1. 引言
降雨是影响航空运行的重要气象因素之一，降雨强度及其时空分布特征往往是机组起降的重要决策参考。国内外气象学者对降雨及其时空分布的影响开展了很多研究。王雪梅[1]等研究揭示了中国山丘区极端降雨演变规律的时空分异格局，可为区域极端降雨灾害风险防控提供科学依据。李海洲[2]等研究白龙江流域中游地区近年来降水时空分布特性，指出该流域降水年内变化剧烈，年际差异较大，呈现出丰枯交替、整体缓慢增长的趋势变化特点。蒋安尧等[3]研究分析了“三北”工程区极端降水的时空演变特征揭示了“三北”工程区极端降水风险的空间集聚性，为“三北”工程分区防灾与生态管理提供科学支撑。航空气象服务机构开展降雨相关研究，对于提升航空运行和多跑道机场的安全正常效率都具有重要意义。毛鹏飞[4]等通过相应方法构造出降雨下跑道积水分布的理论模型，通过建立道面摩擦特性与安全性之间的联系，分析跑道积水分布对飞机着陆性能影响。储栋[5]等指出雨雪天气时，跑道表面摩擦系数降低，刹车距离增加，在有限长度的跑道上可能无法及时减速或发生侧滑，甚至冲出跑道，严重影响飞机安全起降。钱菲[6]等围绕雷暴天气影响下的多跑道进场航班排序问题开展系统研究，构建了一种路径规划与航班排序相结合的综合调度优化方法。申红喜等[7]提出多跑道运行机场由于天气要素分布的不均匀性，尤其是遇到对流降水时可能发生不同跑道端降水量差距很大的情况，将对航空运行安全正常产生重大影响。
成都天府机场为多跑道运行机场，夏季雷雨季节，短时强降水常对航空运行造成显著影响。2021年6月开航至今，对于天府机场降雨的时空分布特征尚不明确，对运行服务缺少定性定量参考。本文选取了天府机场自开航以来2021年6月至2025年7月的例行观测资料、各跑道端自动观测资料，对天府机场降雨量时空分布特征进行初步统计分析。
2. 降雨量年际变化特征
(a)
(b)
Figure 1. (a) Distribution of annual total precipitation and precipitation days at Tianfu Airport from 2021 to 2025; (b) Heat map of monthly precipitation distribution at Tianfu Airport from 2021 to 2025
图1. (a) 天府机场2021年~2025年年总降水量及降水日数分布；(b) 天府机场2021年~2025年逐月降水量分布热力图
天府机场5年年平均降水量为557 mm，年平均降水日数为136.2日。降水量和降水日数的分布存在明显的年际变化。由图1(a)可见，2021年6月至2025年7月，5年间天府机场年总降水量呈现“双峰双谷”变化曲线。其中2021年虽仅统计6~12月的降水资料，仍在5年之中降水量最高，达751.8 mm。2023年与2024年年总降水量持平，在570~600 mm区间。2022年及2025年为两个波谷，其中2022年显著偏低，全年降水仅437.6 mm，显示天府机场年际降水量分布差异明显，最大年际差达314.2 mm (2021 vs 2022)，相当于年均降水量的56%，降水年际变率大，存在旱涝急转的情况。从月降水量分布热力图可见图1(b)，天府机场月降水量大于80 mm的主要在7~9月，与四川盆地夏季汛期时间一致。而2022年则是少见的伏旱年份，2025年则呈现汛期偏早的特点。
3. 日降水效率分布
图2为天府机场历年降水日降水效率分布。由图2(a)可见，2021年~2025年，天府机场降水日平均降雨量为4.1 mm/日，其中2021年降水效率最高，达5.7 mm/日；2022年最低为3.0 mm/日，最高与最低日降水效率(2021年vs 2022年)差值比例达90%，体现出降水效率的显著差异。且从2021年至2025年降水效率演变中呈现一年偏高一年偏低的变化趋势，显示短时强降水效率有年际的变化调整。从图2(b)可见，历年逐月平均日降水效率为5 mm/日，3月起逐步上升，至7月达到峰值8.2 mm/日，之后逐月下降，10月后低于2 mm/日。强降水效率与天府机场雷雨季基本同步，显示雷雨季节对流性降水对日降水效率的显著影响。2025年天府机场初雷出现较晚，5月7日才发生，4~5月的日降水效率也比历史平均偏低。而2025年6月24日出现了日降水量达58.7 mm的暴雨过程，当月出现了日降水效率16.1 mm/日的极端大值，显著高于年平均值，体现了2025年雷雨季发生晚但短时强降水强，降水效率高，降水极端性增强的特点。
(a)
(b)
