浅析自贡市气象观测站网的布局优化

摘 要：从自贡市现有观测站点布局出发，结合气象业务需求变化，以及现有要素分布情况，城市内涝点、河流分布、高速路出口等分布情况和需求，探索自贡市观测站网布局的优化方向，提升地面观测资料的代表性、准确性，助力自贡市气象站网的可持续发展。

关键词：气象台站网；布局优化；插值

中图分类号：P412 文献标志码：B 文章编号：2095–3305（2024）07–0-03

自贡市位于四川盆地南部，东南部褶皱紧密，构造狭长；西北部构造相对宽缓。地势西北部高、东南部低，地质环境较复杂，为地质灾害易发区，滑坡、崩塌是常见的突发性地质灾害类型。自贡市气象灾害种类多，主要有干旱、暴雨洪涝、大风、冰雹、雷暴、低温阴雨、寒潮等，发生频率高，影响范围广，造成的损失较为严重。尤其是在全球气候变暖背景下，各类极端天气气候事件越来越频繁，并呈现出突发性强、局地强度大、多灾并发的特点，气象防灾减灾任务十分艰巨。加强当地气象观测数据获取，对本地天气预报、气象服务、防灾减灾具有重要作用。但受地理区位、资源禀赋、发展基础等影响，在站网布局、观测能力建设等方面仍留有较多空白。

习近平总书记对气象工作提出了“监测精密、预报精准、服务精细”的要求，为综合气象观测业务的发展指明了方向。综合气象观测是气象事业的基础，也是预报精细、服务精准的前提。科学规划自贡市综合气象观测业务发展，补齐观测站网短板，使其满足日益增长的精准预报与精细服务的需求[1]。基于此，结合实际，围绕提高自贡气象监测预报预警能力、防灾减灾、重大工程气象保障、重大社会活动保障和应急保障及专业气象服务等方面需求，探索自贡市站网布局的发展方向。

1 当前形势

1.1 自贡市观测站网分布情况

自贡市现有国家气象观测站3个，区域气象站观测站101个，平均站点间距约为6.5 km。乡镇区域站覆盖率达到100%，其中，单雨量站46个，占总站数的44.24%；（市辖区12个，占比为26.09%；富顺16个，占比为34.78%；荣县18个，占比为39.13%）；两要素站27个，占比为25.96%；（市辖区11个，占比为40.74%；富顺8个，占比为29.63%；荣县8个，占比为29.63%）；四要素站22个，占总站数的21.15%（市辖区13个，占比为59.09%；富顺5个，占比为22.72%；荣县4个，占比为18.19%；六要素站6个，占总站数的5.77%（富顺4个，占比为66.67%；荣县2个，占比为33.33%）。单要素和两要素站占比高达70.91%（图1）。

1.2 地面观测水平分辨率

从观测要素种类、时空分辨率和物理变量描述指标等分析了综合气象观测要素能力需求。自贡市现有地面观测常规要素的水平分辨率中，降水量地面观测最高为6.3 km，其次是气温为8.7 km，然后是风速为11.9 km，最低的是气压和相对湿度为22.1 km。现有要素的观测密度远远不能满足气象服务需求（表1）。

1.3 存在问题

1.3.1 多要素站覆盖率低

自贡区域站乡镇覆盖率达到100%，但仅是单雨量站，多要素站点分布存在较大空白。

1.3.2 加密观测能力较弱

在人口密集区和城市内涝易发区，强对流天气发生时，加密观测和密集观测能力无法满足专业气象服务和气象防灾减灾需求，不能提供及时、精确的定时定量定点的分钟雨量数据。

1.3.3 有效的数据反馈不及时

在自贡市主要灾害性天气系统路径上，多要素站点中的风向风速分布较少，不能做到及时有效的数据反馈，无法较好地支撑监测预警。此外，自贡市有数家化工企业，周边也没有专业性监测站点，当发生泄漏事故时，及时准确的数据能为减少损失提供有力的支持。

