黃南雙偏振雷達(dá)降水估測產(chǎn)品的質(zhì)量評估

摘 要：選取2023年8月ROSE2.0黃南州雷達(dá)定量降水估測產(chǎn)品、用戶報警信息產(chǎn)品和經(jīng)質(zhì)量控制后的地面自動氣象觀測數(shù)據(jù)，通過雷達(dá)產(chǎn)品和實況降水的平均偏差比、歸一化平均絕對誤差和相關(guān)系數(shù)檢驗計算得出：在降水強(qiáng)度為10～20 mm和雨量站距離為25～50 km，黃南州雙偏雷達(dá)降水估測能力表現(xiàn)較好；OHP產(chǎn)品對短時強(qiáng)降水的發(fā)生具有指示意義；在8月3日過程中短時強(qiáng)降水報警產(chǎn)品漏報嚴(yán)重，需要進(jìn)一步完善算法，才能具有更好的預(yù)警提醒作用；由于黃南州境內(nèi)地形復(fù)雜，海拔相差大，因此雷達(dá)估測降水要消除地形的影響。

關(guān)鍵詞：OHP產(chǎn)品；誤差分析；地形；UAM產(chǎn)品

中圖分類號：P412.25 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）02–0-03

黃南州新一代天氣雷達(dá)于2021年8月20日建設(shè)完成，并于2021年9月15日開始試運(yùn)行，站號為Z9973，海拔為3 914 m，最大探測距離為400 km，有效探測距離200 km左右，仰角類型有0.5°、1.5°、2.4°、3.3°、4.3°、5.2°、6.2°、7.5°、8.7°、10.0°、12.0°、14.0°、16.7°、19.5°，工作模式分別為晴空模式、降水模式和強(qiáng)降水模式，每個時次可調(diào)取基本反射率因子（R）、徑向速度（V）、組合反射率（CR）、回波頂（TOPS）、垂直積分液態(tài)含水量（VIL）、冰雹指數(shù)（HI）、粒子分類（HCL）等36個常用產(chǎn)品。該雷達(dá)對黃南地區(qū)災(zāi)害性天氣的監(jiān)測起著至關(guān)重要的作用。新一代天氣雷達(dá)是國內(nèi)最先進(jìn)的天氣雷達(dá)，可以更立體地監(jiān)測云體的結(jié)構(gòu)特征，對短時強(qiáng)降水的預(yù)報預(yù)警具有較好的指示意義。每年6—9月黃南州災(zāi)害性天氣頻發(fā)，給人民生命財產(chǎn)安全造成嚴(yán)重威脅，為切實貫徹落實研究型業(yè)務(wù)發(fā)展理念，加強(qiáng)業(yè)務(wù)與科研深度融合，適應(yīng)氣象預(yù)報業(yè)務(wù)智能精準(zhǔn)、客觀定量的發(fā)展要求，分析黃南州新一代天氣雷達(dá)產(chǎn)品在黃南地區(qū)降水估計中出現(xiàn)誤差的原因[1-3]。

1 資料與方法

選取2023年8月ROSE 2.0黃南州雷達(dá)定量降水估測產(chǎn)品、用戶報警信息產(chǎn)品，以及同仁市、尖扎縣、澤庫縣和河南縣共96個經(jīng)質(zhì)量控制后的地面自動氣象觀測站觀測數(shù)據(jù)。為了獲得各自動站點(diǎn)上空雷達(dá)所測得的一小時累計降水量估測數(shù)據(jù)，將各自動站點(diǎn)的經(jīng)緯度轉(zhuǎn)換為以黃南州雷達(dá)站為中心的極坐標(biāo)形式，計算各雨量站點(diǎn)與雷達(dá)站點(diǎn)之間的水平距離和相對于黃南州雷達(dá)站點(diǎn)的方位角。

cosZi=sinφsinφi+cosφcosφi（1）

cos（λ-λi），sinθ=[cosφsin（λ-λi）]/[（1-cos2Zi）]（2）

Ri=ZiR0（3）

式（1）～（3）中，λ、ψ分別為黃南州雷達(dá)站的經(jīng)度、緯度；λi、ψi分別為第i個雨量站的經(jīng)度、緯度；R0為地球半徑（km）；Zi為第i個雨量站到黃南州雷達(dá)站的弧線所對應(yīng)的弧度；θi、Ri分別為第i個雨量站相對于黃南雷達(dá)站的方位角及與雷達(dá)站點(diǎn)之間的水平距離。

