近10 a黔東南區域站與國家站降水時空對比分析

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

為更好地發揮氣象服務作用和推進氣象事業現代化發展，自2001年開始，我國啟動自動氣象站建設布局，區域自動氣象站(簡稱區域站)是近年來大量布設的地面自動氣象觀測系統，是我國綜合氣象觀測系統的重要組成部分，由于國家級觀測站(簡稱國家站)基本上根據行政區分布，鄉鎮區域站一般安裝在鄉鎮、行政村或敏感地區，填補了國家站的空白區域氣象資料，由原來地(縣) 級細化到鄉鎮，使氣象區域尺度更小，獲取氣象資料準確度更高、時空分辨率更強，實現了氣象要素連續動態實時監測[1-5]，貴州省在2009年后才完善區域自動站建設。黔東南地處云貴高原向湘桂丘陵盆地過渡地帶，山地、丘陵錯綜復雜，海拔在138～2 178 m，之間差異較大，受西風帶和副熱帶環流系統影響，為南北氣流交匯比較頻繁劇烈地區，天氣氣候多樣性、復雜性和不連續性顯著，單從黔東南16縣(市)城區國家氣象站以及大尺度天氣系統、大氣氣候環境等是不能完全解釋山地氣候的[6-7]。當前對鄉鎮區域自動氣象站資料的研究，大多在于設備故障、數據質控以及應用等方面，對氣象觀測資料與國家站觀測氣象資料之間相關性和代表性等研究甚少。黔東南地區的降水在時間和空間上分布極不均勻，為了提高對中小尺度天氣系統和短時災害性天氣系統監測能力，本文利用黔東南203個鄉鎮區域站的降水資料與16個縣(市)國家站降水資料時空分布特征進行對比分析，彌補以點帶面決策氣象服務能力，為合理利用有效降水、維護生態平衡提供科學依據，同時，研究兩者時空變化及相互關系對評價區域生態環境建設、改善區域生態環境具有重要意義。

1 資料及方法

本文利用2010—2019年10 a黔東南轄區內16個國家級自動氣象站和203個鄉鎮區域自動氣象站逐日降水觀測資料，16縣(市)設為國家級氣象觀測站，境內布設203個鄉鎮實時觀測區域站，鄉鎮區域站降水資料進行穩定性和持續性篩選，缺測數據采用回歸插值方法處理，統計分析出降水量、雨日數(日降水量≥0.1 mm日數)、暴雨日數(日降水量≥50 mm日數)、極端降水量等時間序列進行時空對比分析。

2 結果與分析

2.1 時間分布特征

2.1.1 降水量 一般認為，當相關系數絕對值大于0.5時，數據之間存在相關性，反之數據之間不相關。從近10 a來鄉鎮區域站和國家站的年平均降水量相關性分析來看，如圖1a，兩者相關系數達0.91，通過α=0.01顯著性檢驗，呈正相關為線性一致增加。鄉鎮區域站年平均降水量為1 247.9 mm，國家站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，但各月量級大小存在一定差異，鄉鎮區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%。總之，鄉鎮區域站和國家站的降水量變化趨勢一致，降水量主要集中在5—6月；由于鄉鎮區域站點較多，降水量值被平均，量級上比國家站相對偏小。

圖1 近10 a黔東南鄉鎮區域站和國家站年際降水量(a)和各月降水量(b)趨勢圖(單位：mm)

2.1.2 雨日 雨日年際變化來看，鄉鎮區域站和國家站的雨日相關系數達0.88，通過α=0.01顯著性檢驗，呈正相關均為線性一致增加，如圖2a，鄉鎮區域站年平均雨日177.3 d，國家站169.1 d；雨日最多均在2015年，最少在2011年。全年雨日分布來看，鄉鎮區域站和國家站均有多個小峰值，主峰特征不明顯，呈平緩型分布，如圖2b，其中，鄉鎮區域站雨日最多為5月17 d，最少12月11 d；國家站最多為3月19 d，最少12月11 d。從以上可以看出，鄉鎮區域站與國家站的雨日年變化趨勢一致，上半年(1—6月)雨日相對較多，下半年(7—12月)雨日相對較少；鄉鎮區域站的雨日比國家站略偏多，表明黔東南大部地區多陰雨天氣。

圖2 近10 a黔東南鄉鎮區域站與國家站年際雨日(a)、各月雨日(b)趨勢圖(單位：d)

2.1.3 累計暴雨日數 鄉鎮區域站和國家站累計暴雨日數的年際變化，如圖3a，兩者相關系數為0.84，通過α=0.01顯著性檢驗，呈正相關均為線性一致增加；2015年暴雨日數最多，鄉鎮區域站為570 d，國家站81 d，國家站突破1961年以來極值；2012年暴雨日數最少，鄉鎮區域站為115 d，國家站30 d。如圖3b，鄉鎮區域站和國家站全年暴雨日數均呈雙峰型，但峰值期有所不同，鄉鎮區域站在6月和8月，國家站在6月和9月，鄉鎮區域站最多在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。黔東南地形復雜造成暴雨災害頻發，兩者峰值期有所差異，鄉鎮區域站一年中均有暴雨，國家站有2個月較少。因此，單從國家站不能很好的反映出黔東南暴雨開始期、結束期、集中期等。

圖3 近10 a黔東南鄉鎮區域站與國家站各年累計暴雨日數(a)和各月累計暴雨日數(b)趨勢圖(單位：d)

