涇陽氣象站與涇陽縣城降水量相關(guān)分析

尚小寧，王曉斌，王亞莉，馮 珮，趙新瑩

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

1 涇陽縣城降水量觀測情況

1.1 區(qū)域概況

涇陽縣屬陜西省咸陽市管轄，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。

涇陽縣勢西北高、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，冶峪河自北向東南流入三原縣境。涇河以南為渭北黃土臺塬，塬面開闊，海拔430 m～500 m。

涇陽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 降水量觀測場情況

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

涇陽縣縣城無氣象觀測站點(diǎn)，其他部門設(shè)立雨量觀測站均時(shí)斷時(shí)續(xù)。近年來涇陽縣西關(guān)曾有水文部門設(shè)立臨時(shí)雨量觀測點(diǎn)，距離涇陽氣象站直線距離3.0 km，距離涇陽縣城中心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，觀測儀器為20 cm雨量器，僅從2004 年～2014 年觀測有11 年降水量資料。

涇陽氣象站和涇陽縣西關(guān)雨量觀測點(diǎn)位置關(guān)系見圖1，涇陽氣象站雨量器布設(shè)情況見圖2。

圖1 涇陽氣象站與涇陽縣西關(guān)雨量觀測點(diǎn)位置圖

圖2 涇陽氣象站雨量器布設(shè)圖

1.3 降水量觀測儀器

20 cm 雨量器由雨量筒（含口徑20 cm 的正圓形承水器、儲水瓶和外筒）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)觀測時(shí)，由人工進(jìn)行測量。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。承水口采用國際標(biāo)準(zhǔn)口徑φ200 mm，設(shè)計(jì)測量降水強(qiáng)度4 mm／min，測量最小分度0.1 mm，最大允許誤差±4% mm。

1.4 降水量觀測規(guī)定及要求

涇陽氣象站降水量觀測依據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《地面氣象觀測規(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觀測，輔助采用20 cm 雨量器人工觀測。SL3-1 型翻斗式雨量傳感器可至少采集每5 分鐘降水量。人工觀測每天測量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，觀測值以北京時(shí)間20 時(shí)為日分界。

涇陽縣西關(guān)雨量觀測點(diǎn)降水量觀測依據(jù)中華人民共和國水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《降水量觀測規(guī)范》（SL 21-2015），人工觀測采用4 段制，即14 時(shí)、20 時(shí)、2 時(shí)、8 時(shí)觀測四次，觀測時(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)觀測降水量。

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

2 問題提出

涇陽氣象站，距離涇陽縣城中心3.1 km，海拔高度相差19.1 m，目前均以氣象臺觀測降水量代表縣城降水量，涇陽氣象臺降水量是否能很好的代表涇陽縣城降水量，特別是暴雨時(shí)兩者關(guān)系如何是降水量觀測資料使用者關(guān)心和疑問的。因此需要對兩者降水量的相關(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

由于涇陽縣西關(guān)雨量觀測點(diǎn)僅有2004 年～2014 年計(jì)11 年降水量資料，因此涇陽氣象站觀測資料亦選取同時(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，涇陽氣象站觀測得平均降水量為497.3 mm， 2011 年最大為712.3 mm，2013 年最小為363.9 mm；涇陽縣西關(guān)雨量觀測點(diǎn)觀測得平均降水量為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。其降水量情況見圖3。

圖3 涇陽氣象站與涇陽縣西關(guān)雨量觀測點(diǎn)歷年降水量柱狀圖

另外對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

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

對涇陽氣象站主要觀測設(shè)備SL3-1 型翻斗式雨量傳感器所觀測降水量的誤差進(jìn)行了深入分析。即用多年人工觀測降水量與同期SL3-1 型翻斗式雨量傳感器觀測降水量、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降水量和人工觀測降水量進(jìn)行對比期誤差為1.58%，小于±4%。

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

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

4 涇陽氣象站與涇陽縣西關(guān)雨量觀測點(diǎn)年降水量相關(guān)分析

對2004 年～2014 年涇陽氣象站和涇陽縣西關(guān)雨量觀測點(diǎn)觀測年降水量進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。首先對資料進(jìn)行審查，對兩者因觀測日分界引起的統(tǒng)計(jì)差別進(jìn)行修正。經(jīng)過相關(guān)計(jì)算，涇陽氣象站和涇陽縣西關(guān)雨量觀測點(diǎn)觀測年降水量相關(guān)系數(shù)r=0.98，大于0.80，可見兩者相關(guān)密切。其回歸方程式為：

式中：y 為涇陽氣象站年觀測降雨量；x 為涇陽縣西關(guān)雨量觀測點(diǎn)年觀測降雨量。

其相關(guān)關(guān)系見圖4。

圖4 涇陽氣象站與涇陽縣西關(guān)雨量觀測點(diǎn)年降水量相關(guān)圖

可以看出涇陽縣西關(guān)雨量觀測點(diǎn)觀測年降水量小于涇陽氣象站觀測年降雨量。

5 涇陽氣象站與涇陽縣西關(guān)雨量觀測點(diǎn)日暴雨相關(guān)分析

對2004 年～2014 年涇陽氣象站和涇陽縣西關(guān)雨量觀測點(diǎn)觀測得主要暴雨進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。同樣對資料進(jìn)行審查，對兩者因觀測日分界引起的統(tǒng)計(jì)差別進(jìn)行修正。經(jīng)過相關(guān)計(jì)算，涇陽氣象站和涇陽縣西關(guān)雨量觀測點(diǎn)觀測得暴雨相關(guān)系數(shù)r=0.98，大于0.80，可見兩者相關(guān)密切。其回歸方程式為：

式中：y 為涇陽氣象站年觀測暴雨量；x 為涇陽縣西關(guān)雨量觀測點(diǎn)年觀測暴雨量。

其相關(guān)關(guān)系見圖5。

圖5 涇陽氣象站與涇陽縣西關(guān)雨量觀測點(diǎn)暴雨量相關(guān)圖

由圖5 可以看出涇陽縣西關(guān)雨量觀測點(diǎn)觀測暴雨量小于涇陽氣象站觀測暴雨量。

6 存在問題

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；加之涇陽縣西關(guān)雨量觀測點(diǎn)主要為人工觀測，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

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