2018年威寧縣茶山區(qū)域自動站雨量空間一致性檢查分析

余 呂,呂 靜，蔡 軍,陳銀東,張 艷

(貴州省威寧彝族回族苗族自治縣氣象局,貴州 威寧 553100)

0 引言

威寧縣地處貴州省西北部，是貴州國土面積最大、海拔最高的縣。該縣地處云貴高原東側(cè)烏蒙山腹地，地勢中部為高原臺地，四周為深切河谷，境內(nèi)四周地形切割大，山地立體氣候分布明顯，氣候復(fù)雜多變，中小尺度天氣異?；钴S，冰雹、干旱、雷暴、暴雨等氣象災(zāi)害頻繁發(fā)生，給人民群眾生命財產(chǎn)安全帶來嚴重危害，嚴重影響了該縣的經(jīng)濟社會發(fā)展。

近年來，威寧縣投入大量人力物力，至2018年底已建設(shè)投入使用78套區(qū)域自動站，為防汛指揮提供了豐富的數(shù)據(jù)，是防御山洪和地質(zhì)災(zāi)害的法寶。區(qū)域自動氣象站為無人值守站點，雖然每年都進行了數(shù)據(jù)校準，但由于所處地理環(huán)境復(fù)雜，導(dǎo)致各類數(shù)據(jù)，特別是雨量數(shù)據(jù)故障頻發(fā)。區(qū)域自動氣象站雨量數(shù)據(jù)是貴州省氣象局汛期開展“三個叫應(yīng)”的決策依據(jù)，也是地方黨委政府開展防汛抗旱決策的重要依據(jù)，還是研究氣候變化，開展生態(tài)評估的根本依據(jù)。錯誤的雨量數(shù)據(jù)直接影響到政府的決策，造成嚴重的社會和經(jīng)濟損失。因此，確保自動氣象站雨量數(shù)據(jù)的準確可靠是氣象保障工作的重中之重。在實際工作中，如果能第一時間發(fā)現(xiàn)可疑的雨量數(shù)據(jù)，及時對其進行處理，是提高自動站雨量數(shù)據(jù)可用性最行之有效的方法。

本文對威寧縣2018年度區(qū)域自動站雨量數(shù)據(jù)進行分析，為區(qū)域自動站的日常維護及汛前專項檢查提供一些建議。

1 資料及分析方法

所用資料為2018年1月1日—12月31日威寧縣國家站和78個區(qū)域站的逐日雨量觀測資料，利用統(tǒng)計學(xué)方法分析[1]威寧縣2018年區(qū)域站雨量數(shù)據(jù)。

國內(nèi)外有關(guān)地面氣象資料的質(zhì)量控制方法主要有氣候?qū)W界限值檢查,臺站或區(qū)域界限值檢查,時間一致性檢查以及空間一致性檢查。本文就區(qū)域自動站雨量數(shù)據(jù)進行空間一致性檢查分析。

2 威寧縣2018年區(qū)域自動站雨量分布及空間一致性檢查

2.1 雨量分布

由圖1可以看出，2018年威寧縣區(qū)域站雨量分布呈現(xiàn)3個高值中心，分別是大街、黑石、金鐘，威寧縣區(qū)域站雨量低值主要位于西部(斗古、玉龍、中水)及東南(龍場、二塘、新發(fā)一帶)。年降雨量最小值為茶山站點的262 mm，最大值為金鐘站點1 504.6 mm。

圖1 2018年1月1日—12月31日區(qū)域站累計降雨量分布圖(單位：mm)

從年雨量高值中心分布來看，金鐘區(qū)域站年降雨量為1 504.6 mm，其相鄰站點光明年降雨量為1 100 mm,明河年降雨量為1 080.9 mm,新田年降雨量為943.4；蜜蜂區(qū)域站年降雨量為1 401 mm，其相鄰站點黑石年降雨量為1 004.4 mm, 居樂年降雨量為1 153.7 mm,岔河年降雨量為1 148 mm; 大街區(qū)域站年降雨量為1 379.5 mm，其相鄰站點雪山年降雨量為976.2 mm, 兔街年降雨量為1 054.9 mm,羊街年降雨量為910 mm。3個高值中心和其他相鄰區(qū)域站比較，年雨量數(shù)據(jù)與空間分布基本吻合。

從年雨量低值分布來看，玉龍區(qū)域站年降雨量為646.2 mm，其相鄰站點斗古年降雨量為577.1 mm, 中關(guān)年降雨量為517 mm；龍場區(qū)域站年降雨量為564.6 mm，其相鄰站點響水年降雨量為571 mm,低值年雨量數(shù)據(jù)與空間分布吻合。

