近10 a黔东南区域站与国家站降水时空对比分析

周智晖，顾 欣，陈 杨，唐红忠，赵 杰

(1.贵州省丹寨县气象局，贵州 丹寨 557500；2.贵州省黔东南苗族侗族自治州气象局，贵州 凯里 566000；3.贵州省黔南布依族苗族自治州气象局，贵州 都匀 558000)

0 引言

为更好地发挥气象服务作用和推进气象事业现代化发展，自2001年开始，我国启动自动气象站建设布局，区域自动气象站(简称区域站)是近年来大量布设的地面自动气象观测系统，是我国综合气象观测系统的重要组成部分，由于国家级观测站(简称国家站)基本上根据行政区分布，乡镇区域站一般安装在乡镇、行政村或敏感地区，填补了国家站的空白区域气象资料，由原来地(县) 级细化到乡镇，使气象区域尺度更小，获取气象资料准确度更高、时空分辨率更强，实现了气象要素连续动态实时监测[1-5]，贵州省在2009年后才完善区域自动站建设。黔东南地处云贵高原向湘桂丘陵盆地过渡地带，山地、丘陵错综复杂，海拔在138～2 178 m，之间差异较大，受西风带和副热带环流系统影响，为南北气流交汇比较频繁剧烈地区，天气气候多样性、复杂性和不连续性显著，单从黔东南16县(市)城区国家气象站以及大尺度天气系统、大气气候环境等是不能完全解释山地气候的[6-7]。当前对乡镇区域自动气象站资料的研究，大多在于设备故障、数据质控以及应用等方面，对气象观测资料与国家站观测气象资料之间相关性和代表性等研究甚少。黔东南地区的降水在时间和空间上分布极不均匀，为了提高对中小尺度天气系统和短时灾害性天气系统监测能力，本文利用黔东南203个乡镇区域站的降水资料与16个县(市)国家站降水资料时空分布特征进行对比分析，弥补以点带面决策气象服务能力，为合理利用有效降水、维护生态平衡提供科学依据，同时，研究两者时空变化及相互关系对评价区域生态环境建设、改善区域生态环境具有重要意义。

1 资料及方法

本文利用2010—2019年10 a黔东南辖区内16个国家级自动气象站和203个乡镇区域自动气象站逐日降水观测资料，16县(市)设为国家级气象观测站，境内布设203个乡镇实时观测区域站，乡镇区域站降水资料进行稳定性和持续性筛选，缺测数据采用回归插值方法处理，统计分析出降水量、雨日数(日降水量≥0.1 mm日数)、暴雨日数(日降水量≥50 mm日数)、极端降水量等时间序列进行时空对比分析。

2 结果与分析

2.1 时间分布特征

2.1.1 降水量 一般认为，当相关系数绝对值大于0.5时，数据之间存在相关性，反之数据之间不相关。从近10 a来乡镇区域站和国家站的年平均降水量相关性分析来看，如图1a，两者相关系数达0.91，通过α=0.01显著性检验，呈正相关为线性一致增加。乡镇区域站年平均降水量为1 247.9 mm，国家站1 268.7 mm，两者最多均在2015年，最少在2011年。全年降水量均呈单峰型分布，6月最多，2月最少，如图1b，但各月量级大小存在一定差异，乡镇区域站各月平均降水量略偏小，两者相差最大在5月为20.6%，其次11月相差17.1%，相差最小为1月和2月，分别为1.7%和1.9%。总之，乡镇区域站和国家站的降水量变化趋势一致，降水量主要集中在5—6月；由于乡镇区域站点较多，降水量值被平均，量级上比国家站相对偏小。

图1 近10 a黔东南乡镇区域站和国家站年际降水量(a)和各月降水量(b)趋势图(单位：mm)

2.1.2 雨日 雨日年际变化来看，乡镇区域站和国家站的雨日相关系数达0.88，通过α=0.01显著性检验，呈正相关均为线性一致增加，如图2a，乡镇区域站年平均雨日177.3 d，国家站169.1 d；雨日最多均在2015年，最少在2011年。全年雨日分布来看，乡镇区域站和国家站均有多个小峰值，主峰特征不明显，呈平缓型分布，如图2b，其中，乡镇区域站雨日最多为5月17 d，最少12月11 d；国家站最多为3月19 d，最少12月11 d。从以上可以看出，乡镇区域站与国家站的雨日年变化趋势一致，上半年(1—6月)雨日相对较多，下半年(7—12月)雨日相对较少；乡镇区域站的雨日比国家站略偏多，表明黔东南大部地区多阴雨天气。

