雷达在水文预报应用中的研究进展

张 宇

(吉林省水文水资源局延边分局，吉林 延吉 133000)

雷达在水文预报应用中的研究进展

张 宇

(吉林省水文水资源局延边分局，吉林 延吉 133000)

吉林省在进行水文情况预测时，会应用雷达技术，雷达可以对雨区进行跟踪，了解暴雨走向及降雨量的变化。在分析雷达水文预报系统的基础上，对国内雷达预测技术的研究现状进行了论述，对未来雷达测雨的前景和发展方向进行了预测。

雷达；水文预报；应用；研究进展

在进行水文预报的时候，需要获得准确的水文观测资料，这样才能对降雨时空分布、下垫面特征及人类活动等有准确的掌握。在水文观测资料中，降水数据至关重要，降水数据发生变化就会对径流总量、洪峰流量及洪峰出现的时间产生影响，降水分布不均匀也会影响水文模型，因此，应注重水文预报准确性的提升，从而更精准地预测降雨。目前，预测降雨的工具主要是雨量计，但是由于其具有空间局限性，不适合大范围的降雨预测，也不能将降雨的空间分布反映出来，因此，雨量计的测量结果会产生一定的误差，与真实的水文模型之间的差异性也比较大。随着遥感技术的出现，许多水文工作都将雷达技术和水文预报工作相结合，大大提升了水文预报的准确性。

1 雷达在水文预报中的应用

雷达作为一种主动式的遥感设备，其在测试中具有分辨率高、测试准确的特点，能够获得较大面积的降水信息，因此，将雷达应用于灾害性天气、短时天气及降水天气等预报具有较强的优势。雷达可对降水、警戒灾害、降水能力等进行评估，短时间内获得大范围的降水信息。吉林省内分布着松花江、辽河、鸭绿江等河流，降水量十分丰沛，因此需要做好水文预报、水库储水及江河流域的短时预报，雷达在这个过程中就发挥了十分重要的作用。

1.1 雷达进行水文预报的原理

雷达工作时会通过天气发出电磁波，当电磁波碰到降水或一些云目标时，一部分的电磁波就会发生反射，雷达接收到这些反射的电磁波时，就会对信号波的轻度进行处理，再确定降水和云存在的位置，做出水文预报。雷达能够计算电磁波发射时间和脉冲接受信号之间的时间差，根据电磁波传输的速度计算云雨区和雷达之间的距离。雷达还可以通过转动来获得雷达和目标物之间的方位角和仰角，确定目标物的空间位置，因此雷达除了能对降水和灾害天气进行预测外，还能对降水情况进行定量测试。

1.2 雷达水文测试中反射因子和降水强度之间的关系

雷达气象方程能够计算目标物对电磁波的散射能力，通过回波的强度对降水区的物理情况进行判断，如下所示：

在公式中，雷达反射因子Z是根据平均接收功率计算出来的。由于降水粒子并不是均匀分布的，因此可以将Z用以下公式表示：

Z=ARb

该公式中，A和b都是由滴谱资料获得的常数，确定降水区的反射因子，就能准确计算降水强度。在具体应用过程中，由于吉林省不同季节的降水类型并不一样，因此不能根据一次的滴谱数据对其他时期的降水情况进行预测，还需要根据具体情况来确定Z-R的关系。

2 雷达在水文预报中的应用现状

利用雷达进行水文预报的研究最早始于20世纪40年代，但是具体应用则是从20世纪90年代开始的，随着计算机技术和信息技术的发展，雷达处理接收降水回波的效率大大提升，雷达测雨技术也为降水时空分布提供了新的信息来源。目前，美国、英国及日本已将雷达测量水文应用到实践中，我国近年来也加紧了雷达气象事业的发展，开发出了相应的产品。

在水文预报过程中，降水量是十分重要的变量，水文测试需要获得一个面上的降水情况，而雨量计只能测试单点的降水情况，而且在测试区域会出现强降水的情况，这样雨量计测量的结果就不具有普遍性。雷达反演降水技术的不断发展，为面雨量的测试指明了新的研究方向，目前国内外利用雨量计测量数据估计降水主要应用的是平均校准法(系数法)、最优Z-R法，最优插值校准法等。这些方法的预测效果十分显著，但在具体的变分计算过程中，对雨量站分析方案和变分参数的调整要求较高，对雨量站的密度也有较高的要求，因此实际应用效果受到限制。目前，如何将雷达探测信息和雨量计实测信息结合起来，成为各国主要的研究方向。

