德阳市气象要素时空分布特征

Characteristics of Spatial and Temporal Distribution of Meteorological Elements in Deyang

摘要: 为研究德阳市气候变化的时空分布特征，利用德阳市境内5个国家气象观测站1994~2023年气温、降水资料和157个区域站2014~2023年降水资料，采用数理统计、线性倾向估计等方法对德阳市气温、降水的时空分布特征进行分析。结果表明：(1) 年平均气温总体呈上升趋势，除德阳站秋季外，四季均呈现不同程度的增温趋势；最高气温和平均气温均是东南高、西北低。(2) 高温站次数年际差异大，整体呈波动上升趋势，高温天气中东部(德阳站、广汉站、中江站)出现在4~9月，西部什邡站出现在5~9月，绵竹站仅出现在5~8月；高温站次数东南多、西北少。(3) 降水量年际变化波动较大，多雨年和少雨年交替出现，总体呈上升趋势，四季平均降水量从多到少依次为夏季、秋季、春季、冬季；降水量西北多、东南少。(4) 暴雨站次数整体呈上升趋势，暴雨在春季、夏季、秋季均有发生，冬季无暴雨；暴雨站次数总体呈西北多、东南少的特征。

Abstract: In order to study the spatial and temporal distribution characteristics of climate change in Deyang, the spatial and temporal distribution characteristics of temperature and precipitation in Deyang were analysed using the temperature and precipitation data of five national meteorological observation stations in Deyang from 1994 to 2023 and the precipitation data of 157 regional stations from 2014 to 2023 by using the methods of mathematical statistics and linear tendency estimation. The results show that: (1) the annual average temperature shows an increasing trend, except autumn, all seasons show different degrees of warming trend; the maximum and average temperatures are high in the southeast and low in the northwest. (2) The number of high-temperature stations varies greatly from year to year, with a fluctuating upward trend. High-temperature weather occurs from April to September in the east-central part of the region (Deyang Station, Guanghan Station, and Zhongjiang Station), from May to September in the western part of the region (Shifang Station), and from May to August in Mianzhu Station; the number of high-temperature stations is higher in the southeast and lower in the northwest. (3) Precipitation fluctuates greatly from year to year, with an overall upward trend, and the average precipitation for the four seasons, in descending order, is in summer, autumn, spring, and winter; the amount of precipitation is more in the northwest and less in the southeast. (4) The number of heavy rainfall stations showed an overall upward trend, with occurrence in spring, summer and autumn, and no heavy rainfall in winter; the number of heavy rainfall stations generally showed the characteristics of more in the northwest and less in the southeast.

1. 引言

气候变化直接影响了农业生产、国民经济和自然生态的发展[1]。在气候变暖的背景下，极端天气事件呈现频发、强发、广发和并发的趋势，且极端事件的分布也发生了很大的变化[2]，气象灾害给人民生命财产及社会可持续发展带来了严重影响[3]。研究德阳市气温和降水的时空分布特征，特别是高温和暴雨的时空分布特征，对于了解该地区的气候变化和灾害风险具有重要意义，可为制定相关的灾害防治和应急管理措施提供科学依据，同时也为保护生态环境和可持续发展奠定基础[4]。

2. 研究区域概况

德阳市位于成都平原东北边缘，地理坐标位于北纬30˚31′~31˚42′、东经103˚45′~105˚15′之间。全市下辖2个区、1个县，代管3个县级市，分别为旌阳区、罗江区、中江县、绵竹市、什邡市、广汉市。地处龙门山脉向四川盆地过渡地带，地势西北高，东南低，市域地貌分为西北山区(绵竹市、什邡市)、中部平原(罗江区、旌阳区、广汉市)、东南地跨龙泉山脉为川中盆地丘陵区(中江县) (图1)。西北部山地区和中部、东南部的平原、丘陵地区气候有着明显的差异，西北部为山地垂直气候，东南部为中亚热带湿润季风气候。