2 結(jié)果與分析

2.1 評分結(jié)果

對于不同距離的自動站觀測降水，強(qiáng)降水距離

分級為C波段0～25 km（＜25 km），25～50 km，50～100 km

（＞50 km）。對于雙偏振雷達(dá)產(chǎn)品OHP（169），0～25、25

～50、50～100 km，平均偏差比（MBR）分別為0.956、0.961、0.878，歸一化平均絕對誤差（NMAE）分別為0.109、0.093、

0.112，相關(guān)系數(shù)（CC）分別為0.613、0.781、0.011；黃南州雙偏振雷達(dá)降水估測能力為25～50 km綜合表現(xiàn)最好（表1）。

根據(jù)降水強(qiáng)弱，將雨量站實測1 h降水量分為3個等級，即10～20、20～50和50～100 mm，分別對應(yīng)不同強(qiáng)度的短時強(qiáng)降水。對于雙偏振雷達(dá)產(chǎn)品OHP（169），平均偏差比分別為0.921、0.974、0.968，歸一化平均絕對誤差分別為0.083、0.082、0.155，相關(guān)系數(shù)分別為0.901、0.918、0.769；在降水等級為20～50 mm，黃南州雙偏振雷達(dá)的相關(guān)性和平均偏差比是最優(yōu)的（圖1）。

2.2 2023年8月3日短時強(qiáng)降水個例分析

受高空槽、副高和地面偏東風(fēng)影響，8月3日15：00

～22：00黃南州地區(qū)出現(xiàn)一次混合型強(qiáng)對流天氣，黃南州大部分地區(qū)出現(xiàn)了短時強(qiáng)降水。其中，暴雨11個，大雨33個。降水中心位于尖扎馬克唐鎮(zhèn)勒見村90.2 mm。

最大小時雨強(qiáng)50.2 mm。8月9日16：00起上游黃南州蘭采鄉(xiāng)、扎毛鄉(xiāng)有塊狀層積混合降水回波發(fā)展，逐漸向東北方向移動，此時0.5°反射率強(qiáng)度達(dá)59 dBz，1.5°反射率強(qiáng)度達(dá)62 dBz；有多個強(qiáng)回波中心，17：00 OHP產(chǎn)品顯示同仁降水量在20～40 mm之間，對于短強(qiáng)的落區(qū)具有指示意義，量級來看，169號產(chǎn)品略偏小；20：00 OHP產(chǎn)品顯示降水量為21～38 mm，由于距離雷達(dá)站較近，與實況基本吻合；22：00 OHP產(chǎn)品顯示降水量在1～4 m之間，由于距離雷達(dá)站超過50 km，海拔相差1 800 m，導(dǎo)致OHP產(chǎn)品出現(xiàn)誤差（圖2）。

由表2可知，對于雙偏振雷達(dá)產(chǎn)品UAM，在小時降水量大于20 mm，50、50～100、100 km以外范圍進(jìn)行評估，8月3日個例UAM提前量為7 min，短時強(qiáng)降水報警產(chǎn)品命中率較高，50 km距離圈內(nèi)20 mm以上短時強(qiáng)降水過程命中2次，命中率評分分別為100%，CSI評分為100%。50～100 km距離圈內(nèi)20 mm以上短時強(qiáng)降水過程命中率為0。短時強(qiáng)降水報警產(chǎn)品出現(xiàn)漏報5次。

3 結(jié)論

選取黃南州雙偏振天氣雷達(dá)資料和自動站資料，對不同距離和不同降水強(qiáng)度下OHP的質(zhì)量進(jìn)行評估，結(jié)果如下：

（1）對2023年8月3日的降水個例分析表明：OHP與實測1 h累計降水的落區(qū)基本一致，距離雷達(dá)站較近的降水觀測站點(diǎn)與OHP基本吻合。OHP產(chǎn)品雖然有一定的誤差，但是仍對短時強(qiáng)降水的發(fā)生具有指示意義。

（2）整體表現(xiàn)上來看雙偏振OHP產(chǎn)品在25～50 km和20～50 mm，平均偏差比超過了0.96，相關(guān)系數(shù)大于0.78。

（3）因黃南州多普勒雷達(dá)特殊的建站位置和特殊的地形環(huán)境，需要進(jìn)一步消除或減少地物影響。

（4）UAM產(chǎn)品漏報率較高，需進(jìn)一步完善算法，從而才有更好的預(yù)警提醒作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 李晶，包云軒，蔣義芳，等.多普勒天氣雷達(dá)1h降水產(chǎn)品的質(zhì)量評估[J].氣象科學(xué)，2015，35（3）：340-345.

[2] 范江琳，青泉，馬力.基于不同海拔的雷達(dá)降水估測試驗[J].氣象科學(xué)，2014，34（1）：66-71.

[3] 劉治國，何香蓮，王錫穩(wěn)，等.蘭州新一代天氣雷達(dá)降水估計的誤差來源[J].甘肅氣象，2003（2）：4-6.