涇陽(yáng)氣象站與涇陽(yáng)縣城降水量相關(guān)分析

尚小寧，王曉斌，王亞莉，馮 珮，趙新瑩

（1.涇陽(yáng)縣氣象局，陜西 咸陽(yáng) 713700；2.西安水文水資源勘測(cè)中心，陜西 西安 710100）

1 涇陽(yáng)縣城降水量觀測(cè)情況

1.1 區(qū)域概況

涇陽(yáng)縣屬陜西省咸陽(yáng)市管轄，地處關(guān)中盆地中部，2021年管轄8 個(gè)鎮(zhèn)、1 個(gè)街道辦，148 個(gè)行政村，面積606 km2，常駐人口約30 萬(wàn)。

涇陽(yáng)縣勢(shì)西北高、東南低。北部自西向東分別為北仲山、嵯峨山及臨山一帶黃土臺(tái)塬，最高峰鉆天嶺海拔1599 m；中部為沖洪積平原，自西向東逐漸變寬、降低，地勢(shì)平坦，海拔約400 m 左右，為涇惠渠及冶峪河灌區(qū)，物產(chǎn)豐富。涇河自西北向東南從縣境中南部流過(guò)，冶峪河自北向東南流入三原縣境。涇河以南為渭北黃土臺(tái)塬，塬面開闊，海拔430 m～500 m。

涇陽(yáng)縣屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，常年平均氣溫13.5℃，冬季1 月最冷，極端最低氣溫-20.8℃， 夏季7月最熱，極端最高氣溫為42.3℃。年均降水量486.3 mm，年最大降水量829.7 mm，年最小降水量為290.1 mm。6 月～9 月為暴雨多發(fā)期，易形成城市內(nèi)澇和洪水災(zāi)害。

1.2 降水量觀測(cè)場(chǎng)情況

涇陽(yáng)氣象站1953 成立， 起初在涇陽(yáng)縣云陽(yáng)鎮(zhèn)斗口村，1978 年遷至涇陽(yáng)縣三渠鎮(zhèn)宮家寨村，觀測(cè)至今。站址距離涇陽(yáng)縣城中心3.1 km，位于東經(jīng)108°49'39''，北緯34°33'22''，海拔高度428.1 m，為國(guó)家氣象觀測(cè)站，觀測(cè)儀器為20 cm 雨量器和SL3-1 型翻斗式雨量傳感器，兩類設(shè)備。遵循氣象觀測(cè)規(guī)范持續(xù)觀測(cè)降水量，是分析涇陽(yáng)縣城降水量的重要依據(jù)。

涇陽(yáng)縣縣城無(wú)氣象觀測(cè)站點(diǎn)，其他部門設(shè)立雨量觀測(cè)站均時(shí)斷時(shí)續(xù)。近年來(lái)涇陽(yáng)縣西關(guān)曾有水文部門設(shè)立臨時(shí)雨量觀測(cè)點(diǎn)，距離涇陽(yáng)氣象站直線距離3.0 km，距離涇陽(yáng)縣城中心1.1 km，位于東經(jīng)108°49'14''，北緯34°31'47''，海拔高度409.0 m，該站按照水文部門規(guī)范要求觀測(cè)，觀測(cè)儀器為20 cm雨量器，僅從2004 年～2014 年觀測(cè)有11 年降水量資料。

涇陽(yáng)氣象站和涇陽(yáng)縣西關(guān)雨量觀測(cè)點(diǎn)位置關(guān)系見(jiàn)圖1，涇陽(yáng)氣象站雨量器布設(shè)情況見(jiàn)圖2。

圖1 涇陽(yáng)氣象站與涇陽(yáng)縣西關(guān)雨量觀測(cè)點(diǎn)位置圖

圖2 涇陽(yáng)氣象站雨量器布設(shè)圖

1.3 降水量觀測(cè)儀器

20 cm 雨量器由雨量筒（含口徑20 cm 的正圓形承水器、儲(chǔ)水瓶和外筒）與量杯組成。量杯為一特制的有刻度的專用量杯。到一定量或定時(shí)觀測(cè)時(shí)，由人工進(jìn)行測(cè)量。器口水平，一般離地面高70 cm。

SL3-1型翻斗式雨量傳感器由承水器、上翻斗、計(jì)量翻斗、計(jì)數(shù)翻斗等構(gòu)成。承水口采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)口徑φ200 mm，設(shè)計(jì)測(cè)量降水強(qiáng)度4 mm／min，測(cè)量最小分度0.1 mm，最大允許誤差±4% mm。