Figure 1. Topographic map of Deyang

图1. 德阳地形图

3. 研究资料与方法

由于区域站为无人值守观测站，数据可靠性相对较低，以尽可能利用一切可用数据为前提，对全市所有自动站气温、降水资料的完整性、准确性和可靠性进行评估，根据降水连续性和强度差异对区域站降水数据进行异值剔除[5]，最终形成5个国家气象观测站1994~2023年气温、降水资料和157个区域站2014~2023年降水资料，采用数理统计、线性倾向估计[6]等方法对德阳市气温、降水的时空分布特征进行分析。

四季序列资料以逐月数据为基础，研究区域内季节的划分方式为：3~5月为春季，6~8月为夏季，9~11月为秋季，12月至次年2月为冬季[7]。我国定义日最高气温超过35℃为高温天气，因此规定凡是测站每天的极端最高气温达到35℃及以上就记为一个高温站次，为区分高温天气出现的不同程度，达到37℃以上记为一个强高温站次，达到40℃以上记为一个极端高温站次[8]。就单站而言，若某站24 h (前一日20时至当日20时，北京时)累计雨量 ≥ 50mm，定义为出现一个暴雨站次[9]。

4. 气温时空分布特征

4.1. 时间分布特征

4.1.1. 年际分布特征

图2(a) 德阳；图2(b) 广汉；图2(c) 绵竹；图2(d) 什邡；图2(e) 中江。

Figure 2. Interannual variation of mean air temperature at national meteorological observatories in Deyang, 1994~2023

图2. 1994~2023年德阳市境内国家气象观测站平均气温年际变化

通过对1994~2023年德阳市境内5个国家气象观测站年平均气温分析(图2)，气温倾向率大于0，气温均呈上升趋势[6]。德阳站、广汉站、绵竹站、什邡站、中江站的年平均气温倾向率分别为0.22℃/10a、0.38℃/10a、0.39℃/10a、0.46℃/10a、0.42℃/10a，其中什邡站增温幅度最大，德阳站增温幅度最小。近30年最低年平均气温德阳站15.9℃ (1996年)、广汉站16.1℃ (1996年)、绵竹站15.4℃ (1996年)、什邡站15.4℃ (1996年)、中江站16.1℃ (1996年)，最低年平均气温均出现在1996年。近30年最高年平均气温德阳站17.9℃ (2007年)、广汉站18.5℃ (2021年)、绵竹站17.8℃ (2021年)、什邡站17.9℃ (2021年)、中江站18.2℃ (2021和2023年)，广汉站、绵竹站、什邡站、中江站最高年平均气温均出现在2021年。通过对5个国家气象观测站近10年年平均气温进行线性回归的趋势拟合，德阳站、广汉站、绵竹站、什邡站、中江站增温率分别为0.54℃/10a、1.01℃/10a、0.98℃/10a、0.81℃/10a、0.69℃/10a，增温速度明显加快。随着社会经济的快速发展，城市化进程加快，气象站所在自然环境受到了一定影响，可能是导致气温明显上升的因素之一，这也进一步反映了城市化在一定程度上加剧了气候变暖[10]。

4.1.2. 季节分布特征

从1994~2023年德阳市境内国家气象观测站各季节变化趋势(表1)可以看出，除德阳站秋季外，均呈现不同程度的增温趋势，增温幅度由大到小分别为春季、夏季、冬季、秋季。其中，春季什邡站增温幅度最大，为0.67℃/10a，德阳站增温幅度最小，为0.37℃/10a；夏季绵竹站增温幅度最大，为0.45℃/10a，德阳站增温幅度最小，为0.26℃/10a；冬季什邡站增温幅度最大，为0.37℃/10a，德阳站增温幅度最小，为0.12℃/10a；秋季什邡站增温幅度最大，为0.18℃/10a，广汉站增温幅度最小，为0.05℃/10a，而德阳站呈降温趋势，温度递减率为0.09℃/10a。

Table 1. Linear fitting equations and correlation coefficients of four-season mean air temperatures at national meteorological observatories in Deyang, 1994~2023