1.3.4 设备老旧

自贡市有很多运行时间较长的地面观测站，存在电池、太阳能板老旧等问题，严重影响观测数据质量。

2 当前需求调研分析

2.1 预报需求分析

2.1.1 天气系统

自贡市受西南低涡、高原低涡系统影响，气象灾害种类多，主要有干旱、暴雨洪涝、大风、冰雹、雷暴、低温阴雨、寒潮等，它们的发生频率高、影响范围广、造成的损失较为严重。

2.1.2 短时临近灾害性天气

尤其是在全球气候变暖背景下，各类极端天气气候事件越来越频繁，并呈现出突发性强、局地强度大、多灾并发的特点。基于此，短时临近天气预报服务的数据需求较大。

2.2 公共气象服务需求分析

自贡市是四川南部的区域中心城市，成渝经济圈南部中心城市，享有“千年盐都”“恐龙之乡”“南国灯城”“美食之府”之美誉。为深度融入成渝地区双城经济圈建设，深入实施省委“一干多支”发展战略，建设“4个城市”，推动“六个跨越”，聚力再造产业自贡，走出转型升级新路，加快建设新时代深化改革扩大开放示范城市，需要不断提高气象服务保障经济社会高质量发展的能力和水平。

2.3 气象防灾减灾需求分析

2.3.1 自贡市重要灾害服务需求分析

第一，暴雨及中小河流洪涝灾害。自贡市地势较低，一旦发生区域性暴雨，极易引发城市内涝和中小河流洪水。主汛期一般为5—9月，但近年来受极端气候影响，局地强对流天气频发，如2022年3月最高温度突破历史同期极值，已经出现2次雷暴大风天气等。为暴雨天气及中小河流洪涝灾害监测服务提供强有力的保障，需要主要流域及上游地区的地面观测数据。

第二，重大地质灾害。自贡市境内地质环境较复杂，为地质灾害易发区，滑坡、崩塌是常见的突发性地质灾害类型。截至2021年8月，全市共核查在库省级隐患点238处、地灾隐患风险点818个，摸排发现新的隐患点5个，分布在全市2个县4区，对广大人民群众生命和财产安全构成不同程度的威胁。为保障地灾隐患点人民群众的生命财产安全，需要地质灾害隐患点周边地面数据。

第三，森林草原防火。自贡市境内有大片林区，各类原因引发的山火对林区造成极大的破坏。为提高森林草原防灭火气象监测能力，需要该区域的地面观测数据。

2.3.2 重点服务及重点工程

第一，服务高速公路。自贡市境内有5条高速公路，分别是成宜、隆汉、内荣、内宜、蓉遵高速公路，贯穿自贡市2县4区，因地势较低，湿度较大，极易产生团雾，为保障高速公路正常通行，需要地面气象观测数据。

第二，提高城市气象灾害防御水平。近年来，自贡市城市化水平、规模稳步发展，随之而来的是巨大的环境压力和不利的环境效应，城市的承灾能力降低。城市区域暴雨、大风、雾霾等气象灾害在特定条件下会引发连锁反应形成灾害链。此外，自贡市有数家化工企业，针对其特殊属性，为了城市气象服务和防灾减灾，需要建立梯度风观测数据。

第三，重点流域。自贡市内河流主要为沧江水系，沱江下游段流经市境127 km。釜溪河为沱江在市境的主要支流，其上游有旭水河、威远河注入，流域总面积为3 490 km2。市境西部有越溪河自北向南穿越荣县，属岷江本系。上游强降雨或本地降雨是造成流域内出现洪水的直接因素和主要激发条件。为做好流域防灾减灾工作，需要上游或本地的地面观测数据，对上游或本地强对流天气系统、降水量进行监测。

第四，农业气象保障服务。自贡市建立了水稻、玉米、油菜主要粮油作物和经济作物等9类农业气象指标，大力推进“直通式”气象服务。为实现气象与“三农”信息有机融合，实现微信、微博等新媒体技术在公众气象服务中的应用，需要水平分辨率更高的自动土壤水分数据、农业气象观测数据。

第五，人工影响天气保障服务。自贡市现有人工影响天气作业覆盖率达75%，围绕抗旱、资源性蓄水、森林防灭火、大气污染防治开展常态化人工影响作业。要开展森林火险气象等级和空气污染扩散气象条件预报，同时为加强空中水资源开发、降低森林火险等级、减少农业雹灾损失、改善城乡大气环境、AP6emaw37f40Hwa1s8llow==应对环境污染突发事件、减少不利天气对重大活动的干扰，需要全市地区的天气雷达数据、城市等人工作业区的大气垂直观测数据。