Figure 2. (a) Analysis of annual average daily precipitation efficiency at Tianfu Airport from 2021 to 2025; (b) Analysis of monthly average daily precipitation efficiency at Tianfu Airport from 2021 to 2025
图2. (a) 天府机场2021年~2025年降水逐年平均日降水效率分析；(b) 天府机场2021年~2025年降水逐月平均日降水效率分析
4. 不同等级日降水强度分布
Figure 3. Distribution of days by daily precipitation intensity level at Tianfu Airport, 2021~2025
图3. 天府机场2021年~2025年不同等级日降水强度日数分布
图3为天府机场2021年~2025年各级日降水强度分布。在天府机场历年日降水量大于5 mm的降水日中，日降水达到中雨10 mm及以上日数平均占比为52%，最高为2021年，达到58%，需考虑对运行的影响。由图3可见，在日降水效率最高的2021年，其日降水量达到中等以上(≥10 mm)降雨的日数为19日，而日降水效率次低值的2024年，其中等以上降雨日数达到21日，相对5年为最高，呈现“高日数低效率”的异常特征。而历年日降水量达到大雨以上除2022年显著偏少外，其他年份相对持平，平均为4.6日。大雨以上(≥25 mm)级别的日数占比平均为19%，2022年最低，仅7%，2025年则最大，达到35%。
综合来看，天府机场降水总体呈现“总量减少、强度极化、季节前移”三重趋势。中低强度降水日数五年减少46.9%，但≥25 mm强降水保持稳定，≥50 mm极端降水在2025年显著回升。降水效率提升12%反映单位降水强度增加，2025年形成的“少雨量强降水”模式尤其值得警惕。
5. 极端降水事件分布特征
Figure 4. Distribution of single-day and consecutive-day precipitation extremes at Tianfu Airport, 2021~2025
图4. 天府机场2021年~2025年单日及连日降水极值分布
图4是天府机场2021年~2025年降水量极值分布。历年单日及连日降水极值都出现在2021年，单日降水量69.7 mm，出现与2021年7月16日，比五年均值(48.8 mm)高42.8%。过程连日极值降水量129.3 mm，出现于2021年7月14~16日，单次过程降水量占当年总降水量的17.2%。降水季节集中性突出(图5)，极端降水事件78%发生在夏季(6~8月)，其中7月独占60% (6/10次)，连续降水事件均发生在6~8月，最长持续6天(2024年7月13~18日)，2025年出现降水季前移，极端降水最早出现在6月(单日58.7 mm + 连续76.6 mm)。
从天府机场历年6~10月汛期单日极值降水的日期分布来看(图6)，上旬及下旬出现降水极值的频次相当，分别为39%，出现在中旬的占22%。其中6月主要出现在下旬，代表着天府机场逐渐进入防汛关键期；7月主要出现在中下旬，8月集中出现于上旬，与传统“七下八上”的夏季集中汛期特点一致。9月受副高及台风外围影响导致的极值降水集中出现于中旬前后。10月随着季节转换，从夏季雷雨强降水逐渐转为秋季连阴雨为主的秋雨天气，极值降水主要出现在10月上旬，代表着汛期的逐渐结束。基于以上分析，建议天府机场汛期各月防汛重点时段主要关注6月下旬，7月下旬到八月上旬，9月中下旬到10月上旬(图7)。
Figure 5. Trends in single-day and consecutive-day precipitation extremes at Tianfu Airport, 2021~2025
图5. 天府机场2021年~2025年单日及连日降水极值走势
Figure 6. Distribution of extreme single-day precipitation dates during the flood season at Tianfu Airport, 2021~2025
图6. 天府机场2021年~2025年汛期单日降水极值日期分布
Figure 7. Key flood-prevention periods by month at Tianfu Airport
图7. 天府机场各月防汛重点关注时段
6. 各跑道端降水分布特征
Figure 8. Runway layout of Tianfu Airport
图8. 天府机场跑道平面图