1.4 降水量觀測(cè)規(guī)定及要求

涇陽(yáng)氣象站降水量觀測(cè)依據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《地面氣象觀測(cè)規(guī)范 降水量》（GB／T 35228-2017）采用日分界為0 時(shí)，其主要采用SL3-1 型翻斗式雨量傳感器自動(dòng)觀測(cè)，輔助采用20 cm 雨量器人工觀測(cè)。SL3-1 型翻斗式雨量傳感器可至少采集每5 分鐘降水量。人工觀測(cè)每天測(cè)量20 時(shí)～08 時(shí)、08 時(shí)～20 時(shí)兩個(gè)時(shí)段的累計(jì)降水量，觀測(cè)值以北京時(shí)間20 時(shí)為日分界。

涇陽(yáng)縣西關(guān)雨量觀測(cè)點(diǎn)降水量觀測(cè)依據(jù)中華人民共和國(guó)水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《降水量觀測(cè)規(guī)范》（SL 21-2015），人工觀測(cè)采用4 段制，即14 時(shí)、20 時(shí)、2 時(shí)、8 時(shí)觀測(cè)四次，觀測(cè)時(shí)間以北京時(shí)間8 時(shí)為日分界。

液態(tài)降水量人工觀測(cè)按照規(guī)范要求進(jìn)行，及時(shí)進(jìn)行記錄，同時(shí)為減少蒸發(fā)損失，在降水停止后及時(shí)觀測(cè)降水量。

固態(tài)降水量人工觀測(cè)按照規(guī)范要求進(jìn)行外，均采用將儲(chǔ)水筒取回待筒內(nèi)雪或雹融化后量測(cè)。

2 問(wèn)題提出

涇陽(yáng)氣象站，距離涇陽(yáng)縣城中心3.1 km，海拔高度相差19.1 m，目前均以氣象臺(tái)觀測(cè)降水量代表縣城降水量，涇陽(yáng)氣象臺(tái)降水量是否能很好的代表涇陽(yáng)縣城降水量，特別是暴雨時(shí)兩者關(guān)系如何是降水量觀測(cè)資料使用者關(guān)心和疑問(wèn)的。因此需要對(duì)兩者降水量的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行分析。

3 資料收集及誤差分析

3.1 降水量資料收集

由于涇陽(yáng)縣西關(guān)雨量觀測(cè)點(diǎn)僅有2004 年～2014 年計(jì)11 年降水量資料，因此涇陽(yáng)氣象站觀測(cè)資料亦選取同時(shí)段即2004 年～2014 年降水量記錄。

氣象部門雨量觀測(cè)資料日分界為每日20 時(shí)為日分界，而水文部門的雨量統(tǒng)計(jì)日分界為每日8 時(shí)，在統(tǒng)計(jì)兩者資料時(shí)進(jìn)行了統(tǒng)一，都按氣象部門日分界進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)2004 年～2014 年11 年中，涇陽(yáng)氣象站觀測(cè)得平均降水量為497.3 mm， 2011 年最大為712.3 mm，2013 年最小為363.9 mm；涇陽(yáng)縣西關(guān)雨量觀測(cè)點(diǎn)觀測(cè)得平均降水量為466.4 mm，年最大2011 年為711.4 mm，2012 年最小為291.6 mm。兩者在最小降水量年份上略有差異。其降水量情況見(jiàn)圖3。

圖3 涇陽(yáng)氣象站與涇陽(yáng)縣西關(guān)雨量觀測(cè)點(diǎn)歷年降水量柱狀圖

另外對(duì)2004 年2014 年計(jì)11 年中的主要暴雨日進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)這11 年中最大日降水量有6 次，其中最大日降雨量119.0 mm，發(fā)生于2007 年8 月9 日。

3.2 資料誤差分析

降水量觀測(cè)資料的誤差主要由風(fēng)力誤差、濕潤(rùn)誤差、濺水誤差、儀器誤差、測(cè)記誤差等多項(xiàng)誤差組成。測(cè)記誤差需要觀測(cè)者有負(fù)責(zé)的精神和認(rèn)真的態(tài)度。

對(duì)涇陽(yáng)氣象站主要觀測(cè)設(shè)備SL3-1 型翻斗式雨量傳感器所觀測(cè)降水量的誤差進(jìn)行了深入分析。即用多年人工觀測(cè)降水量與同期SL3-1 型翻斗式雨量傳感器觀測(cè)降水量、RTU 降水量數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：