图2 近10 a黔东南乡镇区域站与国家站年际雨日(a)、各月雨日(b)趋势图(单位：d)

2.1.3 累计暴雨日数 乡镇区域站和国家站累计暴雨日数的年际变化，如图3a，两者相关系数为0.84，通过α=0.01显著性检验，呈正相关均为线性一致增加；2015年暴雨日数最多，乡镇区域站为570 d，国家站81 d，国家站突破1961年以来极值；2012年暴雨日数最少，乡镇区域站为115 d，国家站30 d。如图3b，乡镇区域站和国家站全年暴雨日数均呈双峰型，但峰值期有所不同，乡镇区域站在6月和8月，国家站在6月和9月，乡镇区域站最多在6月为1538 d，次多在5月为838 d，最少在1月为8 d；而国家站最多在6月为135 d，次多在5月为76 d，1月0 d。黔东南地形复杂造成暴雨灾害频发，两者峰值期有所差异，乡镇区域站一年中均有暴雨，国家站有2个月较少。因此，单从国家站不能很好的反映出黔东南暴雨开始期、结束期、集中期等。

图3 近10 a黔东南乡镇区域站与国家站各年累计暴雨日数(a)和各月累计暴雨日数(b)趋势图(单位：d)

2.2 空间分布特征

2.2.1 降水量 近10 a来乡镇区域站的年平均降水量≥1 500 mm有10站，主要分布在从江县西部；年降水量≥1 000 mm有44站，主要分布在中部以南区域；降水量400～999 mm之间主要分布在中部以北地区，降水量主要有两条带状型分布，位于中部和南部，如图4a，并掺夹3个降水量大值中心区，为从江和榕江县交界的月亮山山脉南部、青山界山脉东南部、苗岭山脉主峰雷公山南部，降水量最大为月亮山南部的加榜1 774.3 mm，最小为岑巩中寨站454.0 mm。而国家站年平均降水量在1 500～1 400 mm之间仅有4站，为西部的丹寨、麻江、雷山和东部的天柱站，如图4b，强降水呈片状分布。

图4 乡镇区域站(a)与国家站(b)年平均降水量分布图(单位：mm)

以上可以看出，受地形地貌影响，乡镇区域站的降水量分布极不均匀，有3个降水量大值中心区，主要分布在黔东南中部以南海拔相对较高的山脉南侧或东南侧，而国家站以点带面，以西部3站和东部1站代表2个大值中心，且乡镇区域站降水量量级比国家站大。

2.2.2 雨日 乡镇区域站年平均雨日数≥200 d,有4站，主要分布在岑巩水尾站(206 d)、丹寨排调乡(204 d)、台江排羊乡(202 d)、黄平谷陇镇(200 d)；平均雨日数在180～199 d有73站，如图5a，雨日集中区呈零散破碎型分布，主要为南部的从江县、榕江县、黎平县，东部天柱县、岑巩县、锦屏县、东北部黄平县境内；雨日数相对较少区域为黎平县南部、从江县西部、剑河县与镇远县和台江县交界区、施秉县等(130～159 d)。而国家站年雨日分布来看，雨日≥180 d主要分布在西部丹寨、麻江站，相对较少为北部镇远，施秉、岑巩、从江站，最少为镇远县站的146 d，如图5b，雨日集中区呈片状型分布。

图5 乡镇区域站(a)与国家站(b)年平均雨日数分布图(单位：d)

从乡镇区域站分布来看，雨日主要与山系有较大关系，雨日较多主要分布在苗岭山脉主峰雷公山的南侧、月亮山脉的东南部、青山界山脉的东南部、麻江等高海拔地区，这些地区主要受西南气流的迎风坡和滇黔静止锋影响；雨日相对较少的地区分布在海拔较低的东部和东北部，西南气流受苗岭山脉阻挡，东部和东北部具有焚风效应，降雨相对较少。可见，黔东南16个国家站雨日分布不能很好反映出黔东南山区的降雨气候特点。

