CB雷達OHP產(chǎn)品與雨量計雨量對比分析

李成偉,張世昌,劉 名,毛 峰

(陜西省大氣探測探測技術(shù)保障中心,西安 710014)

CB雷達OHP產(chǎn)品與雨量計雨量對比分析

李成偉,張世昌,劉 名,毛 峰

(陜西省大氣探測探測技術(shù)保障中心,西安 710014)

利用2012年陜西6部新一代天氣雷達的雷達產(chǎn)品生成子系統(tǒng),回放雷達基數(shù)據(jù)獲取雷達1h降水量產(chǎn)品,同時獲取對應(yīng)雨量站、對應(yīng)時段的小時雨量,形成雷達小時雨量-雨量站小時雨量數(shù)據(jù)對,采用統(tǒng)計學(xué)方法進行對比分析,結(jié)果表明：雨量站小時雨量為(0.7,10]mm時,雷達面雨量大于地面雨量站雨量；雨量站小時雨量在(10,20]、(20,30]mm兩個區(qū)間內(nèi)時,全省各個雷達站雷達面雨量均小于地面雨量站,而且誤差明顯。

CB雷達；OHP產(chǎn)品；雨量；相對誤差

降水量估計是新一代天氣雷達重要功能之一。降水估計的基本原理是利用反射率因子和降水率之間的冪指數(shù)正相關(guān)經(jīng)驗關(guān)系,計算降水率,再通過對時間的累加得到一段時間內(nèi)的累積降水量。目前新一代天氣雷達的降水處理算法中的計算參數(shù)均沿用廠家的默認設(shè)置,未引入自動雨量站降水量對雷達估測降水數(shù)據(jù)進行訂正,也未根據(jù)不同的天氣形勢進行z-i關(guān)系訂正,且目前雷達產(chǎn)品生成子系統(tǒng)(簡稱“RPG”,下同)僅提供十六階梯化的雷達降水圖形產(chǎn)品,缺乏詳細的降水數(shù)據(jù),造成雷達1h降水量 (簡稱“OHP”,下同)產(chǎn)品無法數(shù)值化進入數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)。本文通過將CB型天氣雷達OHP產(chǎn)品在地面雨量站地理坐標上的降水估計值 (簡稱 “雷達面雨量”,下同)與地面雨量站1h降雨量進行對比,分析各個雨量站對應(yīng)地理坐標的雷達面雨量和雨量站降雨量之間的關(guān)系,在天氣雷達估測降水產(chǎn)品的定量化應(yīng)用方面進行探索。

1 數(shù)據(jù)選擇

選取2012年陜西省6個雷達站共16個降水時段數(shù)據(jù)(表1)。雷達降水產(chǎn)品為通過RPG軟件回放各雷達站基數(shù)據(jù)的方式獲取的對應(yīng)時間段內(nèi)的OHP產(chǎn)品。地面雨量站選取雷達掃描覆蓋范圍內(nèi)的地面自動雨量站。降雨量數(shù)據(jù)來源于陜西省氣象信息中心。

表1 2012年參加對比的6個雷達站的時間區(qū)間(時間格式為月日時)

2 數(shù)據(jù)處理

通過以下過程獲取同一時間的雷達面雨量和地面雨量站雨量數(shù)據(jù)對。

(1)獲取雷達站雷達掃描范圍內(nèi)的地面雨量站的站點信息,并將站點的經(jīng)、緯度坐標映射到雷達掃描的極坐標系中,獲取地面雨量站在雷達極坐標中的坐標數(shù)據(jù) (徑向距離和方位)。

(2)讀取地面雨量站極坐標點的雷達面雨量數(shù)據(jù),將該極坐標點的雷達面雨量數(shù)據(jù)及其周圍8個雷達面雨量數(shù)據(jù) (共9個面雨量數(shù)據(jù))的平均值作為該坐標點的雷達面雨量數(shù)值,其中每個雷達面雨量數(shù)據(jù)均取其對應(yīng)色標的最大值。

(3)連續(xù)讀取所選取的時間區(qū)間內(nèi)(表1)的OHP產(chǎn)品,獲取按照時間排列的雷達面雨量序列。

(4)從信息中心數(shù)據(jù)庫讀取地面自動雨量站的雨量數(shù)據(jù)。

3 對比指標的計算方法

雷達OHP產(chǎn)品與地面雨量站雨量對比采用統(tǒng)計學(xué)方法[1],通過計算地面雨量站雨量樣本序列和雷達面雨量樣本序列的統(tǒng)計特征量,對比兩者的量值和變化趨勢。

假設(shè)地面雨量站雨量樣本為p,雷達面雨量樣本為q。對比研究采用的特征量有均值、相對誤差和平均相對誤差。為避免微弱降水的不確定性,只計算雨量站雨量大于0.7mm[1]的樣本(有效數(shù)據(jù))。

