CB雷達OHP產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保障中心,西安 710014)

CB雷達OHP產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品生成子系統,回放雷達基數據獲取雷達1h降水量產品,同時獲取對應雨量站、對應時段的小時雨量,形成雷達小時雨量-雨量站小時雨量數據對,采用統計學方法進行對比分析,結果表明：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兩個區間內時,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正相關經驗關系,計算降水率,再通過對時間的累加得到一段時間內的累積降水量。目前新一代天氣雷達的降水處理算法中的計算參數均沿用廠家的默認設置,未引入自動雨量站降水量對雷達估測降水數據進行訂正,也未根據不同的天氣形勢進行z-i關系訂正,且目前雷達產品生成子系統(簡稱“RPG”,下同)僅提供十六階梯化的雷達降水圖形產品,缺乏詳細的降水數據,造成雷達1h降水量 (簡稱“OHP”,下同)產品無法數值化進入數值預報系統。本文通過將CB型天氣雷達OHP產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地理坐標的雷達面雨量和雨量站降雨量之間的關系,在天氣雷達估測降水產品的定量化應用方面進行探索。

1 數據選擇

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

表1 2012年參加對比的6個雷達站的時間區間(時間格式為月日時)

2 數據處理

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據對。

(1)獲取雷達站雷達掃描范圍內的地面雨量站的站點信息,并將站點的經、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據 (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據,將該極坐標點的雷達面雨量數據及其周圍8個雷達面雨量數據 (共9個面雨量數據)的平均值作為該坐標點的雷達面雨量數值,其中每個雷達面雨量數據均取其對應色標的最大值。

(3)連續讀取所選取的時間區間內(表1)的OHP產品,獲取按照時間排列的雷達面雨量序列。

(4)從信息中心數據庫讀取地面自動雨量站的雨量數據。

3 對比指標的計算方法

雷達OHP產品與地面雨量站雨量對比采用統計學方法[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計特征量,對比兩者的量值和變化趨勢。

假設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(有效數據)。

均值分別為地面雨量站所有雨量樣本的算數平均值P和雷達所有雨量樣本的算數平均值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 結果分析

此次對比共獲取雷達面雨量數據和地面雨量站數據397556對,其中有效數據7771對,僅占處理總數據量的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據與地面雨量站1h降水量的關系,以地面雨量站1h降水量(0.7, 10]、(10,20]、(20,30]mm為區間進行雨量分級,并分別計算3個區間內各雷達站的平均雷達面雨量與對應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量級范圍內的有效數據為7086對,占總有效數據量的91.19%；其它兩個范圍內的有效數據對明顯偏少。對應(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據和地面雨量站1h降水量數據及其誤差

在全省范圍內,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兩個區間內時,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間內的相對誤差也不相同,在雨量站小時雨量(0.7,10]mm區間內,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產品在業務中可以參照使用；榆林和延安的相對誤差均大于100%。在(10,20]mm、(20,30]mm兩個雨量區間內,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產品可信度大幅降低。

5 結語

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

表3 陜西各雷達站在不同雨強量級區間內平均雨量的相對誤差

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P426.6

：B

李成偉,張世昌,劉名,等.CB雷達OHP產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新基金計劃項目(2015M-51)