摘 要：從自貢市現有觀測站點布局出發(fā)，結合氣象業(yè)務需求變化，以及現有要素分布情況，城市內澇點、河流分布、高速路出口等分布情況和需求，探索自貢市觀測站網布局的優(yōu)化方向，提升地面觀測資料的代表性、準確性，助力自貢市氣象站網的可持續(xù)發(fā)展。

關鍵詞：氣象臺站網；布局優(yōu)化；插值

中圖分類號：P412 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）07–0-03

自貢市位于四川盆地南部，東南部褶皺緊密，構造狹長；西北部構造相對寬緩。地勢西北部高、東南部低，地質環(huán)境較復雜，為地質災害易發(fā)區(qū)，滑坡、崩塌是常見的突發(fā)性地質災害類型。自貢市氣象災害種類多，主要有干旱、暴雨洪澇、大風、冰雹、雷暴、低溫陰雨、寒潮等，發(fā)生頻率高，影響范圍廣，造成的損失較為嚴重。尤其是在全球氣候變暖背景下，各類極端天氣氣候事件越來越頻繁，并呈現出突發(fā)性強、局地強度大、多災并發(fā)的特點，氣象防災減災任務十分艱巨。加強當地氣象觀測數據獲取，對本地天氣預報、氣象服務、防災減災具有重要作用。但受地理區(qū)位、資源稟賦、發(fā)展基礎等影響，在站網布局、觀測能力建設等方面仍留有較多空白。

習近平總書記對氣象工作提出了“監(jiān)測精密、預報精準、服務精細”的要求，為綜合氣象觀測業(yè)務的發(fā)展指明了方向。綜合氣象觀測是氣象事業(yè)的基礎，也是預報精細、服務精準的前提?？茖W規(guī)劃自貢市綜合氣象觀測業(yè)務發(fā)展，補齊觀測站網短板，使其滿足日益增長的精準預報與精細服務的需求[1]。基于此，結合實際，圍繞提高自貢氣象監(jiān)測預報預警能力、防災減災、重大工程氣象保障、重大社會活動保障和應急保障及專業(yè)氣象服務等方面需求，探索自貢市站網布局的發(fā)展方向。

1 當前形勢

1.1 自貢市觀測站網分布情況

自貢市現有國家氣象觀測站3個，區(qū)域氣象站觀測站101個，平均站點間距約為6.5 km。鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站覆蓋率達到100%，其中，單雨量站46個，占總站數的44.24%；（市轄區(qū)12個，占比為26.09%；富順16個，占比為34.78%；榮縣18個，占比為39.13%）；兩要素站27個，占比為25.96%；（市轄區(qū)11個，占比為40.74%；富順8個，占比為29.63%；榮縣8個，占比為29.63%）；四要素站22個，占總站數的21.15%（市轄區(qū)13個，占比為59.09%；富順5個，占比為22.72%；榮縣4個，占比為18.19%；六要素站6個，占總站數的5.77%（富順4個，占比為66.67%；榮縣2個，占比為33.33%）。單要素和兩要素站占比高達70.91%（圖1）。

1.2 地面觀測水平分辨率

從觀測要素種類、時空分辨率和物理變量描述指標等分析了綜合氣象觀測要素能力需求。自貢市現有地面觀測常規(guī)要素的水平分辨率中，降水量地面觀測最高為6.3 km，其次是氣溫為8.7 km，然后是風速為11.9 km，最低的是氣壓和相對濕度為22.1 km?，F有要素的觀測密度遠遠不能滿足氣象服務需求（表1）。

1.3 存在問題

1.3.1 多要素站覆蓋率低

自貢區(qū)域站鄉(xiāng)鎮(zhèn)覆蓋率達到100%，但僅是單雨量站，多要素站點分布存在較大空白。

1.3.2 加密觀測能力較弱

在人口密集區(qū)和城市內澇易發(fā)區(qū)，強對流天氣發(fā)生時，加密觀測和密集觀測能力無法滿足專業(yè)氣象服務和氣象防災減災需求，不能提供及時、精確的定時定量定點的分鐘雨量數據。

1.3.3 有效的數據反饋不及時

在自貢市主要災害性天氣系統(tǒng)路徑上，多要素站點中的風向風速分布較少，不能做到及時有效的數據反饋，無法較好地支撐監(jiān)測預警。此外，自貢市有數家化工企業(yè)，周邊也沒有專業(yè)性監(jiān)測站點，當發(fā)生泄漏事故時，及時準確的數據能為減少損失提供有力的支持。

1.3.4 設備老舊

自貢市有很多運行時間較長的地面觀測站，存在電池、太陽能板老舊等問題，嚴重影響觀測數據質量。

2 當前需求調研分析

2.1 預報需求分析

2.1.1 天氣系統(tǒng)

