近10 a黔東南區(qū)域站與國(guó)家站降水時(shí)空對(duì)比分析

周智暉，顧 欣，陳 楊，唐紅忠，趙 杰

(1.貴州省丹寨縣氣象局，貴州 丹寨 557500；2.貴州省黔東南苗族侗族自治州氣象局，貴州 凱里 566000；3.貴州省黔南布依族苗族自治州氣象局，貴州 都勻 558000)

0 引言

為更好地發(fā)揮氣象服務(wù)作用和推進(jìn)氣象事業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展，自2001年開始，我國(guó)啟動(dòng)自動(dòng)氣象站建設(shè)布局，區(qū)域自動(dòng)氣象站(簡(jiǎn)稱區(qū)域站)是近年來(lái)大量布設(shè)的地面自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)，是我國(guó)綜合氣象觀測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分，由于國(guó)家級(jí)觀測(cè)站(簡(jiǎn)稱國(guó)家站)基本上根據(jù)行政區(qū)分布，鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站一般安裝在鄉(xiāng)鎮(zhèn)、行政村或敏感地區(qū)，填補(bǔ)了國(guó)家站的空白區(qū)域氣象資料，由原來(lái)地(縣) 級(jí)細(xì)化到鄉(xiāng)鎮(zhèn)，使氣象區(qū)域尺度更小，獲取氣象資料準(zhǔn)確度更高、時(shí)空分辨率更強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了氣象要素連續(xù)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[1-5]，貴州省在2009年后才完善區(qū)域自動(dòng)站建設(shè)。黔東南地處云貴高原向湘桂丘陵盆地過渡地帶，山地、丘陵錯(cuò)綜復(fù)雜，海拔在138～2 178 m，之間差異較大，受西風(fēng)帶和副熱帶環(huán)流系統(tǒng)影響，為南北氣流交匯比較頻繁劇烈地區(qū)，天氣氣候多樣性、復(fù)雜性和不連續(xù)性顯著，單從黔東南16縣(市)城區(qū)國(guó)家氣象站以及大尺度天氣系統(tǒng)、大氣氣候環(huán)境等是不能完全解釋山地氣候的[6-7]。當(dāng)前對(duì)鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域自動(dòng)氣象站資料的研究，大多在于設(shè)備故障、數(shù)據(jù)質(zhì)控以及應(yīng)用等方面，對(duì)氣象觀測(cè)資料與國(guó)家站觀測(cè)氣象資料之間相關(guān)性和代表性等研究甚少。黔東南地區(qū)的降水在時(shí)間和空間上分布極不均勻，為了提高對(duì)中小尺度天氣系統(tǒng)和短時(shí)災(zāi)害性天氣系統(tǒng)監(jiān)測(cè)能力，本文利用黔東南203個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站的降水資料與16個(gè)縣(市)國(guó)家站降水資料時(shí)空分布特征進(jìn)行對(duì)比分析，彌補(bǔ)以點(diǎn)帶面決策氣象服務(wù)能力，為合理利用有效降水、維護(hù)生態(tài)平衡提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)，研究?jī)烧邥r(shí)空變化及相互關(guān)系對(duì)評(píng)價(jià)區(qū)域生態(tài)環(huán)境建設(shè)、改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

1 資料及方法

本文利用2010—2019年10 a黔東南轄區(qū)內(nèi)16個(gè)國(guó)家級(jí)自動(dòng)氣象站和203個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域自動(dòng)氣象站逐日降水觀測(cè)資料，16縣(市)設(shè)為國(guó)家級(jí)氣象觀測(cè)站，境內(nèi)布設(shè)203個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)實(shí)時(shí)觀測(cè)區(qū)域站，鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站降水資料進(jìn)行穩(wěn)定性和持續(xù)性篩選，缺測(cè)數(shù)據(jù)采用回歸插值方法處理，統(tǒng)計(jì)分析出降水量、雨日數(shù)(日降水量≥0.1 mm日數(shù))、暴雨日數(shù)(日降水量≥50 mm日數(shù))、極端降水量等時(shí)間序列進(jìn)行時(shí)空對(duì)比分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 時(shí)間分布特征