表1. 1994~2023年德阳市境内国家气象观测站四季平均气温线性拟合方程及相关系数

站点	春季	夏季	秋季	冬季
德阳	y = 0.0367x + 17.012R^2 = 0.1301	y = 0.0263x + 25.225R^2 = 0.1118	y = −0.0086x + 17.483R^2 = 0.0129	y = 0.0117x + 6.9853R^2 = 0.017
广汉	y = 0.0545x + 17.082R^2 = 0.3046	y = 0.0444x + 25.178R^2 = 0.2609	y = 0.0053x + 17.671R^2 = 0.0055	y = 0.0274x + 7.1825R^2 = 0.0931
绵竹	y = 0.0545x + 16.136R^2 = 0.2666	y = 0.045x + 24.396R^2 = 0.2953	y = 0.0059x + 16.889R^2 = 0.0081	y = 0.0263x + 6.4998R^2 = 0.0704
什邡	y = 0.0666x + 16.175R^2 = 0.3974	y = 0.0417x + 24.633R^2 = 0.2823	y = 0.0176x + 17R^2 = 0.0569	y = 0.0368x + 6.4763R^2 = 0.1647
中江	y = 0.0631x + 16.978R^2 = 0.3476	y = 0.0373x + 25.595R^2 = 0.1827	y = 0.0118x + 17.417R^2 = 0.0326	y = 0.0336x + 6.8186R^2 = 0.1321

4.2. 空间分布特征

图3(a) 最高气温；图3(b) 平均气温；图3(c) 最低气温。

Figure 3. Spatial distribution of maximum, mean and minimum temperatures at national meteorological observation stations in Deyang, 1994~2023

图3. 1994~2023年德阳市境内国家气象观测站最高气温、平均气温、最低气温空间分布

从1994~2023年德阳市境内国家气象观测站最高气温、平均气温、最低气温空间分布(图3)可以看出，最高气温和平均气温均是东南高、西北低，这与德阳市地处龙门山脉向四川盆地过渡地带，地势西北高，东南低有一定关联。最高气温中江站最高，为43.0℃ (2022年)，绵竹站最低，为39.5℃ (2022年)；平均气温中江站和广汉站最高，为17.3℃，绵竹站最低，为16.5℃；最低气温广汉站最高，为−4.4℃ (2016年)，什邡站最低，为−6.1℃ (2016年)。

4.3. 高温站次时空分布特征

4.3.1. 时间分布特征

1) 年际分布特征

1994~2023年德阳市境内国家气象观测站共出现≥35℃高温站次数1226次，从年际分布(图4)来看，高温站次数呈波浪形起伏，整体呈波动上升趋势，年际差异大，1997年、2002年、2006年、2013年、2016~2023年为高温站次数偏多年份。近8年来，不仅高温站次数偏多，高温极值也明显升高。2022年出现高温站日数最多，为173次，年高温极值为中江站43.0℃；2005年出现高温站次数最少，仅2次，年高温极值为中江站35.5℃，高温站次数最多年比最少年多86.5倍。

Figure 4. Interannual changes in the total number of high-temperature stations at national meteorological observatories in Deyang, 1994~2023

图4. 1994~2023年德阳市境内国家气象观测站高温站次总数年际变化

2) 月际分布特征

从1994~2023年德阳市境内国家气象观测站高温站次数月际变化(图5)来看，中东部(德阳站、广汉站、中江站)高温天气出现在4~9月，西部什邡站高温天气出现在5~9月，绵竹站高温天气仅出现在5~8月。全市7、8月出现高温站次数占全年高温站次数的82%，其中8月出现高温最多。德阳市中东部高温最早出现于4月17日(2023年)，中江站36.1℃、德阳站35.2℃；最晚出现于9月10日(1997、2016年)，1997年德阳站35.2℃、广汉站35.5℃、中江站36.7℃，2016年德阳站35.1℃。德阳市西部高温最早出现于5月3日(2020年)，什邡站35.2℃；最晚出现于9月9日(1997年)，什邡站35.4℃。

Figure 5. Inter-monthly changes in the number of high-temperature stations at national meteorological observatories in Deyang, 1994~2023

