多普勒天氣雷達(dá)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制及流域降雨定量估算應(yīng)用研究

姜濤 許仕清 張龍斌 曹海維

摘 要：為了有效應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害問(wèn)題，進(jìn)行防洪減災(zāi)策略的應(yīng)用是必要的，多普勒天氣雷達(dá)具備良好的防洪減災(zāi)效益，通過(guò)對(duì)多普勒天氣雷達(dá)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制及流域降雨定量模式的應(yīng)用，滿足現(xiàn)階段氣象監(jiān)測(cè)工作的要求。該文就多普勒天氣雷達(dá)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制問(wèn)題展開(kāi)分析，旨在解決多普勒雷達(dá)晴空回波、數(shù)據(jù)短缺等問(wèn)題，進(jìn)行插補(bǔ)延長(zhǎng)技術(shù)的應(yīng)用，通過(guò)對(duì)GIS模式的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)子流域劃分，確保流域格網(wǎng)化。實(shí)踐證明，多普勒雷達(dá)具備良好的降雨監(jiān)測(cè)能力，實(shí)現(xiàn)流域降雨分布的有效展示。

關(guān)鍵詞：多普勒天氣雷達(dá)；防洪減災(zāi)；流域格網(wǎng)化；子流域劃分

一、關(guān)于多普勒雷達(dá)及流域信息的分析

（一）多普勒雷達(dá)

多普勒天氣雷達(dá)具備良好的降雨監(jiān)測(cè)效益，它是一種新型的降雨監(jiān)測(cè)工具。中小尺度系統(tǒng)的降雨，具備高強(qiáng)度性的特點(diǎn)，在極短時(shí)間內(nèi)，能夠造成巨大的洪澇災(zāi)害，為了有效應(yīng)對(duì)這類氣象問(wèn)題，需要進(jìn)行新型氣象觀測(cè)模式的應(yīng)用。受到客觀條件的影響，我國(guó)的常規(guī)氣象監(jiān)測(cè)網(wǎng)具備較低的工作效益，尤其是受到惡劣天氣環(huán)境的影響，氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)難以及時(shí)進(jìn)行惡劣天氣狀況的跟進(jìn)及預(yù)報(bào)。多普勒天氣雷達(dá)具備較高的空間分辨率，在短時(shí)間內(nèi)，能夠進(jìn)行惡劣天氣氣候的有效監(jiān)測(cè)及預(yù)報(bào)。

（二）流域降雨特征

為了進(jìn)行流域降雨特征的有效性分析，必須根據(jù)流域地形狀況，展開(kāi)流溪河流域范圍的確定，這里面的數(shù)字地形影響因素主要包括子流域便捷、流向。地面高程模型等因素，通過(guò)對(duì)專業(yè)性空間分析工具的應(yīng)用，進(jìn)行流溪河流域子流域的有效劃分。在工作過(guò)程中，需要進(jìn)行研究區(qū)域DEM數(shù)據(jù)的加載分析，做好洼地地形的填充工作，做好無(wú)洼地河流流向的計(jì)算工作，做好匯流累計(jì)流計(jì)算工作，做好匯流點(diǎn)的設(shè)計(jì)工作，滿足流域降雨特征的工作分析要求。

二、多普勒雷達(dá)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制模式及流域降雨定量估算模式的優(yōu)化

通過(guò)對(duì)多普勒雷達(dá)降雨回波探測(cè)數(shù)據(jù)的分析，得知其主要存在晴空回波、數(shù)據(jù)短缺等數(shù)據(jù)資料問(wèn)題，為了解決這些數(shù)據(jù)資料問(wèn)題，需要進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制模式的開(kāi)展。

（一）插補(bǔ)延長(zhǎng)方法的應(yīng)用

數(shù)據(jù)短缺問(wèn)題是常見(jiàn)的雷達(dá)監(jiān)測(cè)問(wèn)題，這種問(wèn)題的影響因素諸多，比如暴雨過(guò)程中的單獨(dú)單位數(shù)據(jù)丟失狀況。在數(shù)據(jù)短缺點(diǎn)的檢測(cè)過(guò)程中，需要做好數(shù)據(jù)短缺點(diǎn)的細(xì)節(jié)性檢測(cè)工作，這主要涉及到徑向短缺模塊及單點(diǎn)短缺模塊的檢測(cè)應(yīng)用，徑向短缺問(wèn)題是客觀存在的雷達(dá)監(jiān)測(cè)問(wèn)題，通過(guò)對(duì)沿軸向方向的應(yīng)用，可以有效提升徑向短缺數(shù)據(jù)的檢測(cè)效益，在檢測(cè)過(guò)程中，如果出現(xiàn)同一徑向方向短缺數(shù)據(jù)點(diǎn)信息的異常狀況，就說(shuō)明該徑向方向的數(shù)據(jù)點(diǎn)存在丟失狀況。