2.2.3 暴雨日数 乡镇区域站累计暴雨日数分布来看，如图6a，累计暴雨日数≥30 d有16站，占总站数的10.0%，主要分布从江、黎平、锦屏县境内；暴雨日数出现在20～29 d之间的有102站，占总站数的27.4%，主要分布在中部以南；暴雨日数≤10 d的有134站，占总站数的36.0%，分布在中部以北，暴雨集中区主要呈零散破碎型分布，月亮山东南部为暴雨中心。而从国家站累计暴雨日数分布来看，如图6b，暴雨日数≥30 d有6站，占16县(市)的37.5%，最少为北部施秉县的18 d，暴雨集中区呈片状型分布。

图6 乡镇区域站(a)与国家站(b)年平均暴雨日数分布图(单位：d)

黔东南暴雨主要分布在中部以南区域，乡镇区域站暴雨主要集中在月亮山东南部，国家站暴雨集中在西部和东部大片区域，暴雨中心存在一定差异。由于地形作用，雷山县东部是苗岭主峰雷公山，向四周呈伞状分布，自西向东和南倾斜，雷公山山脉多为1000多米高山，苗岭山脉南侧为西南暖湿气流迎风坡；剑河、锦屏、黎平3县交界处为青山界山脉，海拔在1250多米，山脉东部地势相对平坦，当有弱冷空气从东北路径入侵时，海拔相对较低且平坦区域与青山界山脉有地表气温差，交界区域等温线密集，温度梯度较大有利于产生强对流天气；月亮山南东侧为都柳江流域出口，偏南气流顺着低洼河谷地带向西北方向吹，形成高温和高湿水汽输送通道，有利于产生多个中小尺度辐合和上升运动中心。

2.2.4 极端降水量 乡镇区域气象站日极端降水量≥300 mm有2站，为雷山县的高岩站(367.6 mm)和大塘站(324.3 mm)，200 mm以上有36站，占总站数9.7%；100～199.9 mm有233站，占总站数62.6%，其余为50～99.9 mm，如图7a，黔东南中部一带为强降雨区，以带状型分布。而国家站日极端降水量分布来看，如图7b，最大极端降水量为麻江县281.7 mm，200 mm以上有麻江、雷山、凯里、榕江、施秉等5个县(市)，占16县市0.5%，最小为三穗县城区132.0 mm，强降水主要集中区为中部以西呈片状型分布。

图7 乡镇区域站(a)与国家站(b)极端降水量分布图(单位：mm)

乡镇区域站日极端降水量大于国家站，且200 mm以上极端降水量占总数比高于国家站；乡镇区域站极端降水量200 mm以上主要集中在雷公山南部，如2015年5月27日为历年日降水量最强，雷山大塘367.6 mm突破历年极值，雷公山山脉南部8站出现250 mm以上特大暴雨，而国家站主要分布在中部以西，由于国家站以点带面，集中区覆盖面较大。因此，乡镇区域站与国家站的极端降水量在强度、范围、密集区等有较大差异。

3 小结

①利用黔东南地区2011—2019年203个乡镇区域自动气象站和16个国家级自动气象站降水量、雨日、暴雨日数、极端降水量等资料进行时空对比分析。

②乡镇区域站的降水量、雨日、暴雨日数与国家站均呈正相关关系，并通过α=0.01显著性检验，为线性一致增加；全年降水量呈单峰型，5—6月降水量相对集中；全年雨日呈平缓型，上半年雨日相对较多，下半年雨日相对较少；全年暴雨日数呈双峰型，乡镇区域站6月和8月为峰值期，国家站6月和9月为峰值期。总之，乡镇区域站和国家站的降水在量级、峰值期、开始期、结束期等均存在一定差异。

③乡镇区域站的降水量主要有两条带状型分布，并掺夹3个大值中心区；雨日主要集中在雷公山的南侧、月亮山脉的东南部、青山界山脉的东南部、麻江等海拔较高地区，呈零散破碎型分布；暴雨主要集中在月亮山东南部，呈零散破碎型分布；极端强降雨位于中部一带，呈带状型分布。而国家站降水量、雨日、暴雨日数、极端强降水等呈片状型分布。由于乡镇区域站分布点密集，集中区覆盖面小，而国家站以点带面，集中区覆盖面大，因此，乡镇区域站的降水与山系关系更明显，较好反映出山地地形对降水分布的影响特征。