图5. 1994~2023年德阳市境内国家气象观测站高温站次数月际变化

4.3.2. 空间分布特征

从1994~2023年德阳市境内国家气象观测站平均高温、强高温和极端高温站次数(表2)可以看出，高温呈现明显的东南多、西北少分布。多年平均高温站次数中江站14.1次，德阳站和广汉站多年平均高温站次数为7.8和9.5次，绵竹站、什邡站多年平均高温站次数在5次以下。强高温多年平均西北部仅0.5次，东南部3.6次，中部1.4~1.9次。极端高温全市多年平均出现都不到1次。近30年来，全市各国家站最高气温极大值除绵竹站出现在2022年8月23日外，其余各站均出现在2022年8月21日。

Tabla 2. Average number of high, intense and extreme heat stations at national meteorological observation stations in Deyang, 1994~2023

表2. 1994~2023年德阳市境内国家气象观测站平均高温、强高温和极端高温站次数

站点	≥35℃次数	≥37℃次数	≥40℃次数
德阳	9.5	1.9	0.2
广汉	7.8	1.4	0.1
绵竹	2.3	0.5	0.0
什邡	4.2	0.5	0.0
中江	14.1	3.6	0.5

5. 降水时空分布特征

5.1. 时间分布特征

5.1.1. 年际分布特征

通过对1994~2023年德阳市境内5个国家气象观测站年降水量分析(图6)，年际变化波动较大，多雨年和少雨年交替出现，但整体呈波动上升趋势。德阳站、广汉站、绵竹站、什邡站、中江站的年降水量增长率分别为85.3 mm/10a、70.6 mm/10a、65.8 mm/10a、25.1 mm/10a、48.6 mm/10a，德阳站年降水量增幅最大，什邡站年降水量增幅最小。近30年最少年降水量德阳站566.3 mm (2002年)、广汉站500.4 mm (1997年)、绵竹站688.6 mm (2009年)、什邡站569.8 mm (2002年)、中江站369.7 mm (2006年)。近30年最多年降水量德阳站1637.4 mm (2018年)、广汉站1401.4 mm (2018年)、绵竹站1720.5 mm (2013年)、什邡站1416.8 mm (2013年)、中江站1432.4 mm (2018年)，西部最多年降水量出现在2013年，中东部最多年降水量出现在2018年。通过对以上国家气象观测站近10年年平均气温进行线性回归的趋势拟合，除德阳站外，广汉站、绵竹站、什邡站、中江站年降水量增长率分别为95.8 mm/10a、264.7 mm/10a、111.2 mm/10a、139.3 mm/10a，增长速度明显加快。

图6(a) 德阳；图6(b) 广汉；图6(c) 绵竹；图6(d) 什邡；图6(e) 中江。

Figure 6. Interannual variability of precipitation at national meteorological observatories within Deyang, 1994~2023

图6. 1994~2023年德阳市境内国家气象观测站降水量年际变化

5.1.2. 季节分布特征

从1994~2023年德阳市境内国家气象观测站四季平均降水量(图7)可以看出德阳市降水量表现出明显的季节变化，5个国家站春季平均降水量为141.8 mm、夏季平均降水量为502.0 mm、秋季平均降水量为192.8 mm、冬季平均降水量为23.0 mm，其中四季最多平均降水量均出现在绵竹站。降水主要集中在夏季，占全年总降水量的58.4%，暴雨天气主要出现在这一时段。冬季降水最少，仅占全年总降水量的2.7%。春、秋两季降水量分别占全年总降水量的16.5%和22.4%。

从各季节变化趋势看(表3)，春季、夏季、秋季年降水量均呈现不同程度的增长趋势，气候倾向率最大为夏季。其中，春季降水量绵竹站增幅最大，为19.1 mm/10a，中江站增幅最小，为3.5 mm/10a；夏季降水量广汉站增幅最大，为51.5 mm/10a，什邡站增幅最小，为16.0 mm/10a；秋季降水量德阳站增幅最大，为26.9 mm/10a，中江站增幅最小，为0.02 mm/10a。冬季降水量有减少趋势，什邡站减少幅度最大，为5.7 mm/10a；德阳站减少幅度最小，为3.0 mm/10a。