图8为天府机场跑道平面图。天府机场目前为三条跑道运行，其中01-19、02-20为两条东北–西南向的平行跑道，跑道磁向分别为022-202˚，01-19长4000 m，宽60 m，02-20长3200 m，宽45 m。11-29为与另外两条跑道相垂直的专供起飞的跑道，跑道磁向为112-292˚，11-29长3800 m，宽45 m。机场日常向北运行，跑道端01、02为五边落地方向，跑道端19、20为一边起飞方向，11号跑道为向东起飞一边。一边、五边的降水强度对航空运行有显著影响。本文选取了天府机场2021年~2025年观测基准点日降水量达到大雨量级(≥25 mm)的22个降水案例(表1)来分析天府机场各跑道端日降水量的分布特征。
Table 1. Daily precipitation (mm) at each runway threshold for days with ≥25 mm at Tianfu Airport, 2021~2025
表1. 天府机场2021年至2025年日降水量≥25 mm各跑道端日降水量(mm)
日期(年–月–日) |
跑道端01 |
跑道端02 |
跑道端11 |
跑道端29 |
跑道端20 |
跑道端19 |
2021-07-15 |
57.8 |
59.4 |
82.5 |
54.3 |
74.9 |
59.3 |
2021-07-16 |
61.2 |
69.8 |
56.3 |
65.5 |
75.9 |
57 |
2021-08-17 |
0.2 |
59.4 |
56.2 |
57.3 |
56.2 |
52 |
2021-08-25 |
27.6 |
27.2 |
31.4 |
28.9 |
30.3 |
28 |
2021-09-04 |
40.2 |
25 |
25.9 |
15 |
29.6 |
45.1 |
2022-05-14 |
38 |
28.4 |
31.1 |
26.4 |
28.4 |
40.9 |
2022-07-27 |
14 |
31 |
32.8 |
14 |
38.4 |
17.5 |
2023-04-18 |
33.2 |
30.1 |
31 |
28.1 |
37 |
26.1 |
2023-07-13 |
30.1 |
29.5 |
29.6 |
26.2 |
27.1 |
28.6 |
2023-07-27 |
41.8 |
39.2 |
31.9 |
39.6 |
33.1 |
44.3 |
2023-08-03 |
50.6 |
48.2 |
18.9 |
36.2 |
48.7 |
51.1 |
2023-09-11 |
44.2 |
51.3 |
44.2 |
41.3 |
42.6 |
39.7 |
2024-07-09 |
34 |
34.5 |
25.8 |
21.5 |
20.7 |
24.2 |
2024-07-18 |
29.5 |
32.8 |
47.9 |
23.9 |
41.5 |
35.2 |
2024-07-20 |
18.4 |
30.1 |
27.5 |
28.7 |
31.2 |
18.6 |
2024-09-29 |
27.5 |
30.7 |
2.5 |
22.5 |
24.1 |
23.5 |
2025-06-17 |
31.4 |
26.5 |
39 |
51.7 |
29.8 |
30.4 |
2025-06-18 |
54.8 |
50.1 |
56.8 |
47.6 |
52 |
63.8 |
2025-06-24 |
63.3 |
58.8 |
69.7 |
65 |
67.6 |
63.2 |
2025-06-29 |
37.4 |
32.9 |
34.7 |
30.3 |
37.6 |
39.6 |
2025-07-11 |
32.4 |
28.9 |
22.6 |
17.2 |
15.1 |
31.1 |
2025-07-23 |
28.6 |
28.7 |
18.9 |
12 |
20.7 |
12.6 |
图9为各跑道端日降水量的统计分布图。本次分析共包含22个观测日期，涵盖6个跑道端(01, 02, 11, 29, 20, 19)的24小时降水量数据。在22个大雨及以上降水事件中(图9(a)、图9(d))，各跑道端降水量分布基本呈正态分布，各跑道端平均降水量范围为34.24 mm~39.20 mm；最大降水量出现在跑道端11，达到82.50 mm，最小降水量出现在跑道端01，仅为0.20 mm。90%的降水事件≤59 mm，但剩余10%的“黑天鹅”事件强度可达60~80 mm。从时间和空间分布特征看(图9(b)、图9(e))，各跑道端降水量时间变化趋势基本一致，表明降水事件具有显著的区域一致性特征。其中跑道端02与20之间的降水量空间相关性最高(r = 0.90)，跑道端01与11之间的相关性最低(r = 0.43)，整体上看，各跑道端降水量表现出较强的空间相关性模式(r > 0.6)，地理位置相近的跑道端显示更高的相关性。