3 未来布局优化方向

综合考虑预报、公共气象服务和气象防灾减灾需求，结合当前气象观测站点分布现状，同时兼顾自贡市人口分布情况、经济社会发展情况、地质灾害隐患点及城市易涝点等，通过改造升级设备，完善气象观测要素，新建区域站的方式优化地面观测站网，使自贡市的地面气象观测站网更加精密和科学。

3.1 新建地面气象观测站

将全市观测站网按照国家站网布局要求的精度网格划分后，为兼顾区域站网的密度和分布的合理性，可采用以下两种方式进行新建区域站的初分布。

第一，可采用区域插值的方式规划新建地面气象观测站，对全市进行全覆盖布点[3]。将按格点划分后的两相邻站之间的连接线取作x轴，此时2站点间的距离为l，得到这2个站点的横坐标分别为ξ和ξ+l。因此，线段上任意一点与ξ+x的f ′值的线性内插公式可表示为：

（1）

再根据协方差函数的定义和随机误差的性质，同时结合大多数气象要素的结构函数的特点—线段中点上E最大，线段中点的内插方差E可以表示为：

（2）

从而可以计算出内插方差E（l ），画出E（l ）-1关系图。当给出最大容许内插标准误差的判据条件，就可以从E（l ）图上定出两站间最大允许距离，即最佳站点距离。一般采用右边前两项不超过观测标准误差来确定，即E≤ 作为判据。

第二，采用区域内插值法[3-4]，根据站网布局要求的分辨率长度l的正方形的中心，进行线性内插的标准误差表达式为：

（3）

计算所得的单一气象要素的Emax通常作为气象要素的最大容许误差的指标，与之对应的lmax作为确定单一气象要素站网最优间距的依据。

由这2种插值方式进行初分布后，再对现有的条件包括用地性质、区域站点周边环境等现实因素进行合理性分析，对区域站位置进行微调。

3.2 搬迁、升级地面气象观测站

在现有的站点分布情况下，结合网格，针对市区内涝点、地质灾害易发区和交通需求建立指定需求站点，针对荣县西部山区较复杂地形区，利用现有站点和新建站点搭建山地梯度观测网。采用因子分析法，在各个区域内选取关键位置的站点升级为具有特定观测需求的要素站，或按需搬迁指定台站[5]。同时，将全市单要素站和两要素站进行全面升级常规4要素站。旨在提高局地环流演变及其影响小尺度天气系统发生发展的观测能力，进一步提高人工影响天气作业效益和空中云水资源开发能力。

4 保障举措

4.1 加强组织领导

气象部门应加强方案实施的组织领导，深刻理解方案的目标任务，科学制定本方案的实施计划，梳理任务和责任清单。同时，制定实施评价标准，加强实施目标考核和督导检查，及时发现问题，总结经验，确保扎实有序推进方案的顺利实施。

4.2 加强多源数据融合，强化数据交换共享

气象台站网的布局优化方法也应该考虑融合多种数据源的观测资料，提升气象台站网布局的科学性，继续加强不同行业和部门间的合作，在确保数据安全的情况下，以共建共享、数据交换的方式，共同建设气象观测站点，有力补充全市气象观测站网。

5 结束语

综上所述，自贡市气象站网总体按照天气预报需求、公共气象服务需求、气象防灾减灾需求等进行优化布局，旨在切实提高气象站点分布的科学性和合理性，提高气象站点的分辨率和利用率，提高气象台站的观测资料的代表性、准确性和比较性，从而满足公众、特定行业和决策部门等的服务需求，为当地气象站网可持续发展提供助力。

参考文献

[1] 程勇，杨玲，行鸿彦，等.气象台站网布局优化研究综述[J].南京信息工程大学学报（自然科学版），2011，3（6）：511-518.

[2] 傅抱璞.山地气候要素空间分布的模拟[J].气象学报，1988 （3）：319-326.

[3] 王庆安，顾亚进.气象台站网设计的探讨[J].气象科学， 1988（3）：72-80.

[4] 卢文芳，王永华.空间结构函数在上海地区气象站网设计中的应用[J].南京气象学院学报，1989（3）：325-332.

[5] 赵瑞霞，李伟，王玉彬，等.空间结构函数在北京地区气象观测站网设计中的应用[J].应用气象学报，2007（1）：94-101.