黄玉学+左湘文++孙嘉楠
摘 要：气象监测站网的密度对气象预报中的数值模拟至关重要。文章利用结构函数与内插法相结合的方法，对宁夏中部干旱带区域自动气象站的温度与雨量进行密度分析，得出在满足观测要求下的站网密度。对比分析了春、夏、秋、冬4个季节温度与雨量的结构函数与距离的关系，并分析不同内插标准误差与距离的关系，得到不同内插方法下的最大容许测站间距。为干旱带地区气象站网的布局提供参考。
关键词：气象监测站 结构函数 站网密度
中图分类号：X84 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）09（a）-0075-03
在进行天气预报，开展气候研究时，气象观测资料是数值计算的重要依据。由于站网密度是数据计算的重要指标，若站网太稀达不到精度计算要求，过密又会造成浪费，因此建立一个有科学根据的气象监测网体系尤为重要[1-2]。
当前气象监测网主要依据中国气象局业务技术体制改革气象综合观测体系分方案[3]进行布站，遵循平原地区平均间距20～25 km、沿海地区以及大江大河流域平均间距为10 km，山区根据具体的地形特点、地质灾害发生情况以及年平均降水量进行设计。文章利用结构函数与内插法相结合的方法，对宁夏中部干旱带区域自动气象站的温度与雨量进行密度分析，得出在满足观测要求下的站网密度。
1 监测网的理论公式
研究表明，气象要素的内插标准误差，只与该要素的结构函数有关，其表征了某一要素在空间上的离散程度。根据Gantin[4]的定义，某一气象要素的结构函数定义为两站点间要素距平差值平方的平均。即A、B两站间的结构函数为：
2 研究对象
文章的研究对象是宁夏中部干旱带，约70个区域气象监测站。所选站点站间距最远约240 km，最近約5 km。
在资料处理的过程中，为保证所选站点数据的完整、可信，首先剔除区域内数据到报率低于96%的站点，且对所有数据进行质量控制，为避免相邻站点数据间过于相关，在逐日气温数据处理中，每间隔两天取一次记录作为气温场的计算样本。而月降水量的数据依据宁夏地区降水观测时段，选择4～10月作为雨量场的计算样本。
3 计算结果
利用matlab中曲线拟合函数polyfit，对不同距离下对应的结构函数进行曲线拟合。图1表示贺兰山沿山地区气温与雨量结构函数与距离的关系。
由图1可以看出，气温与雨量的结构函数均随距离的增大而增大，变化近似于线性关系。而在气温结构函数中，不同季节对应不同的结构函数，其结构函数从小到大依次为春季、夏季、秋季、冬季。这主要是由于干旱带地区秋季与冬季气温的变化在空间梯度上较大。由图1还可以看出，在相同距离下，雨量的结构函数比气温的结构函数大得多，主要是由于干旱带地区降水量的分布不集中，且夏季局部地区常伴有阵性降水的原因造成的。
由实际观测资料得到的气温与降水的结构函数与距离的回归曲线方程，如表1所示。
将式（5）～（8）分别代入表1中的回归曲线方程，便可以得到宁夏干旱带地区不同季节气温与雨量在线性内插、平面内插（正三角形中心内插、正方形中心内插）3种内插方法下的最大容许距离，如表2所示。
由表2可知，在满足内插标准误差小于观测标准误差条件下，正三角形内插方案的最大容许距离最大，在此方案下，干旱带地区气温的布站精度小于等于16.8 km，降水的布站精度小于等于16.8 km。所以为满足观测要求，干旱带地区布站精度小于等于16.8 km为宜。
4 结语
文章统计分析了宁夏中部干旱带地区气温与雨量的结构函数与距离的关系，其拟合曲线基本呈线性关系，在研究的区域内，结构函数随距离的增加而增大，但不同季节的结构函数均不同，气温的空间梯度变化在冬季最大，然后是秋季、夏季、春季。研究表明，正三角形中心内插的精度最低，在此方案下，干旱带地区布站精度为16.8 km。监测网的合理分布是一个较复杂的问题，还应该考虑重要城镇、主要工矿企业、人口聚集区、主要交通干线及其他防汛重点区域，文章采用统计方法分析监测网时仅从纯业务的角度考虑了气象监测网的问题，但其理论方法可为其他监测网的密度分析提供一定的参考。
参考文献
[1]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.
[2]尉英华，东高红，徐姝，等.海河流域不同地形站网密度对面雨量精度的影响[J].气象与环境学报，2014，30（6）：75-79.
[3]中国气象局.区域气象观测站建设指导意见[R].2009.
[4]Gandin L S.The planning of meteorological station networks（technical note No.111）[R]. Gnerva：WMO No.265，1970.
[5]李军，游松财，黄敬峰.中国1961—2000年月平均气温空间插值方法与空间分布[J].生态环境，2006（1）：109-114.