2.1.1 降水量 一般認(rèn)為，當(dāng)相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值大于0.5時(shí)，數(shù)據(jù)之間存在相關(guān)性，反之?dāng)?shù)據(jù)之間不相關(guān)。從近10 a來(lái)鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站和國(guó)家站的年平均降水量相關(guān)性分析來(lái)看，如圖1a，兩者相關(guān)系數(shù)達(dá)0.91，通過α=0.01顯著性檢驗(yàn)，呈正相關(guān)為線性一致增加。鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站年平均降水量為1 247.9 mm，國(guó)家站1 268.7 mm，兩者最多均在2015年，最少在2011年。全年降水量均呈單峰型分布，6月最多，2月最少，如圖1b，但各月量級(jí)大小存在一定差異，鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站各月平均降水量略偏小，兩者相差最大在5月為20.6%，其次11月相差17.1%，相差最小為1月和2月，分別為1.7%和1.9%?？傊?，鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站和國(guó)家站的降水量變化趨勢(shì)一致，降水量主要集中在5—6月；由于鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站點(diǎn)較多，降水量值被平均，量級(jí)上比國(guó)家站相對(duì)偏小。

圖1 近10 a黔東南鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站和國(guó)家站年際降水量(a)和各月降水量(b)趨勢(shì)圖(單位：mm)

2.1.2 雨日 雨日年際變化來(lái)看，鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站和國(guó)家站的雨日相關(guān)系數(shù)達(dá)0.88，通過α=0.01顯著性檢驗(yàn)，呈正相關(guān)均為線性一致增加，如圖2a，鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站年平均雨日177.3 d，國(guó)家站169.1 d；雨日最多均在2015年，最少在2011年。全年雨日分布來(lái)看，鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站和國(guó)家站均有多個(gè)小峰值，主峰特征不明顯，呈平緩型分布，如圖2b，其中，鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站雨日最多為5月17 d，最少12月11 d；國(guó)家站最多為3月19 d，最少12月11 d。從以上可以看出，鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站與國(guó)家站的雨日年變化趨勢(shì)一致，上半年(1—6月)雨日相對(duì)較多，下半年(7—12月)雨日相對(duì)較少；鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站的雨日比國(guó)家站略偏多，表明黔東南大部地區(qū)多陰雨天氣。

圖2 近10 a黔東南鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站與國(guó)家站年際雨日(a)、各月雨日(b)趨勢(shì)圖(單位：d)

2.1.3 累計(jì)暴雨日數(shù) 鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站和國(guó)家站累計(jì)暴雨日數(shù)的年際變化，如圖3a，兩者相關(guān)系數(shù)為0.84，通過α=0.01顯著性檢驗(yàn)，呈正相關(guān)均為線性一致增加；2015年暴雨日數(shù)最多，鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站為570 d，國(guó)家站81 d，國(guó)家站突破1961年以來(lái)極值；2012年暴雨日數(shù)最少，鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站為115 d，國(guó)家站30 d。如圖3b，鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站和國(guó)家站全年暴雨日數(shù)均呈雙峰型，但峰值期有所不同，鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站在6月和8月，國(guó)家站在6月和9月，鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站最多在6月為1538 d，次多在5月為838 d，最少在1月為8 d；而國(guó)家站最多在6月為135 d，次多在5月為76 d，1月0 d。黔東南地形復(fù)雜造成暴雨災(zāi)害頻發(fā)，兩者峰值期有所差異，鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站一年中均有暴雨，國(guó)家站有2個(gè)月較少。因此，單從國(guó)家站不能很好的反映出黔東南暴雨開始期、結(jié)束期、集中期等。

圖3 近10 a黔東南鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站與國(guó)家站各年累計(jì)暴雨日數(shù)(a)和各月累計(jì)暴雨日數(shù)(b)趨勢(shì)圖(單位：d)

2.2 空間分布特征

2.2.1 降水量 近10 a來(lái)鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站的年平均降水量≥1 500 mm有10站，主要分布在從江縣西部；年降水量≥1 000 mm有44站，主要分布在中部以南區(qū)域；降水量400～999 mm之間主要分布在中部以北地區(qū)，降水量主要有兩條帶狀型分布，位于中部和南部，如圖4a，并摻夾3個(gè)降水量大值中心區(qū)，為從江和榕江縣交界的月亮山山脈南部、青山界山脈東南部、苗嶺山脈主峰雷公山南部，降水量最大為月亮山南部的加榜1 774.3 mm，最小為岑鞏中寨站454.0 mm。而國(guó)家站年平均降水量在1 500～1 400 mm之間僅有4站，為西部的丹寨、麻江、雷山和東部的天柱站，如圖4b，強(qiáng)降水呈片狀分布。