（1）SL3-1 型翻斗式雨量傳感器觀測(cè)降水量和人工觀測(cè)降水量進(jìn)行對(duì)比期誤差為1.58%，小于±4%。

（2）SL3-1 型翻斗式雨量傳感器觀測(cè)降水量與人工觀測(cè)降水量絕對(duì)誤差隨降水強(qiáng)度增大而增大。

（3）雨量傳感器觀測(cè)雨量通過(guò)中國(guó)移動(dòng)GSM 網(wǎng)絡(luò)傳輸，其傳輸成果穩(wěn)定可靠。

4 涇陽(yáng)氣象站與涇陽(yáng)縣西關(guān)雨量觀測(cè)點(diǎn)年降水量相關(guān)分析

對(duì)2004 年～2014 年涇陽(yáng)氣象站和涇陽(yáng)縣西關(guān)雨量觀測(cè)點(diǎn)觀測(cè)年降水量進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。首先對(duì)資料進(jìn)行審查，對(duì)兩者因觀測(cè)日分界引起的統(tǒng)計(jì)差別進(jìn)行修正。經(jīng)過(guò)相關(guān)計(jì)算，涇陽(yáng)氣象站和涇陽(yáng)縣西關(guān)雨量觀測(cè)點(diǎn)觀測(cè)年降水量相關(guān)系數(shù)r=0.98，大于0.80，可見(jiàn)兩者相關(guān)密切。其回歸方程式為：

式中：y 為涇陽(yáng)氣象站年觀測(cè)降雨量；x 為涇陽(yáng)縣西關(guān)雨量觀測(cè)點(diǎn)年觀測(cè)降雨量。

其相關(guān)關(guān)系見(jiàn)圖4。

圖4 涇陽(yáng)氣象站與涇陽(yáng)縣西關(guān)雨量觀測(cè)點(diǎn)年降水量相關(guān)圖

可以看出涇陽(yáng)縣西關(guān)雨量觀測(cè)點(diǎn)觀測(cè)年降水量小于涇陽(yáng)氣象站觀測(cè)年降雨量。

5 涇陽(yáng)氣象站與涇陽(yáng)縣西關(guān)雨量觀測(cè)點(diǎn)日暴雨相關(guān)分析

對(duì)2004 年～2014 年涇陽(yáng)氣象站和涇陽(yáng)縣西關(guān)雨量觀測(cè)點(diǎn)觀測(cè)得主要暴雨進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。同樣對(duì)資料進(jìn)行審查，對(duì)兩者因觀測(cè)日分界引起的統(tǒng)計(jì)差別進(jìn)行修正。經(jīng)過(guò)相關(guān)計(jì)算，涇陽(yáng)氣象站和涇陽(yáng)縣西關(guān)雨量觀測(cè)點(diǎn)觀測(cè)得暴雨相關(guān)系數(shù)r=0.98，大于0.80，可見(jiàn)兩者相關(guān)密切。其回歸方程式為：

式中：y 為涇陽(yáng)氣象站年觀測(cè)暴雨量；x 為涇陽(yáng)縣西關(guān)雨量觀測(cè)點(diǎn)年觀測(cè)暴雨量。

其相關(guān)關(guān)系見(jiàn)圖5。

圖5 涇陽(yáng)氣象站與涇陽(yáng)縣西關(guān)雨量觀測(cè)點(diǎn)暴雨量相關(guān)圖

由圖5 可以看出涇陽(yáng)縣西關(guān)雨量觀測(cè)點(diǎn)觀測(cè)暴雨量小于涇陽(yáng)氣象站觀測(cè)暴雨量。

6 存在問(wèn)題

由于暴雨時(shí)空分布的不均勻，資料的不足，特別是歷史特大暴雨資料的不足；加之涇陽(yáng)縣西關(guān)雨量觀測(cè)點(diǎn)主要為人工觀測(cè)，存在誤差較大等因素，計(jì)算所得值還有待資料充分時(shí)進(jìn)一步分析。

7 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)對(duì)2004 年～2014 年涇陽(yáng)氣象站和涇陽(yáng)縣西關(guān)雨量觀測(cè)點(diǎn)11 年降水量資料進(jìn)行分析，建立了涇陽(yáng)氣象站和涇陽(yáng)縣西關(guān)雨量觀測(cè)點(diǎn)年降水量及暴雨相關(guān)關(guān)系，為用涇陽(yáng)氣象站觀測(cè)資料推求涇陽(yáng)縣城年降水量及日暴雨量提供了參考。