涇陽氣象站與涇陽縣城降水量相關分析

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 區域概況

涇陽縣屬陜西省咸陽市管轄，地處關中盆地中部，2021年管轄8 個鎮、1 個街道辦，148 個行政村，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，物產豐富。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 月為暴雨多發期，易形成城市內澇和洪水災害。

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斗口村，1978 年遷至涇陽縣三渠鎮宮家寨村，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，兩類設備。遵循氣象觀測規范持續觀測降水量，是分析涇陽縣城降水量的重要依據。

涇陽縣縣城無氣象觀測站點，其他部門設立雨量觀測站均時斷時續。近年來涇陽縣西關曾有水文部門設立臨時雨量觀測點，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108°49'14''，北緯34°31'47''，海拔高度409.0 m，該站按照水文部門規范要求觀測，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雨量觀測點位置關系見圖1，涇陽氣象站雨量器布設情況見圖2。

圖1 涇陽氣象站與涇陽縣西關雨量觀測點位置圖

圖2 涇陽氣象站雨量器布設圖

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。到一定量或定時觀測時，由人工進行測量。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、計量翻斗、計數翻斗等構成。承水口采用國際標準口徑φ200 mm，設計測量降水強度4 mm／min，測量最小分度0.1 mm，最大允許誤差±4% mm。

1.4 降水量觀測規定及要求

涇陽氣象站降水量觀測依據中華人民共和國國家標準《地面氣象觀測規范 降水量》（GB／T 35228-2017）采用日分界為0 時，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～08 時、08 時～20 時兩個時段的累計降水量，觀測值以北京時間20 時為日分界。

涇陽縣西關雨量觀測點降水量觀測依據中華人民共和國水利行業標準《降水量觀測規范》（SL 21-2015），人工觀測采用4 段制，即14 時、20 時、2 時、8 時觀測四次，觀測時間以北京時間8 時為日分界。

液態降水量人工觀測按照規范要求進行，及時進行記錄，同時為減少蒸發損失，在降水停止后及時觀測降水量。

固態降水量人工觀測按照規范要求進行外，均采用將儲水筒取回待筒內雪或雹融化后量測。

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，特別是暴雨時兩者關系如何是降水量觀測資料使用者關心和疑問的。因此需要對兩者降水量的相關關系進行分析。

3 資料收集及誤差分析

3.1 降水量資料收集

由于涇陽縣西關雨量觀測點僅有2004 年～2014 年計11 年降水量資料，因此涇陽氣象站觀測資料亦選取同時段即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 時為日分界，而水文部門的雨量統計日分界為每日8 時，在統計兩者資料時進行了統一，都按氣象部門日分界進行統計。

經統計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；涇陽縣西關雨量觀測點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雨量觀測點歷年降水量柱狀圖

另外對2004 年2014 年計11 年中的主要暴雨日進行統計，經統計這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力誤差、濕潤誤差、濺水誤差、儀器誤差、測記誤差等多項誤差組成。測記誤差需要觀測者有負責的精神和認真的態度。

對涇陽氣象站主要觀測設備SL3-1 型翻斗式雨量傳感器所觀測降水量的誤差進行了深入分析。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 降水量數據傳輸進行分析，得出以下結論：

（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度增大而增大。

（3）雨量傳感器觀測雨量通過中國移動GSM 網絡傳輸，其傳輸成果穩定可靠。

4 涇陽氣象站與涇陽縣西關雨量觀測點年降水量相關分析

對2004 年～2014 年涇陽氣象站和涇陽縣西關雨量觀測點觀測年降水量進行相關計算。首先對資料進行審查，對兩者因觀測日分界引起的統計差別進行修正。經過相關計算，涇陽氣象站和涇陽縣西關雨量觀測點觀測年降水量相關系數r=0.98，大于0.80，可見兩者相關密切。其回歸方程式為：

式中：y 為涇陽氣象站年觀測降雨量；x 為涇陽縣西關雨量觀測點年觀測降雨量。

其相關關系見圖4。

圖4 涇陽氣象站與涇陽縣西關雨量觀測點年降水量相關圖

可以看出涇陽縣西關雨量觀測點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雨量觀測點日暴雨相關分析

對2004 年～2014 年涇陽氣象站和涇陽縣西關雨量觀測點觀測得主要暴雨進行相關計算。同樣對資料進行審查，對兩者因觀測日分界引起的統計差別進行修正。經過相關計算，涇陽氣象站和涇陽縣西關雨量觀測點觀測得暴雨相關系數r=0.98，大于0.80，可見兩者相關密切。其回歸方程式為：

式中：y 為涇陽氣象站年觀測暴雨量；x 為涇陽縣西關雨量觀測點年觀測暴雨量。

其相關關系見圖5。

圖5 涇陽氣象站與涇陽縣西關雨量觀測點暴雨量相關圖

由圖5 可以看出涇陽縣西關雨量觀測點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；加之涇陽縣西關雨量觀測點主要為人工觀測，存在誤差較大等因素，計算所得值還有待資料充分時進一步分析。

7 結語

經過對2004 年～2014 年涇陽氣象站和涇陽縣西關雨量觀測點11 年降水量資料進行分析，建立了涇陽氣象站和涇陽縣西關雨量觀測點年降水量及暴雨相關關系，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。