降水與地溫的關(guān)系剖析

王森，張雪梅，王一二，賈桂蘭

（1.浙江省嘉興市氣象局，嘉興　314050；2.四川省綿陽市氣象局，四川綿陽　621000；3.四川省巴中市氣象局，四川巴中　636000）

降水與地溫的關(guān)系剖析

王森1，張雪梅2，王一二2，賈桂蘭3

（1.浙江省嘉興市氣象局，嘉興314050；2.四川省綿陽市氣象局，四川綿陽621000；3.四川省巴中市氣象局，四川巴中636000）

根據(jù)研究降水量對(duì)各層地溫值的影響，特選2005～2014年全國有一定代表性的基準(zhǔn)站、基本站、一般站國家級(jí)地面氣象站的有關(guān)降水期間的資料，剖析不同量級(jí)降水量對(duì)各層地溫值的影響程度，進(jìn)行深入的對(duì)比分析，從而得出一定的影響規(guī)律；達(dá)到使有關(guān)工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)、準(zhǔn)確判定、正確處理地溫值的目的。

降水量；各層地溫；對(duì)應(yīng)關(guān)系

目前隨著全國地面氣象測報(bào)工作的迅猛改革，完全由原來的人工觀測各個(gè)氣象要素，轉(zhuǎn)到了自動(dòng)站自動(dòng)采集絕大部分氣象要素的工作流程；面臨目前剛轉(zhuǎn)化的具體工作中，面對(duì)各個(gè)氣象要素正誤的發(fā)現(xiàn)、判斷、處理就顯得十分的重要。又尤其是在下了不同量級(jí)的降水期間，是否對(duì)各層地溫值有無影響；如有影響，其影響值的大小又與“地溫場”的地理位置和地質(zhì)結(jié)構(gòu)有哪些密切的緊密聯(lián)系。就急需要通過一系列歷史資料對(duì)不同和相同量級(jí)降水量與對(duì)應(yīng)的氣象站站點(diǎn)的各層地溫值進(jìn)行詳細(xì)的對(duì)比、分析，揭曉出一定的規(guī)律或內(nèi)在關(guān)系，才能有助于在第一線的測報(bào)工作者和上級(jí)的有關(guān)審核工作人員有的放矢的把好測報(bào)工作的內(nèi)在高質(zhì)量關(guān)。

1　不同站點(diǎn)各層地溫溫度差異及垂直變化規(guī)律

地溫各個(gè)層次的溫度值是由淺至深不僅有一個(gè)明顯的滯后性變化趨勢；而且不管是時(shí)、日、月、年的較差變化規(guī)律都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，都是由大到小逐層遞減的；即：其較差的垂直變化規(guī)律是：0cm＞5 cm＞10cm，10cm＞15cm＞20cm，20cm＞40cm＞80cm，80cm＞160cm＞320cm。不管是氣溫還是各個(gè)層次的地溫，海拔越高的觀測站，各個(gè)層次的地溫月平均溫度就越低；高海拔的臺(tái)站比其它臺(tái)站的平均溫度低約8～15度。根據(jù)石渠等臺(tái)站近幾年的氣溫、0～320厘米的地溫資料分析知道：地表的0cm的日較差可達(dá)35.0℃，40cm日變化都小于1.0℃；80～160cm小于0.5℃；320cm小于0.3℃。詳見有一定代表性的高、中、低海拔臺(tái)站多年平均地溫變化圖（圖1、2、3）。

2　降水對(duì)地溫值影響的一般規(guī)律

不管是在哪個(gè)季節(jié)，只要在出現(xiàn)一些大的雨、雪天氣過程，淺層的各層地溫?cái)?shù)據(jù)都會(huì)根據(jù)當(dāng)時(shí)所降雨雪的量級(jí)和強(qiáng)度由淺及深地有所反應(yīng)，比如在夏天的高溫天氣中，突降大到暴雨或冰雹天氣，因降水的滲透，地溫0cm就會(huì)對(duì)應(yīng)出現(xiàn)降溫，而5～20cm的地溫值會(huì)出現(xiàn)依次滯后的升溫?cái)?shù)據(jù)。在冬季出現(xiàn)了降雨或雪，地溫0cm就會(huì)出現(xiàn)一些降溫值，5～20cm由表至深就分別依次出現(xiàn)滯后的降溫?cái)?shù)據(jù)。深層地溫不管在任何時(shí)候出現(xiàn)降水過程中幾乎沒有明顯的影響。并且每次降水過程的影響深度和變化速度，與降水的量級(jí)和觀測場的土壤結(jié)構(gòu)有關(guān)。一般是：在觀測場地質(zhì)結(jié)構(gòu)、降水強(qiáng)度相同的情況下，降水的量級(jí)越大，其影響深度越深，地溫值變化速度越快；地質(zhì)結(jié)構(gòu)不同，哪怕幾乎是同量級(jí)的一次降水過程，各層地溫值的影響規(guī)律是：泥沙土質(zhì)各層地溫值的變化值比粘性土質(zhì)的變化值深度更深，數(shù)據(jù)變化速度也更快。

