CB雷达OHP产品与雨量计雨量对比分析

李成伟,张世昌,刘 名,毛 峰

(陕西省大气探测探测技术保障中心,西安 710014)

CB雷达OHP产品与雨量计雨量对比分析

李成伟,张世昌,刘 名,毛 峰

(陕西省大气探测探测技术保障中心,西安 710014)

利用2012年陕西6部新一代天气雷达的雷达产品生成子系统,回放雷达基数据获取雷达1h降水量产品,同时获取对应雨量站、对应时段的小时雨量,形成雷达小时雨量-雨量站小时雨量数据对,采用统计学方法进行对比分析,结果表明：雨量站小时雨量为(0.7,10]mm时,雷达面雨量大于地面雨量站雨量；雨量站小时雨量在(10,20]、(20,30]mm两个区间内时,全省各个雷达站雷达面雨量均小于地面雨量站,而且误差明显。

CB雷达；OHP产品；雨量；相对误差

降水量估计是新一代天气雷达重要功能之一。降水估计的基本原理是利用反射率因子和降水率之间的幂指数正相关经验关系,计算降水率,再通过对时间的累加得到一段时间内的累积降水量。目前新一代天气雷达的降水处理算法中的计算参数均沿用厂家的默认设置,未引入自动雨量站降水量对雷达估测降水数据进行订正,也未根据不同的天气形势进行z-i关系订正,且目前雷达产品生成子系统(简称“RPG”,下同)仅提供十六阶梯化的雷达降水图形产品,缺乏详细的降水数据,造成雷达1h降水量 (简称“OHP”,下同)产品无法数值化进入数值预报系统。本文通过将CB型天气雷达OHP产品在地面雨量站地理坐标上的降水估计值 (简称 “雷达面雨量”,下同)与地面雨量站1h降雨量进行对比,分析各个雨量站对应地理坐标的雷达面雨量和雨量站降雨量之间的关系,在天气雷达估测降水产品的定量化应用方面进行探索。

1 数据选择

选取2012年陕西省6个雷达站共16个降水时段数据(表1)。雷达降水产品为通过RPG软件回放各雷达站基数据的方式获取的对应时间段内的OHP产品。地面雨量站选取雷达扫描覆盖范围内的地面自动雨量站。降雨量数据来源于陕西省气象信息中心。

表1 2012年参加对比的6个雷达站的时间区间(时间格式为月日时)

2 数据处理

通过以下过程获取同一时间的雷达面雨量和地面雨量站雨量数据对。

(1)获取雷达站雷达扫描范围内的地面雨量站的站点信息,并将站点的经、纬度坐标映射到雷达扫描的极坐标系中,获取地面雨量站在雷达极坐标中的坐标数据 (径向距离和方位)。

(2)读取地面雨量站极坐标点的雷达面雨量数据,将该极坐标点的雷达面雨量数据及其周围8个雷达面雨量数据 (共9个面雨量数据)的平均值作为该坐标点的雷达面雨量数值,其中每个雷达面雨量数据均取其对应色标的最大值。

(3)连续读取所选取的时间区间内(表1)的OHP产品,获取按照时间排列的雷达面雨量序列。

(4)从信息中心数据库读取地面自动雨量站的雨量数据。

3 对比指标的计算方法

雷达OHP产品与地面雨量站雨量对比采用统计学方法[1],通过计算地面雨量站雨量样本序列和雷达面雨量样本序列的统计特征量,对比两者的量值和变化趋势。

假设地面雨量站雨量样本为p,雷达面雨量样本为q。对比研究采用的特征量有均值、相对误差和平均相对误差。为避免微弱降水的不确定性,只计算雨量站雨量大于0.7mm[1]的样本(有效数据)。

均值分别为地面雨量站所有雨量样本的算数平均值P和雷达所有雨量样本的算数平均值Q。

相对误差是指雷达面雨量与地面雨量站雨量的偏差和地面雨量站雨量的比值,公式为

为避免在计算平均相对误差过程中正负偏差抵消,无法反映降水估测方法的真实效果,在计算平均偏差时,使用平均绝对偏差,则平均相对误差的计算公式为

当Re≥1时,取Re=1。

4 结果分析

此次对比共获取雷达面雨量数据和地面雨量站数据397556对,其中有效数据7771对,仅占处理总数据量的19.55%,全省各雷达站雷达面雨量均值和地面雨量站小时雨量均值的平均相对误差为54.53%,说明误差明显(表2)。

为了分析雷达面雨量数据与地面雨量站1h降水量的关系,以地面雨量站1h降水量(0.7, 10]、(10,20]、(20,30]mm为区间进行雨量分级,并分别计算3个区间内各雷达站的平均雷达面雨量与对应地面站的平均小时雨量的相对误差(简称相对误差,下同)。由表3可看出, (0.7,10]mm量级范围内的有效数据为7086对,占总有效数据量的91.19%；其它两个范围内的有效数据对明显偏少。对应(0.7,10]、(10,20]、(20,30]mm量级的全省地面雨量站平均小时雨量分别为2.46、13.21、22.77mm,雷达平均面雨量分别为3.61、5.09、6.62mm,相对误差分别为46.78%、-61.46%、-70.91%。

表2 陕西各雷达站雷达面雨量数据和地面雨量站1h降水量数据及其误差

在全省范围内,雨量站小时雨量为(0.7, 10]mm时,相对误差为正值,即雷达面雨量大于地面雨量站雨量；雨量站小时雨量在 (10, 20]、(20,30]mm两个区间内时,相对误差均为负值,即雷达面雨量小于地面雨量站。

各雷达站在不同雨强区间内的相对误差也不相同,在雨量站小时雨量(0.7,10]mm区间内,宝鸡、安康雷达相对误差的绝对值较小,均在10%以下,汉中次之,雷达雷达OHP产品在业务中可以参照使用；榆林和延安的相对误差均大于100%。在(10,20]mm、(20,30]mm两个雨量区间内,榆林雷达站相对误差的绝对值较小,西安雷达站次之,其余站相对误差均≤-50%,雷达OHP产品可信度大幅降低。

5 结语

通过分析初步了解了雷达雨量估测产品的准确度,为其定量化应用提供指导,但由于样本太少,结论有一定的局限性。后期可考虑季节、降水类型、地形等条件进一步开展检验,增加对比的数据量,为预报和服务人员提供更加科学、准确的雷达降水产品应用检验依据。

表3 陕西各雷达站在不同雨强量级区间内平均雨量的相对误差

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P426.6

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李成伟,张世昌,刘名,等.CB雷达OHP产品与雨量计雨量对比分析[J].陕西气象,2015(4)：39-41.

1006-4354(2015)04-0039-03

2014-07-16

李成伟(1981—),男,汉族,山西沂州人,高工,硕士,主要从事气象装备运行保障。

陕西省气象局科技创新基金计划项目(2015M-51)