自貢市受西南低渦、高原低渦系統(tǒng)影響，氣象災害種類多，主要有干旱、暴雨洪澇、大風、冰雹、雷暴、低溫陰雨、寒潮等，它們的發(fā)生頻率高、影響范圍廣、造成的損失較為嚴重。

2.1.2 短時臨近災害性天氣

尤其是在全球氣候變暖背景下，各類極端天氣氣候事件越來越頻繁，并呈現出突發(fā)性強、局地強度大、多災并發(fā)的特點?；诖?，短時臨近天氣預報服務的數據需求較大。

2.2 公共氣象服務需求分析

自貢市是四川南部的區(qū)域中心城市，成渝經濟圈南部中心城市，享有“千年鹽都”“恐龍之鄉(xiāng)”“南國燈城”“美食之府”之美譽。為深度融入成渝地區(qū)雙城經濟圈建設，深入實施省委“一干多支”發(fā)展戰(zhàn)略，建設“4個城市”，推動“六個跨越”，聚力再造產業(yè)自貢，走出轉型升級新路，加快建設新時代深化改革擴大開放示范城市，需要不斷提高氣象服務保障經濟社會高質量發(fā)展的能力和水平。

2.3 氣象防災減災需求分析

2.3.1 自貢市重要災害服務需求分析

第一，暴雨及中小河流洪澇災害。自貢市地勢較低，一旦發(fā)生區(qū)域性暴雨，極易引發(fā)城市內澇和中小河流洪水。主汛期一般為5—9月，但近年來受極端氣候影響，局地強對流天氣頻發(fā)，如2022年3月最高溫度突破歷史同期極值，已經出現2次雷暴大風天氣等。為暴雨天氣及中小河流洪澇災害監(jiān)測服務提供強有力的保障，需要主要流域及上游地區(qū)的地面觀測數據。

第二，重大地質災害。自貢市境內地質環(huán)境較復雜，為地質災害易發(fā)區(qū)，滑坡、崩塌是常見的突發(fā)性地質災害類型。截至2021年8月，全市共核查在庫省級隱患點238處、地災隱患風險點818個，摸排發(fā)現新的隱患點5個，分布在全市2個縣4區(qū)，對廣大人民群眾生命和財產安全構成不同程度的威脅。為保障地災隱患點人民群眾的生命財產安全，需要地質災害隱患點周邊地面數據。

第三，森林草原防火。自貢市境內有大片林區(qū)，各類原因引發(fā)的山火對林區(qū)造成極大的破壞。為提高森林草原防滅火氣象監(jiān)測能力，需要該區(qū)域的地面觀測數據。

2.3.2 重點服務及重點工程

第一，服務高速公路。自貢市境內有5條高速公路，分別是成宜、隆漢、內榮、內宜、蓉遵高速公路，貫穿自貢市2縣4區(qū)，因地勢較低，濕度較大，極易產生團霧，為保障高速公路正常通行，需要地面氣象觀測數據。

第二，提高城市氣象災害防御水平。近年來，自貢市城市化水平、規(guī)模穩(wěn)步發(fā)展，隨之而來的是巨大的環(huán)境壓力和不利的環(huán)境效應，城市的承災能力降低。城市區(qū)域暴雨、大風、霧霾等氣象災害在特定條件下會引發(fā)連鎖反應形成災害鏈。此外，自貢市有數家化工企業(yè)，針對其特殊屬性，為了城市氣象服務和防災減災，需要建立梯度風觀測數據。

第三，重點流域。自貢市內河流主要為滄江水系，沱江下游段流經市境127 km。釜溪河為沱江在市境的主要支流，其上游有旭水河、威遠河注入，流域總面積為3 490 km2。市境西部有越溪河自北向南穿越榮縣，屬岷江本系。上游強降雨或本地降雨是造成流域內出現洪水的直接因素和主要激發(fā)條件。為做好流域防災減災工作，需要上游或本地的地面觀測數據，對上游或本地強對流天氣系統(tǒng)、降水量進行監(jiān)測。

第四，農業(yè)氣象保障服務。自貢市建立了水稻、玉米、油菜主要糧油作物和經濟作物等9類農業(yè)氣象指標，大力推進“直通式”氣象服務。為實現氣象與“三農”信息有機融合，實現微信、微博等新媒體技術在公眾氣象服務中的應用，需要水平分辨率更高的自動土壤水分數據、農業(yè)氣象觀測數據。