Figure 7. Average precipitation for the four seasons at national meteorological observatories in Deyang, 1994~2023

图7. 1994~2023年德阳市境内国家气象观测站四季平均降水量

Table 3. Linear fitting equations and correlation coefficients for four-season precipitation at national meteorological observatories within Deyang, 1994~2023

表3. 1994~2023年德阳市境内国家气象观测站四季降水量线性拟合方程及相关系数

站点	春季	夏季	秋季	冬季
德阳	y = 1.1076x + 125.42R^2 = 0.0253	y = 4.8354x + 427.76R^2 = 0.0403	y = 2.6893x + 148.28R^2 = 0.045	y = −0.3031x + 26.374R^2 = 0.0407
广汉	y = 1.1166x + 112.84R^2 = 0.0371	y = 5.1543x + 378.09R^2= 0.0606	y = 1.1972x + 149.78R^2 = 0.0134	y = −0.5492x + 27.306R^2 = 0.1531
绵竹	y = 1.9073x + 129.64R^2 = 0.0739	y = 3.0438x + 536.47R^2 = 0.0105	y = 1.7923x + 205.51R^2 = 0.0156	y = −0.3371x + 32.585R^2 = 0.0414
什邡	y = 1.1554x + 125.49R^2 = 0.0373	y = 1.6019x + 495.81R^2 = 0.0036	y = 0.1677x + 186.15R^2 = 0.0002	y = −0.5685x + 30.975R^2 = 0.1435
中江	y = 0.3451x + 128.36R^2 = 0.0028	y = 4.8637x + 369.63R^2 = 0.0529	y = 0.0024x + 183.62R^2 = 4E−08	y = −0.5516x + 33.526R^2 = 0.0928

5.2. 空间分布特征

由于各区域站建站时间和站点迁移等原因导致观测时间序列不一致及均一性差，为确保气象数据时间统一完整和便于对比，选取5个国家站和157个区域站2014~2023年降水资料进行降水空间分布特征分析。从2014~2023年德阳市年平均降水量空间分布(图8)可以看出，德阳市降水空间分布不均，其分布特征主要为西北多、东南少，由山区、沿山区、坝区、丘区逐渐减少。年平均降水量最大为绵竹汉旺老熊沟1557.9 mm，年平均降水量最小为中江兴隆太平565.3 mm。可见降水空间差异的形成不仅与大气的物理过程有关，还与地理环境等因素密切相关[11]，地形与降雨的关系很密切，在同样的天气气候背景下，迎风坡由于动力强迫抬升、局地辐合辐散及降雨微物理作用，降雨强度要比其他地区偏大[12]。

Figure 8. Spatial distribution of mean annual precipitation in Deyang, 2014~2023

图8. 2014~2023年德阳市年平均降水量空间分布

5.3. 暴雨站次时空分布特征

5.3.1. 时间分布特征

1) 年际分布特征

Figure 9. Inter-annual changes in the average number of stations with heavy rainfall at national meteorological observatories in Deyang, 1994~2023

图9. 1994~2023年德阳市境内国家气象观测站暴雨平均站次数年际变化

德阳市暴雨站次数年际变化受到多种因素的影响，如气候条件、地理位置、地形差异等。1994~2023年德阳市境内国家气象观测站暴雨平均站次数年际变化(图9)整体呈上升趋势增长率为0.375次/10a。1994~2023年5个国家站共计出现暴雨站次444次，单站暴雨年均站次数为3次；2018年暴雨平均站次数最多，为7.2次；2002年和2006年暴雨平均站次数都不足1次，其中2022年最少，为0.4次。

2) 季节分布特征

从1994~2023年德阳市境内国家气象观测站四季暴雨站次总数(图10)可以看出德阳市暴雨站次数表现出显著的季节变化特征。暴雨在春季、夏季、秋季均有发生，冬季无暴雨，5个国家站暴雨春季站次总数为26次、夏季站次总数为335次、秋季站次总数为83次。暴雨主要集中在夏季，占全年暴雨站次总数的75.5%，其次是秋季，占总站次的18.7%，再次是春季，占总站次的5.9%。暴雨最早出现在4月10日(2008年，中江站)，最晚出现在10月7日(2007年，绵竹站)。7月暴雨站次数最多为164次，与四川盆地区域持续性暴雨事件的高发月份一致[13]，占总站次的36.9%；8月次之为130次，占总站次的29.3%；再次为9月77次，占总站次的17.3%。