累积分布函数图(图9(c))显示，约17%的跑道端降水量观测值低于25 mm的基准点日降水量。直方图(图9(f))及表2显示显示各跑道端降水量分布呈右偏形态，偏度均>0，右偏越大越容易出现极端高值。中位数33 mm远低于均值38 mm，极端降水的出现概率不可忽略。
各端降水量标准差范围为13.9 mm~18.7 mm，表明各跑道端降水变率较大。其中11端标准差和偏度均最大，29端均值虽小，但偏度较大，显示11-29跑道降水强弱变化大，可预报性难度相对较高。01-19、02-20跑道偏度相当，分布均衡，预测不确定性相对更低。各跑道95%分位平均值为61.9 mm，90%分位为59.4 mm，可将跑道端24小时降水量“≥60 mm”定为红色预警阈值，可覆盖90%以上极端事件。针对11端标准差最大、变率较大的特点，在日常运行中可多关注和通报11端10 min雨量及变化趋势，为机组决策提供必要参考。
Figure 9. Statistical analysis of precipitation at each runway threshold of Tianfu Airport ((a) Boxplot of precipitation distribution; (b) Time-series plot of precipitation; (c) Cumulative distribution function of precipitation; (d) Mean precipitation; (e) Precipitation correlation; (f) Histogram of precipitation distribution)
图9. 天府机场各跑道端降水量统计分析((a) 降水量分布箱线图；(b) 降水量时间序列图；(c) 降水量累积分布函数；(d) 平均降水量；(e) 降水量相关性；(f) 降水量分布直方图)
Table 2. Statistical indicators of precipitation at each runway threshold
表2. 各跑道端降水量统计指标
跑道端 |
均值(mm) |
标准差 |
偏度 |
95%分位 |
极值(mm) |
01 |
35.4 |
16.8 |
+0.55 |
61.2 |
63.3 |
02 |
37.6 |
14.2 |
+0.48 |
59.4 |
69.8 |
11 |
38.9 |
18.7 |
+0.92 |
69.7 |
82.5 |
19 |
38.2 |
13.9 |
+0.46 |
59.3 |
63.8 |
20 |
38.3 |
15.6 |
+0.50 |
67.6 |
75.9 |
29 |
32.0 |
15.0 |
+0.70 |
54.3 |
65.5 |
7. 结论
本文选取了天府机场开航以来2021年6月至2025年7月的例行观测资料、各跑道端自动观测资料，对天府机场降雨量时空分布特征进行初步统计分析，得出以下结论：
(1) 天府机场降水量及降水日数年际变化大，年总降水量呈现典型的“波峰波谷”变化曲线，存在旱涝急转的特点。主要汛期在7~9月，每年汛期开始结束时间有一定差异。
(2) 天府机场年度降水日降水效率差异明显，整体呈现降水效率“一年强一年弱”交替特点，同时具有“低日数高效率，高日数低效率”等特点。逐月降水日降水效率在7月达到峰值，极端强降水事件增多，出现远高于平均值的极值事件。
(3) 天府机场降水总体呈现“总量减少、强度极化、季节前移”三重趋势。中低强度降水日数五年减少，但≥25 mm强降水保持稳定，≥50 mm极端降水在2025年显著回升。降水效率提升反映单位降水强度增加，2025年形成的“少雨量强降水”模式尤其值得警惕。
(4) 天府机场极端降水事件季节集中性突出。极端降水事件78%发生在夏季(6~8月)，其中7月独占60%，连续降水事件均发生在6~8月，2025年出现降水季前移，极端降水最早出现在6月。天府机场汛期各月防汛重点时段主要关注6月下旬，7月下旬到八月上旬，9月中下旬到10月上旬。
(5) 天府机场各跑道端降水量分布基本呈正太分布特征，各跑道端降水量时间变化趋势基本一致，表明降水事件具有显著的区域一致性特征。各跑道端降水量表现出较强的空间相关性模式(r > 0.6)，地理位置相近的跑道端显示更高的相关性。
(6) 各跑道端降水量分布呈右偏形态，极端降水可能性不可忽略。各跑道端降水变率较大，11端降水变率及极端降水概率相对较高，需加强监测和预报。将跑道端“24小时降水量≥60 mm”定为预警阈值，可覆盖90%以上极端事件。
基金项目
中国民用航空西南地区空中交通管理局科技创新项目“西南地区多跑道运行气象预报预警技术研究”。
NOTES
*第一作者。