵詞：黃花機場；降水；氣候特征；年際變化

中圖分類號：P426 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）16-0224-03

1 引言

黃花國際機場地處湖南省長沙市東部，屬于亞熱帶季風性氣候，降水充沛。而降水現象是影響飛行安全的主要天氣現象之一。連續強降水引起的低云，低能見度現象可迫使航班返航，備降，嚴重影響航班效率；過冷雨滴可造成飛機、跑道積冰，影響飛行安全；降水過程常伴隨下沉氣流，影響航空器動力性能；連續性大雨還會導致跑道積水，使航空器制動性能減弱，增加滑跑距離，增大航空器偏離方向或沖出跑道的風險；暴雨甚至可能直接造成航空器發動機熄火；風切變、雷暴等嚴重影響飛行安全的天氣現象也常與降水現象相伴而生。因此，對降水現象的觀測和研究一直是民航氣象觀測安全保障工作的重點[1-3]。本文主要對黃花機場2006年-2017年近12年來的降水的氣候特征和年際變化特征進行了分析，以期對黃花機場降水特征的進一步研究和強降水預報提供一定的思路和參考。

2 資料和方法

為了研究黃花機場降水變化特征，本文選用的資料為黃花機場跑道基準點的近12年（2006-2017）逐月降水量資料，由芬蘭VIASALA公司生產的自動觀測系統測得。本文所使用的主要研究方法有：

（1）資料標準化：，其中Sx=

（2）一元線性回歸分析：xi=a+bti（i=1，2，……，n）

（3）三點滑動平均：xi=（xi-1+xi+xi+1）/3；（i=2，……，n）

3 黃花機場降水量隨時間變化特征

黃花機場地處長江中下游地區，長江重要支流湘江東岸，氣候受季風影響明顯，四季分明，雨熱同期，降水充沛。通過對近12年黃花機場降水量統計分析可得，近12年來黃花機場年均降水量達1401.3mm，月均降水量116.8mm。

3.1 黃花機場降水量逐月變化特征

為了研究黃花機場降水分布的氣候特征，對每個月的降水量求氣候值，得到如下結果（見圖1）。

由圖1可以看出：黃花機場降水量主要集中在每年3月至7月，3月降水量急劇增多，達到第一個小峰值，4月稍有回落；5月、6月降水量繼續呈直線上升，6月份達到第二個峰值，降水量達全年最高值；7月份降水量開始回落，但依然屬于降水較多月份；8月、9月、10月降水量繼持續減少，在10月份到達全年最低點；11月份降水量稍有回升，此后降水量持續下降；至1月份到達一個次低值，此后降水量開始穩步回升。從夏末時節（8月）開始，歷經秋季（9月-11月）和冬季（12月-次年2月）月降水量均低于平均月降水量116.8mm，屬于偏旱時段，直到春季降水量才開始回升。由此可見，春季、夏季為黃花機場主要降水季節，其中春末夏初時節為降水最為集中的時段。

3.2 黃花機場降水量年際變化特征

圖2中空心點實線為將黃花機場基準點測得的近12年（2006-2017年）年降水量序列進行標準化后，得到的黃花機場降水量近12年的年際變化曲線。圖2中灰色實線為對黃花機場近12年標準化降水序列進行一元線性回歸分析得到的一元線性回歸趨勢線。由圖2中的回歸直線以及標準化曲線可以看出，近12年來，黃花機場降水量總體呈現增長趨勢，根據標準化曲線波動程度可以看出黃花機場年降水量經歷了三個階段，其中2006-2009波動幅度較小，2010-2013年波動幅度顯著增大，2014-2017波動幅度重新放緩，正好每四年一個階段，具有顯著周期性。

將標準化降水量序列值為正值的年份定義為偏澇年，為負值的年份定義為偏旱年，絕對值大于1的年份定義為極端旱澇年（見表1），則可得到如下統計：2006-2009年階段全為偏旱年，其中包括一個極端偏旱年（2007年）；2010-2013年階段包括一個極端偏旱年（2011年）和一個極端偏澇年（2012）年；2014-2017年階段全為偏澇年，其中包括一個極端偏澇年（2016）年。

由此，可以得到這樣的結論：近12年黃花機場降水經歷了三個階段：第一個階段為2006-2009年，此階段降水量偏少，且年較差不明顯；第二個階段為2010-2013年，此階段降水量年較差較大，偏旱偏澇年交替出現；第三個階段為2014-2017年，此階段降水量偏多，年較差較小。可見，過去的12年，黃花機場降水量先期偏少，在經歷了一個降水量年較差較大的波動階段后，到達了一個降水量偏多的階段。