Figure 10. Total number of four-season rainstorm stations at national meteorological observatories in Deyang, 1994~2023

图10. 1994~2023年德阳市境内国家气象观测站四季暴雨站次总数

5.3.2. 空间分布特征

Figure 11. Spatial distribution of total number of storm stations in Deyang, 2014~2023

图11. 2014~2023年德阳市暴雨站次总数空间分布

由5个国家站和157个区域站2014~2023年降水资料进行暴雨站次总数进行空间分布特征分析(图11)，暴雨站次数空间分布不均，与降水量空间分布(图7)相似，总体呈西北多、东南少的特征，各地暴雨站次数差异较大。暴雨站次数高值中心在绵竹山区，低值中心在中江，最多为绵竹汉旺老熊沟67次，最少为中江兴隆和中江继光仅12次。暴雨站次数空间分布与地理位置、地形之间存在一定的关系，德阳市位于青藏高原以东，西面的龙门山呈东北–西南走向，对偏东气流有明显的强迫抬升作用，这对暴雨有明显的增幅作用。研究表明，1981~2015年四川盆地共出现的23次极端暴雨过程中，暴雨极值中心和平均降水量50 mm以上的站点主要出现在盆地西部沿龙门山一线，盆地西北部暴雨极值出现次数最多，其中北川、江油和绵竹一带为高频中心[14]，与暴雨站次数高值中心主要分布在绵竹结论一致。

6. 结论

本文基于1994~2023年德阳市境内5个国家气象观测站的气温、降水资料和2014~2023年157个区域站的降水资料，对德阳市气温、降水的时空分布特征进行了细致分析，得到主要结论如下：

(1) 近30年德阳市境内5个国家气象观测站气温从时间分布来看，年平均气温总体呈上升趋势，什邡站增温幅度最大，德阳站增温幅度最小，除德阳站秋季外，四季均呈现不同程度的增温趋势，增温率由大到小分别为春季、夏季、冬季、秋季；从空间分布来看，最高气温和平均气温均是东南高、西北低。

(2) 近30年德阳市境内5个国家气象观测站高温站次数从时间分布来看，年际差异大，整体呈波动上升趋势，高温天气中东部(德阳站、广汉站、中江站)出现在4~9月，西部什邡站出现在5~9月，绵竹站仅出现在5~8月，8月出现高温站次数最多；从空间分布来看，高温站次数东南多、西北少，强高温多年平均西北部出现不到1次，极端高温全市多年平均出现都不到1次。

(3) 从近30年德阳市境内5个国家气象观测站降水量时间分布来看，年际变化波动较大，多雨年和少雨年交替出现，总体呈上升趋势，平均降水量季节分布从多到少依次为夏季、秋季、春季、冬季，其中夏季降水量增幅最大，冬季降水量有减少趋势；从近10年5个国家站和157个区域站降水量空间分布来看，平均降水量西北多、东南少，由山区、沿山区、坝区、丘区逐渐减少。

(4) 从近30年德阳市境内5个国家气象观测站暴雨站次数时间分布来看，整体呈上升趋势，共计出现暴雨站次444次，暴雨在春季、夏季、秋季均有发生，冬季无暴雨，暴雨主要集中在夏季，其次是秋季，再次是春季；从近10年5个国家站和157个区域站暴雨站次空间分布来看，与降水量空间分布相似，总体呈西北多、东南少的特征，各地暴雨站次数差异较大，高值中心在绵竹山区，低值中心在中江。

基金项目

2024年德阳市社会发展领域重点研发指导类项目“德阳市暴雨灾害天气个例库智能分析系统”(2024SZZ197)。

NOTES

^*通讯作者。