圖4 鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站(a)與國(guó)家站(b)年平均降水量分布圖(單位：mm)

以上可以看出，受地形地貌影響，鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站的降水量分布極不均勻，有3個(gè)降水量大值中心區(qū)，主要分布在黔東南中部以南海拔相對(duì)較高的山脈南側(cè)或東南側(cè)，而國(guó)家站以點(diǎn)帶面，以西部3站和東部1站代表2個(gè)大值中心，且鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站降水量量級(jí)比國(guó)家站大。

2.2.2 雨日 鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站年平均雨日數(shù)≥200 d,有4站，主要分布在岑鞏水尾站(206 d)、丹寨排調(diào)鄉(xiāng)(204 d)、臺(tái)江排羊鄉(xiāng)(202 d)、黃平谷隴鎮(zhèn)(200 d)；平均雨日數(shù)在180～199 d有73站，如圖5a，雨日集中區(qū)呈零散破碎型分布，主要為南部的從江縣、榕江縣、黎平縣，東部天柱縣、岑鞏縣、錦屏縣、東北部黃平縣境內(nèi)；雨日數(shù)相對(duì)較少區(qū)域?yàn)槔杵娇h南部、從江縣西部、劍河縣與鎮(zhèn)遠(yuǎn)縣和臺(tái)江縣交界區(qū)、施秉縣等(130～159 d)。而國(guó)家站年雨日分布來(lái)看，雨日≥180 d主要分布在西部丹寨、麻江站，相對(duì)較少為北部鎮(zhèn)遠(yuǎn)，施秉、岑鞏、從江站，最少為鎮(zhèn)遠(yuǎn)縣站的146 d，如圖5b，雨日集中區(qū)呈片狀型分布。

圖5 鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站(a)與國(guó)家站(b)年平均雨日數(shù)分布圖(單位：d)

從鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站分布來(lái)看，雨日主要與山系有較大關(guān)系，雨日較多主要分布在苗嶺山脈主峰雷公山的南側(cè)、月亮山脈的東南部、青山界山脈的東南部、麻江等高海拔地區(qū)，這些地區(qū)主要受西南氣流的迎風(fēng)坡和滇黔靜止鋒影響；雨日相對(duì)較少的地區(qū)分布在海拔較低的東部和東北部，西南氣流受苗嶺山脈阻擋，東部和東北部具有焚風(fēng)效應(yīng)，降雨相對(duì)較少?？梢?，黔東南16個(gè)國(guó)家站雨日分布不能很好反映出黔東南山區(qū)的降雨氣候特點(diǎn)。

2.2.3 暴雨日數(shù) 鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站累計(jì)暴雨日數(shù)分布來(lái)看，如圖6a，累計(jì)暴雨日數(shù)≥30 d有16站，占總站數(shù)的10.0%，主要分布從江、黎平、錦屏縣境內(nèi)；暴雨日數(shù)出現(xiàn)在20～29 d之間的有102站，占總站數(shù)的27.4%，主要分布在中部以南；暴雨日數(shù)≤10 d的有134站，占總站數(shù)的36.0%，分布在中部以北，暴雨集中區(qū)主要呈零散破碎型分布，月亮山東南部為暴雨中心。而從國(guó)家站累計(jì)暴雨日數(shù)分布來(lái)看，如圖6b，暴雨日數(shù)≥30 d有6站，占16縣(市)的37.5%，最少為北部施秉縣的18 d，暴雨集中區(qū)呈片狀型分布。

圖6 鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站(a)與國(guó)家站(b)年平均暴雨日數(shù)分布圖(單位：d)