圖2　大足（57502）2006-2009年1-12月T、0-320厘米平均值變化圖

圖3　平湖（58464）2005-2008年1-12月、0-320厘米平均值變化圖

3　同量級(jí)的降水量對(duì)不同站點(diǎn)和同站深層地溫表的外套管壁有無直接進(jìn)水現(xiàn)象的差異

3.1影響深層地溫異常數(shù)據(jù)的原由及如何正確處理儀器和數(shù)據(jù)

3.1.1深層地溫表最上面的塑料蓋老化后出現(xiàn)裂口而進(jìn)水

對(duì)地溫?cái)?shù)據(jù)的影響表現(xiàn)為：在降雨過程中，當(dāng)有一點(diǎn)的降水量直接流入到表的管內(nèi)就會(huì)造成地溫值很快出現(xiàn)急劇升溫或降溫1～2℃的異常數(shù)據(jù)。

解決辦法：首先一旦發(fā)現(xiàn)塑料蓋老化裂口就及時(shí)更換或用PVC管接頭加蓋臨時(shí)用。當(dāng)降雨停止后，在沒有條件及時(shí)更換外套管的情況下，先把已經(jīng)進(jìn)水的地溫表提起來，然后使用帶鉤的鋼絲在底部緊緊纏裹上干的脫籽棉，進(jìn)入該地溫表的套管內(nèi)吸干所有的水后，在把該地溫表放進(jìn)去繼續(xù)使用。

3.1.2深層地溫表外套管接頭的絲口處有浸水

對(duì)地溫?cái)?shù)據(jù)影響的前提是，地溫場的土壤是純粘土，地溫表外套和四周土壤接觸彌合很好，并且降水強(qiáng)度和量級(jí)大，即雨水滲透比較透慢，所降雨水就有可能就會(huì)從接頭的絲口處進(jìn)如地溫的套管內(nèi)時(shí)。其表現(xiàn)為：地溫?cái)?shù)據(jù)就會(huì)出現(xiàn)異常升溫或降溫值，但沒有第一種的升溫或降溫得那么迅速。

解決辦法：扒出外套管，倒出所進(jìn)的雨水后，重新安裝。安裝時(shí)在絲口處上抹上“卡夫特”強(qiáng)力A.B膠，這樣密封后就不會(huì)從絲口處浸水了。

3.1.3深層地溫表的外套管管壁周圍有進(jìn)水

深層地溫表的外套管管壁周圍與土壤間沒有緊緊地彌合，也就是說其地溫表的外套管管壁周圍與土壤之間有縫隙；一旦有降水出現(xiàn)，雨水會(huì)直接沿著地溫表外套管滲透就周圍直接進(jìn)雨水下去時(shí)，其地溫深層值就會(huì)根據(jù)當(dāng)時(shí)的降水量級(jí)和強(qiáng)度以及該表外套管周圍的間歇大小，在相鄰的兩小時(shí)中出現(xiàn)一些相應(yīng)的升溫或降溫異常值，下暴雨后，深層地溫表有無異常值，就與深層地溫表有無進(jìn)水現(xiàn)象有著密切的關(guān)系。具體反映是間歇越大，異常就越大?，F(xiàn)將甲站在下大到暴雨的具體小時(shí)降水量詳細(xì)分解如下：

在表1中可以看出甲觀測站2013年8月中的7日的5～10時(shí)，降水量分別為：8.6mm、24.7mm、0.3mm、0.6mm、0.0mm、0.9mm總計(jì)降水量35.1mm；11日15～17時(shí)降水量分為：6.5mm、40.4mm、1.0mm，總計(jì)降水量47.9mm；26日22～01時(shí)降水量分別為：1.5mm、26.6mm、4.0mm、7.0mm，總計(jì)降水量39.1mm。在以上的三次大的降水過程中，所對(duì)應(yīng)的320cm深層地溫?cái)?shù)據(jù)的逐日、時(shí)值統(tǒng)計(jì)表中，就分別出現(xiàn)了不同的異常數(shù)據(jù)。即：在所有的四只深層地溫表中，40～160cm三只深層地溫的數(shù)據(jù)均無一個(gè)異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)，每次都只有320cm的地溫?cái)?shù)據(jù)出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)。并且320cm的地溫值在下了中到大雨后，因雨量的滲透，就在1～2小時(shí)后出現(xiàn)急劇升溫1～3℃；其升溫的具體異常數(shù)據(jù)與當(dāng)天所降水的降雨量級(jí)、強(qiáng)度、外套管管壁與周圍土壤的縫隙大小息息相關(guān)，且完全成正比。其深層地溫在降雨停止后，其外套管的管底部積水會(huì)根據(jù)觀測場的地質(zhì)結(jié)構(gòu)不同而參透，一般情況下需要1～3天的時(shí)間才能完全滲透進(jìn)入土壤，該層次的地溫?cái)?shù)據(jù)才能逐時(shí)、日才能慢慢恢復(fù)正常。而乙觀測站的各深層地溫值在2008年5月28日出現(xiàn)暴雨后，除有同類問題的80cm地溫出現(xiàn)異常值外，其它各深層地溫值均無異常值出現(xiàn)。