2.1 国外研究现状

外国利用雷达技术对水文情况进行预报的研究已经经历了多年，美国和英国建立了雷达和雨量计联合估计降水模型。大量的模型模拟表明，雷达和雨量计联合估计降水模型对降水类型的依赖性过大，对大范围内的降水改进并不明显，只有对流性的降水预测比较准确。而降水空间分布情况对雷达预测准确性有主要影响，如果能对降水空间分布变化进行更加准确的描述，改变水文预报模型，就能大大提升水文预报的准确性。国外在降水时空分布对径流影响这方面进行了较为广泛的研究。Pessoa等对5场暴雨进行研究，用5min、10min和30min的雷达测得降雨累计。结果表明，水文研究对时间的分辨率是比较敏感的。Giannoni等人在研究中发现，在观测降水洪峰流量的过程中，1h的流量观测值和实测值相差不大，而3h的流量观测值和实测值之间则有一定的差异，实测值比观测值少25%。Wilson等人在研究中发现，降水空间变化和水文过程线之间存在着一定关系，空间降雨模式出现差错，就会对水文预报过程产生明显的影响，洪峰流量和洪峰出现的时间也有误差，而局部对流性降雨预报准确性的影响更大。Pessoa等在研究中用不同分辨率的雷达对降水情况进行了实验，结果发现不同分辨率的预测结果是不一致的。Borga研究了雷达水文预报误差和径流模拟，结果表明，不同雷达误差对径流模拟的印象不同。Collischonn等人利用定量进行降水预报，提升了预报精度。目前，美国、英国对雷达水文预报的研究已经向全面化的方向转变，基于雷达测试的水文和数值预报模式COST717计划也已经完成，未来雷达预报水文的准确性将大大增加。

2.2 国内研究现状

相比发达国家，我国雷达在水文建设中的应用较晚，20世纪50年代，中国气象科学研究院才引进了英国的X波段、DECCA雷达。近年来，我国雷达测雨的研究取得了重要进展。2001年，任立良和刘新仁利用雷达对淮河流域进行流量测量，取得了较好的成果。刘晓阳等人在研究中发现，雷达测雨比雨量计的模拟方法更具优势。许继军等人在研究中发现，降雨信息的缺失是导致水文预报不准确的根本原因，因为吉林省有许多山区，雨量站比较稀疏，测量的结果就更加不准确。在探究过程中，只选择小流域进行研究，因此，要提升雷达水文预报的准确性，就要使降雨空间分布和分布式水文模型相吻合。高波等人在研究中指出，可以将天气雷达、气象卫星及水情自动遥测信息与常规的水文信息结合起来，进行洪水预报和蓄水时间的选择。

3 结语

目前，我国利用雷达进行水文预报的研究和国外相比差距较大，主要还集中于长江流域和淮河流域的研究，对吉林省松花江的水文预报研究比较少，未来，吉林省要加强相关研究。随着我国新一代雷达网的建成，雷达进行水文测试的准确性将会提升，为吉林省的生产带来便利。

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[2] 张利平，赵志朋，胡志芳，等.雷达测雨及其在水文水资源中的应用研究进展[J].暴雨灾害，2008，27(4)：128-129.

[3] 魏林宏，郝振纯，邱绍伟.雷达测雨在水文学中的应用——影响预报精度的因素分析[J].水利水电技术，2004，35(5)：87-88.

Research progress of radar in hydrological forecasting

ZHANG Yu

(Yanbian Branch of Hydrology and Water Resources Bureau of Jilin Province, Yanji 133000, China)

In the process of hydrological forecasting, radar technology will be used in Jilin. The radar can track rain areas and get the changes of rainfall direction and rainfall. Based on the analysis of radar hydrological forecasting system, the research status of the domestic radar forecasting technology is discussed, and the prospect and development direction of the future radar rainfall forecasting are forecasted.

Radar; Hydrological forecasting; Application; Research progress

2016-09-15

张宇(1986-)，男，助理工程师，学士。

P406

B

1674-8646(2016)24-0016-02