黔東南暴雨主要分布在中部以南區(qū)域，鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站暴雨主要集中在月亮山東南部，國(guó)家站暴雨集中在西部和東部大片區(qū)域，暴雨中心存在一定差異。由于地形作用，雷山縣東部是苗嶺主峰雷公山，向四周呈傘狀分布，自西向東和南傾斜，雷公山山脈多為1000多米高山，苗嶺山脈南側(cè)為西南暖濕氣流迎風(fēng)坡；劍河、錦屏、黎平3縣交界處為青山界山脈，海拔在1250多米，山脈東部地勢(shì)相對(duì)平坦，當(dāng)有弱冷空氣從東北路徑入侵時(shí)，海拔相對(duì)較低且平坦區(qū)域與青山界山脈有地表氣溫差，交界區(qū)域等溫線密集，溫度梯度較大有利于產(chǎn)生強(qiáng)對(duì)流天氣；月亮山南東側(cè)為都柳江流域出口，偏南氣流順著低洼河谷地帶向西北方向吹，形成高溫和高濕水汽輸送通道，有利于產(chǎn)生多個(gè)中小尺度輻合和上升運(yùn)動(dòng)中心。

2.2.4 極端降水量 鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域氣象站日極端降水量≥300 mm有2站，為雷山縣的高巖站(367.6 mm)和大塘站(324.3 mm)，200 mm以上有36站，占總站數(shù)9.7%；100～199.9 mm有233站，占總站數(shù)62.6%，其余為50～99.9 mm，如圖7a，黔東南中部一帶為強(qiáng)降雨區(qū)，以帶狀型分布。而國(guó)家站日極端降水量分布來(lái)看，如圖7b，最大極端降水量為麻江縣281.7 mm，200 mm以上有麻江、雷山、凱里、榕江、施秉等5個(gè)縣(市)，占16縣市0.5%，最小為三穗縣城區(qū)132.0 mm，強(qiáng)降水主要集中區(qū)為中部以西呈片狀型分布。

圖7 鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站(a)與國(guó)家站(b)極端降水量分布圖(單位：mm)

鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站日極端降水量大于國(guó)家站，且200 mm以上極端降水量占總數(shù)比高于國(guó)家站；鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站極端降水量200 mm以上主要集中在雷公山南部，如2015年5月27日為歷年日降水量最強(qiáng)，雷山大塘367.6 mm突破歷年極值，雷公山山脈南部8站出現(xiàn)250 mm以上特大暴雨，而國(guó)家站主要分布在中部以西，由于國(guó)家站以點(diǎn)帶面，集中區(qū)覆蓋面較大。因此，鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站與國(guó)家站的極端降水量在強(qiáng)度、范圍、密集區(qū)等有較大差異。

3 小結(jié)

①利用黔東南地區(qū)2011—2019年203個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域自動(dòng)氣象站和16個(gè)國(guó)家級(jí)自動(dòng)氣象站降水量、雨日、暴雨日數(shù)、極端降水量等資料進(jìn)行時(shí)空對(duì)比分析。

②鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站的降水量、雨日、暴雨日數(shù)與國(guó)家站均呈正相關(guān)關(guān)系，并通過α=0.01顯著性檢驗(yàn)，為線性一致增加；全年降水量呈單峰型，5—6月降水量相對(duì)集中；全年雨日呈平緩型，上半年雨日相對(duì)較多，下半年雨日相對(duì)較少；全年暴雨日數(shù)呈雙峰型，鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站6月和8月為峰值期，國(guó)家站6月和9月為峰值期。總之，鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站和國(guó)家站的降水在量級(jí)、峰值期、開始期、結(jié)束期等均存在一定差異。

③鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站的降水量主要有兩條帶狀型分布，并摻夾3個(gè)大值中心區(qū)；雨日主要集中在雷公山的南側(cè)、月亮山脈的東南部、青山界山脈的東南部、麻江等海拔較高地區(qū)，呈零散破碎型分布；暴雨主要集中在月亮山東南部，呈零散破碎型分布；極端強(qiáng)降雨位于中部一帶，呈帶狀型分布。而國(guó)家站降水量、雨日、暴雨日數(shù)、極端強(qiáng)降水等呈片狀型分布。由于鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站分布點(diǎn)密集，集中區(qū)覆蓋面小，而國(guó)家站以點(diǎn)帶面，集中區(qū)覆蓋面大，因此，鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站的降水與山系關(guān)系更明顯，較好反映出山地地形對(duì)降水分布的影響特征。