4 黃花機場降水日數年際變化特征

通過對近12年黃花機場降水日數進行統計分析可得，近12年黃花機場年均降水日數144d，日降水量≥25.0mm的大雨日數年均15.9d，日降水量≥50.0mm的暴雨日數年均4.3d，年均日降水量≥100.0mm的大暴雨日數年均0.6d， 日降水量≥150.0mm的特大暴雨近12年只發生過兩次，一次發生在2015年，一次發生在2017年（見表2）。

為了研究過去12年黃花機場降水日數年際變化與降水量年際變化的耦合情況，探究是否有年總降水量偏多（少），而降水日數偏少（多）的異常年份出現，以及日降水達到強降水級別概率的年際變化情況，對黃花機場近12年的降水日數進行了相關統計，得到如下結果（見圖3）。

由圖3a中近12年黃花機場年總降水日數距平變化曲線可知，近12年來黃花機場年總降水日數與年總降水量年際變化特征相似，年總降水量日數偏多（少）的年份與年總降水量偏多（少）的年份相對應。圖3b、3c分別為黃花機場年總大雨日數（日降水量≥25.0mm）和暴雨日數（日降水量≥50.0mm）占年總降水日數百分比距平序列年際變化曲線，反映了日降水達到大雨和暴雨級別的概率。由圖3b、3c可知降雨達到大雨級別的概率在2012年以前呈波動上升趨勢，2012年達到峰值，在2012年以后呈波動下降趨勢；而降雨達到暴雨級別的概率在2012和2013年達到一個小高峰，總體變化趨勢不明顯。

結合前文分析得出的黃花機場降水量變化的三個階段可知，在降水量波動階段，即2010-2013年，降水達到強降水級別（大雨或暴雨）的概率較大，而在降水量年際變化不明顯的偏旱和偏澇階段（2006-2009年、2014-2017年），降水達到強降水級別的概率較小。

5 黃花機場日最大降水量年際變化特征

根據前文統計結論可知，2014年以來雖然降水量和降水日數均偏多，但是降水達到強降水級別（大雨或暴雨）的概率處于較低水平，這是否代表氣候變得越來越溫和了？為了進一步研究極端降水的年際變化情況，對黃花機場近12年（2006-2017年）每年出現的日最大降水量進行了統計，從而得到黃花機場日最大降水量近12年年際變化柱形圖及其三點平滑曲線（見圖4）。

由圖4可以看出，近12年來，黃花機場日最大降水量呈緩慢波動上升趨勢，每年出現的日最大降水量大多集中在50mm至100mm之間，而上升趨勢主要由2015年和2017年日最大降水量異常偏多（≥150mm）的情況導致，其中2017年7月1日降水量達166.1mm，為黃花機場近12年來日降水量最高值，當日連續強降水引起機坪多處積水，影響了航班的正常起降和效率。

結合上文分析結果，可以看出：從2014年開始黃花機場進入一個降水偏多的時段，雖然強降水日數（日降水量≥25.0mm）占總降水日數的比例呈下降趨勢，但極端降水強度有很大增長，最近12年只出現了兩次日降水量≥150.0mm的情況，均發生在2014年以后，并且第二次降水量比第一次更多，而這種極端的降水現象對飛行安全影響較大，所以未來應進一步注意可能發生的越來越極端的強降水對飛行的影響，提前準備好應對措施，保障飛行安全。

6 結語

本文總結分析了近12年（2006-2017年）黃花機場降水氣候特征；降水量和降水日數的年際變化情況；以及極端降水現象的變化趨勢，得到以下結論：

（1）黃花機場主要降水季節為春季和夏季，其中春末夏初時節降水量最為集中；秋季和冬季為降水偏少季節，其中月均降水量最低值出現在秋季，次低值出現在冬季。

（2）近12年，黃花機場年降水量總體呈現上升趨勢，并出現了以每4年為一個階段的階段性變化，即先期偏少（2006-2009年），在經歷了一個降水量年較差較大的波動階段后（2010-2013年），到達了一個降水量偏多的階段（2014-2017年）。

（3）黃花機場近12年年降水日數總體呈現上升趨勢，與年降水量變化特征相呼應。2014年后雖然降水量、降水日數均處于偏多階段，但強降水日數（日降水量≥25.0mm）占總降水日數的比例處于較低水平。值得注意的是：雖然降水達到強降水級別的概率并未升高，但可能出現的強降水現象的最大降水強度有很大增長。

參考文獻

[1]張序，趙波，譚力，郝帥，鄧豪，楊承翌.降水的形成及其對飛行安全的影響和對策研究[J].沈陽航空航天大學學報，2014，31（6）：73-78.

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[3]翟洪巖.降水對飛行的影響及解決措施[J].科技信息，2012，（29）：234+272.