黔南州水電服務(wù)高影響氣象因子的長(zhǎng)序列數(shù)據(jù)自動(dòng)化分析

摘 要：黔南州水資源豐富，全州境內(nèi)水電企業(yè)廣布，水電市場(chǎng)潛力巨大。但各家水電企業(yè)的發(fā)電計(jì)劃和洪峰預(yù)測(cè)仍是基于各廠積累的人工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推測(cè)的傳統(tǒng)預(yù)測(cè)模式。在近年黔南整體少雨、氣象災(zāi)害偏高發(fā)的復(fù)雜氣象環(huán)境條件下，再根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推測(cè)、預(yù)測(cè)更加凸顯了傳統(tǒng)預(yù)測(cè)模式缺乏科學(xué)性、理論性和數(shù)據(jù)支撐帶來(lái)的弊端?；诖?，針對(duì)水電行業(yè)高影響的氣象因子進(jìn)行長(zhǎng)序列的數(shù)據(jù)分析，從數(shù)據(jù)中解析適用于黔南州本地的來(lái)水預(yù)報(bào)和發(fā)電計(jì)劃指導(dǎo)，滿(mǎn)足當(dāng)前黔南州水電行業(yè)強(qiáng)烈的市場(chǎng)需求和公共需求。

關(guān)鍵詞：來(lái)水預(yù)報(bào)；發(fā)電計(jì)劃；高影響氣象因子；長(zhǎng)序列氣象數(shù)據(jù)

中圖分類(lèi)號(hào)：P338 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）12–0-03

黔南州境內(nèi)水資源豐富且水電站建設(shè)基數(shù)大，州內(nèi)水電企業(yè)對(duì)來(lái)水預(yù)報(bào)、發(fā)電計(jì)劃等高精度的專(zhuān)業(yè)氣象服務(wù)需求巨大。為滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展理念，以黔南州近20年的長(zhǎng)序列氣象數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，提取高影響的氣象因子，針對(duì)黔南州境內(nèi)主要流域，探索氣象因子與當(dāng)?shù)貋?lái)水預(yù)報(bào)模型的線(xiàn)性關(guān)系，提供科學(xué)的預(yù)報(bào)服務(wù)和生產(chǎn)調(diào)度服務(wù)，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和減少氣象災(zāi)害帶來(lái)的影響，實(shí)現(xiàn)黔南州水電行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

1 研究資料與使用工具

使用的長(zhǎng)序列氣象數(shù)據(jù)均來(lái)自國(guó)家級(jí)自動(dòng)氣象觀測(cè)站，包括降水觀測(cè)（月降水、年降水），蒸發(fā)量等地面氣象觀測(cè)資料，所有時(shí)間均為北京時(shí)間。

降水資料：使用的降水資料涉及黔南州境內(nèi)都勻、甕安、福泉、三都、長(zhǎng)順、獨(dú)山、羅甸、荔波、平塘、貴定、龍里、惠水共12個(gè)縣（市）的國(guó)家級(jí)自動(dòng)氣象觀測(cè)站2004—2023年的地面降水資料，經(jīng)過(guò)貴州省氣象信息中心審核允許使用，所有的氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)均經(jīng)過(guò)貴州省氣象局考核把控，具有真實(shí)性、可靠性和代表性。

自動(dòng)化數(shù)據(jù)處理工具：采用PandasGUI進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)覽、篩選、統(tǒng)計(jì)和多圖表的展示，以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。PandasGUI是一款基于Python語(yǔ)言架構(gòu)的自動(dòng)化數(shù)據(jù)分析工具，其具有縮減代碼量的同時(shí)自動(dòng)產(chǎn)出統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和圖表的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，極大地減輕了使用者的工作負(fù)擔(dān)和提高了工作效率[1]。

2 PandasGUI處理數(shù)據(jù)

2.1 安裝PandasGUI界面化分析工具

PandasGUI本質(zhì)是進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析的Python庫(kù)，因此先要在Python環(huán)境中進(jìn)行運(yùn)行，PandasGUI官網(wǎng)建議安裝Python3.x.x以上版本，在Python官網(wǎng)選擇適配使用電腦的版本進(jìn)行下載安裝，完成后使用Win+R輸入CMD命令進(jìn)行檢測(cè)。在終端輸入pip install pandasgu命令下載 PandasGUI。

2.2 PandasGUI可視化分析降雨數(shù)據(jù)

在Win+R輸入CMD命令運(yùn)行Python，在Python環(huán)境中輸入“import pandas as pd；from pandasgui import

show；df = pd.DataFrame（）；show（df）”代碼調(diào)試出Pandas

GUI圖像化界面，在其中可以進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和生成分析圖像等操作（圖1）。