均值分別為地面雨量站所有雨量樣本的算數(shù)平均值P和雷達所有雨量樣本的算數(shù)平均值Q。

相對誤差是指雷達面雨量與地面雨量站雨量的偏差和地面雨量站雨量的比值,公式為

為避免在計算平均相對誤差過程中正負偏差抵消,無法反映降水估測方法的真實效果,在計算平均偏差時,使用平均絕對偏差,則平均相對誤差的計算公式為

當Re≥1時,取Re=1。

4 結(jié)果分析

此次對比共獲取雷達面雨量數(shù)據(jù)和地面雨量站數(shù)據(jù)397556對,其中有效數(shù)據(jù)7771對,僅占處理總數(shù)據(jù)量的19.55%,全省各雷達站雷達面雨量均值和地面雨量站小時雨量均值的平均相對誤差為54.53%,說明誤差明顯(表2)。

為了分析雷達面雨量數(shù)據(jù)與地面雨量站1h降水量的關(guān)系,以地面雨量站1h降水量(0.7, 10]、(10,20]、(20,30]mm為區(qū)間進行雨量分級,并分別計算3個區(qū)間內(nèi)各雷達站的平均雷達面雨量與對應(yīng)地面站的平均小時雨量的相對誤差(簡稱相對誤差,下同)。由表3可看出, (0.7,10]mm量級范圍內(nèi)的有效數(shù)據(jù)為7086對,占總有效數(shù)據(jù)量的91.19%；其它兩個范圍內(nèi)的有效數(shù)據(jù)對明顯偏少。對應(yīng)(0.7,10]、(10,20]、(20,30]mm量級的全省地面雨量站平均小時雨量分別為2.46、13.21、22.77mm,雷達平均面雨量分別為3.61、5.09、6.62mm,相對誤差分別為46.78%、-61.46%、-70.91%。

表2 陜西各雷達站雷達面雨量數(shù)據(jù)和地面雨量站1h降水量數(shù)據(jù)及其誤差

在全省范圍內(nèi),雨量站小時雨量為(0.7, 10]mm時,相對誤差為正值,即雷達面雨量大于地面雨量站雨量；雨量站小時雨量在 (10, 20]、(20,30]mm兩個區(qū)間內(nèi)時,相對誤差均為負值,即雷達面雨量小于地面雨量站。

各雷達站在不同雨強區(qū)間內(nèi)的相對誤差也不相同,在雨量站小時雨量(0.7,10]mm區(qū)間內(nèi),寶雞、安康雷達相對誤差的絕對值較小,均在10%以下,漢中次之,雷達雷達OHP產(chǎn)品在業(yè)務(wù)中可以參照使用；榆林和延安的相對誤差均大于100%。在(10,20]mm、(20,30]mm兩個雨量區(qū)間內(nèi),榆林雷達站相對誤差的絕對值較小,西安雷達站次之,其余站相對誤差均≤-50%,雷達OHP產(chǎn)品可信度大幅降低。

5 結(jié)語

通過分析初步了解了雷達雨量估測產(chǎn)品的準確度,為其定量化應(yīng)用提供指導(dǎo),但由于樣本太少,結(jié)論有一定的局限性。后期可考慮季節(jié)、降水類型、地形等條件進一步開展檢驗,增加對比的數(shù)據(jù)量,為預(yù)報和服務(wù)人員提供更加科學(xué)、準確的雷達降水產(chǎn)品應(yīng)用檢驗依據(jù)。

表3 陜西各雷達站在不同雨強量級區(qū)間內(nèi)平均雨量的相對誤差

[1] 李柏.天氣雷達及其應(yīng)用[M].北京：氣象出版社,2011：187-190.

[2] 俞小鼎,姚秀萍,熊延南,等.多普勒天氣雷達原理與業(yè)務(wù)應(yīng)用 [M].北京：氣象出版社, 2006：4-16.

[3] 白先達,王艷蘭,孫瑩.雷達定量測量降水[J].氣象科技,2011,39(1)：62-65.

[4] 高曉榮,梁建茵,李春暉.雷達定量降水估計技術(shù)及效果評估[J].熱帶氣象學(xué)報,2012,28 (1)：77-88.

P426.6

：B

李成偉,張世昌,劉名,等.CB雷達OHP產(chǎn)品與雨量計雨量對比分析[J].陜西氣象,2015(4)：39-41.

1006-4354(2015)04-0039-03

2014-07-16

李成偉(1981—),男,漢族,山西沂州人,高工,碩士,主要從事氣象裝備運行保障。

陜西省氣象局科技創(chuàng)新基金計劃項目(2015M-51)