第五，人工影響天氣保障服務。自貢市現有人工影響天氣作業(yè)覆蓋率達75%，圍繞抗旱、資源性蓄水、森林防滅火、大氣污染防治開展常態(tài)化人工影響作業(yè)。要開展森林火險氣象等級和空氣污染擴散氣象條件預報，同時為加強空中水資源開發(fā)、降低森林火險等級、減少農業(yè)雹災損失、改善城鄉(xiāng)大氣環(huán)境、AP6emaw37f40Hwa1s8llow==應對環(huán)境污染突發(fā)事件、減少不利天氣對重大活動的干擾，需要全市地區(qū)的天氣雷達數據、城市等人工作業(yè)區(qū)的大氣垂直觀測數據。

3 未來布局優(yōu)化方向

綜合考慮預報、公共氣象服務和氣象防災減災需求，結合當前氣象觀測站點分布現狀，同時兼顧自貢市人口分布情況、經濟社會發(fā)展情況、地質災害隱患點及城市易澇點等，通過改造升級設備，完善氣象觀測要素，新建區(qū)域站的方式優(yōu)化地面觀測站網，使自貢市的地面氣象觀測站網更加精密和科學。

3.1 新建地面氣象觀測站

將全市觀測站網按照國家站網布局要求的精度網格劃分后，為兼顧區(qū)域站網的密度和分布的合理性，可采用以下兩種方式進行新建區(qū)域站的初分布。

第一，可采用區(qū)域插值的方式規(guī)劃新建地面氣象觀測站，對全市進行全覆蓋布點[3]。將按格點劃分后的兩相鄰站之間的連接線取作x軸，此時2站點間的距離為l，得到這2個站點的橫坐標分別為ξ和ξ+l。因此，線段上任意一點與ξ+x的f ′值的線性內插公式可表示為：

（1）

再根據協(xié)方差函數的定義和隨機誤差的性質，同時結合大多數氣象要素的結構函數的特點—線段中點上E最大，線段中點的內插方差E可以表示為：

（2）

從而可以計算出內插方差E（l ），畫出E（l ）-1關系圖。當給出最大容許內插標準誤差的判據條件，就可以從E（l ）圖上定出兩站間最大允許距離，即最佳站點距離。一般采用右邊前兩項不超過觀測標準誤差來確定，即E≤ 作為判據。

第二，采用區(qū)域內插值法[3-4]，根據站網布局要求的分辨率長度l的正方形的中心，進行線性內插的標準誤差表達式為：

（3）

計算所得的單一氣象要素的Emax通常作為氣象要素的最大容許誤差的指標，與之對應的lmax作為確定單一氣象要素站網最優(yōu)間距的依據。

由這2種插值方式進行初分布后，再對現有的條件包括用地性質、區(qū)域站點周邊環(huán)境等現實因素進行合理性分析，對區(qū)域站位置進行微調。

3.2 搬遷、升級地面氣象觀測站

在現有的站點分布情況下，結合網格，針對市區(qū)內澇點、地質災害易發(fā)區(qū)和交通需求建立指定需求站點，針對榮縣西部山區(qū)較復雜地形區(qū)，利用現有站點和新建站點搭建山地梯度觀測網。采用因子分析法，在各個區(qū)域內選取關鍵位置的站點升級為具有特定觀測需求的要素站，或按需搬遷指定臺站[5]。同時，將全市單要素站和兩要素站進行全面升級常規(guī)4要素站。旨在提高局地環(huán)流演變及其影響小尺度天氣系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展的觀測能力，進一步提高人工影響天氣作業(yè)效益和空中云水資源開發(fā)能力。

4 保障舉措

4.1 加強組織領導

氣象部門應加強方案實施的組織領導，深刻理解方案的目標任務，科學制定本方案的實施計劃，梳理任務和責任清單。同時，制定實施評價標準，加強實施目標考核和督導檢查，及時發(fā)現問題，總結經驗，確保扎實有序推進方案的順利實施。

4.2 加強多源數據融合，強化數據交換共享

氣象臺站網的布局優(yōu)化方法也應該考慮融合多種數據源的觀測資料，提升氣象臺站網布局的科學性，繼續(xù)加強不同行業(yè)和部門間的合作，在確保數據安全的情況下，以共建共享、數據交換的方式，共同建設氣象觀測站點，有力補充全市氣象觀測站網。

5 結束語

綜上所述，自貢市氣象站網總體按照天氣預報需求、公共氣象服務需求、氣象防災減災需求等進行優(yōu)化布局，旨在切實提高氣象站點分布的科學性和合理性，提高氣象站點的分辨率和利用率，提高氣象臺站的觀測資料的代表性、準確性和比較性，從而滿足公眾、特定行業(yè)和決策部門等的服務需求，為當地氣象站網可持續(xù)發(fā)展提供助力。

參考文獻

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