3 黔南州降水的時(shí)空分布

3.1 黔南州降水空間分布特征

統(tǒng)計(jì)2004—2023年，黔南州年均降水量約為1 210 mm，州內(nèi)各縣（市）年均降水量分別為甕安1 066 mm、長(zhǎng)順1 322 mm、福泉1 124 mm、貴定1 130 mm、都勻1 417 mm、惠水1 223 mm、龍里1 110 mm、羅甸1 122 mm、平塘1 177 mm、獨(dú)山1 270 mm、三都1 371 mm、荔波1 183 mm。降水整體呈現(xiàn)中南部多（都勻、三都、獨(dú)山一帶）、北部少（甕安、福泉一帶）的區(qū)域特征。這20年區(qū)間，黔南州各縣（市）年均暴雨日數(shù)（24 h累計(jì)降水量≥50 mm為1個(gè)暴雨日）在2.4（甕安）～4.95 d（長(zhǎng)順），黔南暴雨日數(shù)出現(xiàn)最多的仍集中在黔南州中南部（都勻、三都、獨(dú)山一帶）。根據(jù)黔南官方發(fā)布黔南州境內(nèi)流域分布，以州中部的苗嶺山脈為分水嶺，黔南州的主要河流濛江、都柳江、劍江均隸屬于南部的紅水河水系和柳江水系[2]。因此，黔南州內(nèi)的水電服務(wù)大多數(shù)集中在中南部區(qū)域，從上傳至PandasGUI的2004—2023年黔南州降水量的結(jié)果來(lái)看，自2020年開(kāi)始，黔南州整體降水量明顯逐年減少，最大差值在2022年都勻市（州中部），較上年降水量減少約600 mm，2023年

州各縣（市）降水量超過(guò)1 000 mm的縣（市）僅為4個(gè)（甕安、都勻、惠水、三都），較2022年降雨量超過(guò)1 000 mm

的7個(gè)縣（市）同比減少42.8%。

3.2 黔南州降水時(shí)間變化特征

統(tǒng)計(jì)黔南州2013—2023年發(fā)生的最大日降水量出現(xiàn)月，結(jié)果表明：黔南州最大日降水量集中出現(xiàn)在5—9月，且根據(jù)黔南州政府明文界定，黔南州汛期為5—9月，因此探索降水這一氣象因子如何影響黔南州水電服務(wù)[3]。降水的時(shí)間變化特征，主要從汛期的5—9月進(jìn)行剖析，但同時(shí)為體現(xiàn)數(shù)據(jù)的嚴(yán)謹(jǐn)性和多樣性，本文將會(huì)選取11月、1月、3月非汛期的歷史降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比。

3.2.1 5月降水量趨勢(shì)分析

統(tǒng)計(jì)2004—2023年黔南州汛期5月的數(shù)據(jù)（圖2），2004—2013年汛期5月的平均降水量為191.88 mm，

2014—2023年汛期5月的平均降水量為187.63 mm，整體降水量少于前10年，并且借助PandasGUI處理2004—2013年汛期5月的平均降水?dāng)?shù)據(jù)，得到未來(lái)5月的降水量走勢(shì)的線(xiàn)性預(yù)測(cè)結(jié)果：未來(lái)黔南州汛期5月降水也呈下降趨勢(shì)。同時(shí)，以5年為一期進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，每隔5年就會(huì)出現(xiàn)其中一年的降水明顯減少（以距平百分率≥50統(tǒng)計(jì)），2023年達(dá)到歷史最低值86.3 mm，

同比減少59%。

3.2.2 6月降水量趨勢(shì)分析

統(tǒng)計(jì)2004—2023年黔南州汛期6月的數(shù)據(jù)（圖3），

使用PandasGUI對(duì)2004—2013年汛期6月的降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行繪圖和劃線(xiàn)分析[4]。黔南州6月平均降水量為250.5 mm，

6月降水最多的年份為2017年，降水量達(dá)到377.4 mm，

偏多50.6%，最少的年份為2008年，降水量為113.1 mm，

偏少54.8%。從整體來(lái)看，黔南州汛期6月降水變化幅度不大，2006年、2007年、2010年、2015年、2017年、2018年、2019年、2020年在汛期6月降水高于平均值，6月的降水總量明顯大于5月。

3.2.3 7月降水量趨勢(shì)分析

統(tǒng)計(jì)2004—2023年黔南州汛期7月的數(shù)據(jù)（圖4），

黔南州7月平均降水量為188.7 mm，7月降水最多的年份為2007年，降水量達(dá)到333.1 mm，偏多76.5%，最少的年份為2011年，降水量為45.4 mm，偏少75.9%。從整體來(lái)看，黔南州汛期7月降水變化幅度偏大，最大值與最小值之間極值相差633%，其中2011年和2013年

7月降水明顯少于其他年份，近20年的整體降水波動(dòng)明顯大于6月，根據(jù)2004—2023年7月的降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行線(xiàn)性預(yù)測(cè)，未來(lái)7月黔南州整體降水呈下降趨勢(shì)。