（二）數(shù)據(jù)短缺處理

為了有效解決數(shù)據(jù)短缺問(wèn)題，需要進(jìn)行單點(diǎn)短缺數(shù)據(jù)插補(bǔ)方法的應(yīng)用，提升徑向短缺數(shù)據(jù)插補(bǔ)方法的應(yīng)用效益。在單點(diǎn)短缺數(shù)據(jù)插補(bǔ)應(yīng)用過(guò)程中，其實(shí)現(xiàn)了對(duì)周圍有效點(diǎn)回波值求平均方法的應(yīng)用，徑向短缺數(shù)據(jù)插補(bǔ)方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)時(shí)間插補(bǔ)延長(zhǎng)模式及空間插補(bǔ)延長(zhǎng)模式的有效應(yīng)用。在空間插補(bǔ)延長(zhǎng)法的應(yīng)用過(guò)程中，其實(shí)現(xiàn)了對(duì)其他有效點(diǎn)數(shù)據(jù)的有效性填補(bǔ)，通過(guò)對(duì)線性插值方法的應(yīng)用，進(jìn)行數(shù)據(jù)丟失點(diǎn)值的數(shù)據(jù)計(jì)算。

在時(shí)間插補(bǔ)延長(zhǎng)法的應(yīng)用過(guò)程中，其實(shí)現(xiàn)同一單元不同時(shí)間段的有效點(diǎn)測(cè)值數(shù)據(jù)的插補(bǔ)延長(zhǎng)，在應(yīng)用過(guò)程中，其實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)丟失點(diǎn)的查找，通過(guò)對(duì)線性插值方法的利用，實(shí)現(xiàn)對(duì)有效點(diǎn)測(cè)值數(shù)據(jù)的有效插補(bǔ)，通過(guò)對(duì)空間插補(bǔ)延長(zhǎng)法的應(yīng)用，提升插補(bǔ)延長(zhǎng)計(jì)算的效益，通過(guò)對(duì)雷達(dá)回波值的利用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)空缺徑向的有效插值。

（三）異常點(diǎn)處理方案的應(yīng)用

通過(guò)對(duì)異常點(diǎn)處理方法的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)多普勒實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)信息的有效性分析，在這個(gè)過(guò)程中，其出現(xiàn)了一系列的回波值突變狀況，和其他八個(gè)回波值數(shù)據(jù)相比，差距過(guò)大，在這個(gè)過(guò)程中，也出現(xiàn)了非正常體掃波束情況。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制效益的提升，把不合理的測(cè)值稱之為孤立點(diǎn)，孤立點(diǎn)具備較為明顯的孤立特征，在雷達(dá)回波圖上難以用肉眼觀察。

在異常點(diǎn)檢測(cè)過(guò)程中，需要遵循相關(guān)的檢測(cè)順序，進(jìn)行網(wǎng)格內(nèi)有效回波的檢查，進(jìn)行其與有效降雨回波閥值的差異性比較，如果其數(shù)值大于后者數(shù)值，則將其判斷為異常點(diǎn)，通過(guò)對(duì)網(wǎng)格內(nèi)有效回波的檢查，進(jìn)行異常點(diǎn)狀況的判斷。

通過(guò)對(duì)二維中值濾波法的應(yīng)用，可以有效解決異常點(diǎn)回波問(wèn)題，這就需要做好雷達(dá)掃描徑向漫游工作，進(jìn)行模板范圍內(nèi)雷達(dá)坐標(biāo)點(diǎn)的雷達(dá)回波值讀取工作，進(jìn)行模板中心點(diǎn)回波值的判斷，進(jìn)行其與有效回波閥值的有效性對(duì)比，如果前者大于后者，就需要進(jìn)行中值濾波算法的應(yīng)用，滿足雷達(dá)回波處理工作的要求。

在異常波束的處理過(guò)程中，如果其與周圍回波聯(lián)系性差距較大，就可以將其判斷為徑向缺失回波狀況，通過(guò)對(duì)空間插補(bǔ)方法的應(yīng)用，可以有效解決徑向缺失回波問(wèn)題。為了有效解決晴空回波問(wèn)題，提升流域降雨定量估測(cè)效益，需要進(jìn)行格網(wǎng)點(diǎn)基礎(chǔ)回波處理方法的應(yīng)用，進(jìn)行基礎(chǔ)回波的確定，做好晴空回波的剔除工作。為了進(jìn)行基礎(chǔ)回波大小的確定，需要進(jìn)行地面雨量站降雨量及雷達(dá)回波關(guān)系的判斷，做好基礎(chǔ)回波值的確定工作，進(jìn)行基礎(chǔ)回波值對(duì)網(wǎng)格內(nèi)回波的檢測(cè)應(yīng)用，如果后者小于前者的數(shù)值，就可以將該點(diǎn)判斷為非降雨點(diǎn)，進(jìn)行該點(diǎn)有效回波值的計(jì)算，進(jìn)行奇異點(diǎn)的檢測(cè)判斷。

（四）流域降雨定量估算方案的應(yīng)用

為了提升流域降雨定量估算準(zhǔn)確性，需要進(jìn)行多普勒雷達(dá)測(cè)量降雨回波和地面單位降雨的有效性練習(xí)，進(jìn)行地面測(cè)雨單位與雷達(dá)空間關(guān)系的建立，通過(guò)對(duì)空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能的利用，進(jìn)行流域格網(wǎng)化，進(jìn)行流域降雨量的有效估算。在這個(gè)過(guò)程中，需要根據(jù)雷達(dá)的降雨回波率狀況，進(jìn)行地面雨量單元與雷達(dá)測(cè)雨單元的有效聯(lián)系，通過(guò)對(duì)降雨回波率的利用，進(jìn)行降雨率的估算。

三、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)多普勒天氣雷達(dá)的利用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)河流域的天氣狀況的有效監(jiān)視，滿足了流域降雨定量估算工作的實(shí)際要求。

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