從以上分析來看，威寧縣域降水時空分布均勻合理。但筆者同時也發(fā)現(xiàn)，茶山區(qū)域站年降雨量為262 mm，其相鄰站點梅花山年降雨量為1 094.8 mm,猴場年降雨量為875.3 mm,二塘年降雨量為589.5 mm，與其他相鄰區(qū)域站比較，雨量數(shù)據(jù)明顯偏小。

2.2 茶山雨量數(shù)據(jù)的空間一致性檢查

對于一場系統(tǒng)性降雨天氣過程，不會僅有1個站點監(jiān)測到降雨，周邊站點也會監(jiān)測到該降雨過程[2]。對于局地性非常強的降雨過程，降水過程空間一致性檢查分析則不可靠。因此，該方法主要用來分析較長時間降雨偏少或者是沒有降雨發(fā)生的站點。

通過對茶山站點周邊區(qū)域站分布來看，茶山站點處于二塘、梅花山、猴場三角包圍中，適合對茶山站點空間一致性檢查。

由圖2看出，2018年1—3月相鄰4個區(qū)域站雨量數(shù)據(jù)基本持平，這是由于1—3月降雨大多屬于穩(wěn)定性降雨，故雨量數(shù)據(jù)與空間一致性相吻合。而2018年4月二塘站點雨量數(shù)據(jù)卻明顯偏小，且2018年6—9月本應(yīng)屬于威寧降雨集中期，茶山站點雨量數(shù)據(jù)相較臨近站點相同月份雨量反而明顯偏小。

圖2 2018年茶山及臨近區(qū)域站點猴場、梅花山、二塘逐月雨量(單位：mm)

再看表1，茶山區(qū)域站2018年6—9月降雨量僅占全年降雨量16%，其他相鄰站點則均大于60%，除了茶山都與威寧縣降雨集中期相符。

表1 茶山區(qū)域站及鄰近站點猴場、梅花山、二塘2018年6—9月降雨量占全年降雨量比例

最后，對78個區(qū)域自動站2018年6—9月降雨量占全年降雨量的統(tǒng)計中也發(fā)現(xiàn)，除了茶山雨量僅為16%外，其他均大于55%。

筆者通過調(diào)取2018年6—9月典型的日降雨天氣過程，由表2可以發(fā)現(xiàn)茶山站點雨量數(shù)據(jù)均比附近站點雨量數(shù)據(jù)明顯偏小，再次證實茶山站點雨量數(shù)據(jù)明顯異常。

表2 茶山區(qū)域站及鄰近站點猴場、梅花山、二塘2018年6—9月典型降雨雨量(單位：mm)

3 原因分析

通過上述分析，茶山雨量站在威寧雨季6—9月主要降雨時段，應(yīng)該是雨量器有明顯的故障，才導(dǎo)致全年雨量數(shù)據(jù)異常偏小。在2019年汛前檢查對茶山區(qū)域站巡查時發(fā)現(xiàn)，雨量筒下部已經(jīng)灌滿了泥土，雨量筒上部被樹木遮擋嚴重。巡查時將泥土及上部遮擋樹木清除。經(jīng)過驗證，茶山區(qū)域站雨量已無明顯異常。通過實際保障，筆者總結(jié)了區(qū)域自動氣象站雨量數(shù)據(jù)異常有如下4個原因：①雨量傳感器或電纜出現(xiàn)故障，如干簧管生銹或斷裂，數(shù)據(jù)線斷裂或短路等原因，導(dǎo)致雨量數(shù)據(jù)故障，該類故障一般表現(xiàn)為無降雨或者降雨異常偏大或偏??；②雨量筒堵塞或損壞，導(dǎo)致雨量數(shù)據(jù)為0或者數(shù)據(jù)偏小，如因為雨量計漏斗被蜘蛛網(wǎng)、落葉導(dǎo)致的部分堵塞，承水器收集的降水以勻速滲漏的方式進人翻斗計量[3]，導(dǎo)致降水?dāng)?shù)據(jù)異常的情況時有發(fā)生，且較難判斷；③通訊故障，由于通訊故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)不能上傳到服務(wù)器，使雨量數(shù)據(jù)為0；④由于采集器的故障，出現(xiàn)雨量產(chǎn)生隨機的錯誤數(shù)據(jù)，這種情況較少。

4 結(jié)論與建議

2018年威寧縣域降水時空分布均勻合理，但茶山區(qū)域站全年降雨量明顯偏低。為了最大程度的保證自動站雨量數(shù)據(jù)的可用性，保障人員在每年汛期來臨前，需要對所有自動站設(shè)備做一次全面巡檢；在強對流天氣過程來臨前，對重要站點和故障頻發(fā)站點進行再巡檢，以免設(shè)備故障導(dǎo)致雨量數(shù)據(jù)不可用。在每次天氣過程結(jié)束后，需對縣域內(nèi)區(qū)域自動站雨量數(shù)據(jù)進行分析，對異常數(shù)據(jù)區(qū)域站進行重點巡查。