2.2 空間分布特征

2.2.1 降水量 近10 a來鄉鎮區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域；降水量400～999 mm之間主要分布在中部以北地區，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個降水量大值中心區，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，強降水呈片狀分布。

圖4 鄉鎮區域站(a)與國家站(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，鄉鎮區域站的降水量分布極不均勻，有3個降水量大值中心區，主要分布在黔東南中部以南海拔相對較高的山脈南側或東南側，而國家站以點帶面，以西部3站和東部1站代表2個大值中心，且鄉鎮區域站降水量量級比國家站大。

2.2.2 雨日 鄉鎮區域站年平均雨日數≥200 d,有4站，主要分布在岑鞏水尾站(206 d)、丹寨排調鄉(204 d)、臺江排羊鄉(202 d)、黃平谷隴鎮(200 d)；平均雨日數在180～199 d有73站，如圖5a，雨日集中區呈零散破碎型分布，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；雨日數相對較少區域為黎平縣南部、從江縣西部、劍河縣與鎮遠縣和臺江縣交界區、施秉縣等(130～159 d)。而國家站年雨日分布來看，雨日≥180 d主要分布在西部丹寨、麻江站，相對較少為北部鎮遠，施秉、岑鞏、從江站，最少為鎮遠縣站的146 d，如圖5b，雨日集中區呈片狀型分布。

圖5 鄉鎮區域站(a)與國家站(b)年平均雨日數分布圖(單位：d)

從鄉鎮區域站分布來看，雨日主要與山系有較大關系，雨日較多主要分布在苗嶺山脈主峰雷公山的南側、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，這些地區主要受西南氣流的迎風坡和滇黔靜止鋒影響；雨日相對較少的地區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效應，降雨相對較少。可見，黔東南16個國家站雨日分布不能很好反映出黔東南山區的降雨氣候特點。

2.2.3 暴雨日數 鄉鎮區域站累計暴雨日數分布來看，如圖6a，累計暴雨日數≥30 d有16站，占總站數的10.0%，主要分布從江、黎平、錦屏縣境內；暴雨日數出現在20～29 d之間的有102站，占總站數的27.4%，主要分布在中部以南；暴雨日數≤10 d的有134站，占總站數的36.0%，分布在中部以北，暴雨集中區主要呈零散破碎型分布，月亮山東南部為暴雨中心。而從國家站累計暴雨日數分布來看，如圖6b，暴雨日數≥30 d有6站，占16縣(市)的37.5%，最少為北部施秉縣的18 d，暴雨集中區呈片狀型分布。

圖6 鄉鎮區域站(a)與國家站(b)年平均暴雨日數分布圖(單位：d)

黔東南暴雨主要分布在中部以南區域，鄉鎮區域站暴雨主要集中在月亮山東南部，國家站暴雨集中在西部和東部大片區域，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，苗嶺山脈南側為西南暖濕氣流迎風坡；劍河、錦屏、黎平3縣交界處為青山界山脈，海拔在1250多米，山脈東部地勢相對平坦，當有弱冷空氣從東北路徑入侵時，海拔相對較低且平坦區域與青山界山脈有地表氣溫差，交界區域等溫線密集，溫度梯度較大有利于產生強對流天氣；月亮山南東側為都柳江流域出口，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，有利于產生多個中小尺度輻合和上升運動中心。

2.2.4 極端降水量 鄉鎮區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9.7%；100～199.9 mm有233站，占總站數62.6%，其余為50～99.9 mm，如圖7a，黔東南中部一帶為強降雨區，以帶狀型分布。而國家站日極端降水量分布來看，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個縣(市)，占16縣市0.5%，最小為三穗縣城區132.0 mm，強降水主要集中區為中部以西呈片狀型分布。

圖7 鄉鎮區域站(a)與國家站(b)極端降水量分布圖(單位：mm)

鄉鎮區域站日極端降水量大于國家站，且200 mm以上極端降水量占總數比高于國家站；鄉鎮區域站極端降水量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，雷山大塘367.6 mm突破歷年極值，雷公山山脈南部8站出現250 mm以上特大暴雨，而國家站主要分布在中部以西，由于國家站以點帶面，集中區覆蓋面較大。因此，鄉鎮區域站與國家站的極端降水量在強度、范圍、密集區等有較大差異。

3 小結

①利用黔東南地區2011—2019年203個鄉鎮區域自動氣象站和16個國家級自動氣象站降水量、雨日、暴雨日數、極端降水量等資料進行時空對比分析。

②鄉鎮區域站的降水量、雨日、暴雨日數與國家站均呈正相關關系，并通過α=0.01顯著性檢驗，為線性一致增加；全年降水量呈單峰型，5—6月降水量相對集中；全年雨日呈平緩型，上半年雨日相對較多，下半年雨日相對較少；全年暴雨日數呈雙峰型，鄉鎮區域站6月和8月為峰值期，國家站6月和9月為峰值期。總之，鄉鎮區域站和國家站的降水在量級、峰值期、開始期、結束期等均存在一定差異。

③鄉鎮區域站的降水量主要有兩條帶狀型分布，并摻夾3個大值中心區；雨日主要集中在雷公山的南側、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，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；極端強降雨位于中部一帶，呈帶狀型分布。而國家站降水量、雨日、暴雨日數、極端強降水等呈片狀型分布。由于鄉鎮區域站分布點密集，集中區覆蓋面小，而國家站以點帶面，集中區覆蓋面大，因此，鄉鎮區域站的降水與山系關系更明顯，較好反映出山地地形對降水分布的影響特征。