解決辦法：重新安裝該表，并且在安裝過程中，確保其土壤與地溫外套管管壁緊緊完全彌合，使用有關(guān)工具和鋼釬等把該地溫表外套管管壁周圍的土壤一層一層地夯實(shí)。

3.1.4地溫出現(xiàn)異常值的正確處理

要完全根據(jù)其不同的異常值，嚴(yán)格按照“觀測行規(guī)”，具體問題一一分別酌情處理。也就是說，相鄰兩小時(shí)出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)時(shí)，要及時(shí)正確處理好異常數(shù)據(jù)，就依次采用以下三個(gè)步驟和方法：首先是去仔細(xì)查找“正點(diǎn)前后10分鐘內(nèi)”是否有可用的地溫?cái)?shù)據(jù)代替；如沒有其代替的數(shù)據(jù)，就改用“內(nèi)插法”求??；最后一步才只好對(duì)異常地溫?cái)?shù)據(jù)作“缺測”處理，相對(duì)應(yīng)欄記為“-”。同時(shí)針對(duì)出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)的原由和怎樣具體處理異常數(shù)據(jù)的方法，在規(guī)定的有關(guān)欄目里一一進(jìn)行詳細(xì)的相應(yīng)備注。

表1　甲觀測站2013年8月

4　小結(jié)

在地溫表的安裝和傳感器都正常的情況下，再檢查地溫表套管內(nèi)外是否有直接進(jìn)水現(xiàn)象，如果套管內(nèi)外沒有進(jìn)水，降水過程中或其后，其地溫值由淺至深是逐層逐漸變化的；降水過程結(jié)束后其數(shù)據(jù)就會(huì)逐步恢復(fù)正常。因此基層臺(tái)站在預(yù)審和審核時(shí)，切忌一見某層次地溫值的時(shí)、日較差都出現(xiàn)反常偏高或偏低數(shù)據(jù)時(shí)，就盲目把這部分所謂的“異常值”處理為缺測、內(nèi)插等數(shù)據(jù)；但是也不能一概而論，要根據(jù)各個(gè)站觀測場的地理環(huán)境、地質(zhì)結(jié)構(gòu)等不同的具體情況，作認(rèn)真地綜合分析、比較。盡量避免在每一次某量級(jí)的降水量出現(xiàn)后，確保不要人為地丟失掉了自動(dòng)站運(yùn)行后所能采集到的各層次地溫值所出現(xiàn)的一些很真實(shí)、寶貴的原始?xì)庀筚Y料。

［1］中國氣象局著.地面氣象觀測規(guī)范［S］.北京：氣象出版社，2003.

［2］李黃主編.《自動(dòng)氣象站實(shí)用手冊(cè)》［M］.北京：氣象出版社，2007.

［3］CuidetoMeteorlogicalInstrumentsandMethodsof Observation（sixth edition）世界氣象組織儀器和觀測方法委員會(huì)（CLMO）組織眾多不同領(lǐng)域的有關(guān)專家編.氣象儀器和觀測方法指南（第六版）［M］.北京：氣象出版社，2005.

［4］中國氣象局監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)司編.地面氣象測報(bào)數(shù)據(jù)處理軟件，AHDM4.1應(yīng)用手冊(cè)［M］.北京：氣象出版社，2000.

［5］中國氣象局監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)司編.地面氣象觀測報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)軟件操作手冊(cè)［M］.北京：氣象出版社，2005.

［6］中國氣象局著.地面氣象觀測數(shù)據(jù)文件和記錄簿表格式［M］.北京：氣象出版社，2005.

［7］張雪梅，王道田，王森，王一二，等.剖析自動(dòng)站各層地溫的垂直變化［J］.氣象研究與應(yīng)用，2011，32（4）：69-72.

［8］廖銘超，韋春艷，覃剛.新型自動(dòng)站使用方法技巧及注意事項(xiàng)［J］.氣象研究與應(yīng)用，2014，35（4）：87-88.

［9］張桂華，劉金燕，李忠黨.一次自動(dòng)站地溫?cái)?shù)據(jù)異常的原因及處理［J］.氣象研究與應(yīng)用，2014，35（2）：75-77.

Relationship between precipitation and ground temperature

Wang Sen1，Zhang Xuemei2，Wang Yier2，Jia Guilan3
（1 Jiaxing Municipal Meteorological Service，Zhejiang，Jiaxing 314050；2 Mianyang Municipal Meteorological Service，Sichuan，Mianyang 621000；3 Bazhong Municipal Meteorological Service，Sichuan，Bazhong 636000）

According to the precipitation data of representative base stations，the basic stations and general national ground weather stations from 2006 to 2014，study of impaction of precipitation on the ground temperature value in each layers was analyzed to find out certain influence law and help the relevant staff timely detect，accurately determine and correctly process the ground temperature values.

precipitation；geothermal correspondence between the layers

P49

A

1673-8411（2016）02-0052-03

2015-12-13

王森，助理工程師，從事氣象業(yè)務(wù)管理工作。