3.2.4 8月降水量趨勢(shì)分析

統(tǒng)計(jì)2004—2023年黔南州汛期8月的數(shù)據(jù)（圖5），

黔南州8月平均降水量為135 mm，8月降水最多的年份為2008年，降水量達(dá)到了255 mm，偏多88.8%，最少的年份為2011年，降水量為40.3 mm，偏少70.1%。從整體來(lái)看，黔南州汛期8月降水量類(lèi)似于7月降水量，變化幅度偏大，最大值與最小值之間極值相差630%，極值與7月接近，其中，2009年、2010年、2011年、2012年和2022年7月降水明顯少于其他年份，從2013年開(kāi)始，近10年黔南州8月降水量超70%的年份降水量高于平均值，同時(shí)根據(jù)2004—2023年8月的降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行線(xiàn)性預(yù)測(cè)，未來(lái)8月黔南州整體降水呈上升

趨勢(shì)[5]。

3.2.5 9月降水量趨勢(shì)分析

統(tǒng)計(jì)2004—2023年黔南州汛期9月的數(shù)據(jù)（圖6），

黔南州9月平均降水量為104.3 mm，8月降水最多的年份為2020年，降水量達(dá)到316.6 mm，偏多203%，最少的年份為2016年，降水量為41.5 mm，偏少60.2%。從整體來(lái)看，黔南州汛期9月降水量變化幅度明顯小于7月和8月，但是9月降水量最大值與最小值之間極值相差662%，極值與7月和8月接近，其中2008年、2010年、2014年、2015年、2017年、2018年和2020年9月降高于平均值，占總體的35%，表明近20年黔南州汛期9月的降水多數(shù)年份偏少，根據(jù)2004—2023年9月的降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行線(xiàn)性預(yù)測(cè)，未來(lái)9月黔南州整體降水呈上升趨勢(shì)。

3.2.6 非汛期降水量趨勢(shì)分析

選取1月、3月、11月的降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，黔南州1月平均降水量為30.7 mm，3月平均降水量為55.5 mm，11月平均降水量為44 mm。對(duì)比汛期可以看出，在非汛期外，黔南州降水明顯減少，汛期降水最少的9月，平均降水量104 mm，對(duì)比3月（選取標(biāo)本數(shù)據(jù)降水最高月）的平均降水量55.5 mm，相比減少了46.6%。同時(shí)，除了汛期，黔南州整體降水較為穩(wěn)定，正負(fù)差值不超過(guò)30%，但汛期外黔南州整體少雨偏干燥。

4 結(jié)束語(yǔ)

使用PandasGUI對(duì)黔南州過(guò)去20年的降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行特征分析，結(jié)果如下。

PandasGUI優(yōu)勢(shì)在于數(shù)據(jù)的自動(dòng)化匯總統(tǒng)計(jì)、過(guò)濾和交互式繪圖等，適用于處理龐大的氣象數(shù)據(jù)，直觀地感受數(shù)據(jù)的變化，科學(xué)進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，實(shí)現(xiàn)氣象服務(wù)高質(zhì)量的發(fā)展，探索氣象數(shù)據(jù)中蘊(yùn)藏的數(shù)據(jù)價(jià)值。

黔南州全年降水主要集中在汛期5—9月，其中，5月、6月、7月降水尤為明顯，占整個(gè)汛期降水的75%，并且7月以后，降水呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)。從空間上看，黔南州呈現(xiàn)北部少雨，中南部多雨，且除了汛期全州均屬于少雨的氣候條件。自2020年開(kāi)始，黔南州的年均降水分別是1 552.7、1 328.6、10 38.0、914.2 mm，連續(xù)三年的降水量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，導(dǎo)致北部更加干旱，水庫(kù)、水站缺水狀況比較凸顯，中南部發(fā)電量減少，用水需求增加。

為提高黔南州水電服務(wù)質(zhì)量，提升水電企業(yè)發(fā)電效率，黔南州的水電氣象服務(wù)應(yīng)抓住汛期5—9月的這一重點(diǎn)時(shí)間段，在此期間著重做好防汛工作、為電站合理開(kāi)展人工增雨發(fā)電，以流域?yàn)閱挝?，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)黔南州中南部區(qū)域，根據(jù)歷史降水?dāng)?shù)據(jù)，結(jié)合境內(nèi)流域的面雨量數(shù)據(jù)，科學(xué)預(yù)測(cè)水電站出入庫(kù)流量，為水電站提供洪峰預(yù)報(bào)，合理建議水電站進(jìn)行蓄水發(fā)電。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2024-08-19

作者簡(jiǎn)介：茍松（1997—），男，貴州遵義人，助理工程師，研究方向?yàn)閼?yīng)用氣象服務(wù)。#通信作者：田端（1985—），男，貴州遵義人，工程師，研究方向?yàn)闅庀髷?shù)據(jù)可視化，E-mail：905578344@qq.com。