观测站点预报雨量的两种方法分析

林 伟（河南省驻马店水文水资源勘测局，河南驻马店463000）

观测站点预报雨量的两种方法分析

林 伟（河南省驻马店水文水资源勘测局，河南驻马店463000）

雨量预报工作的重要性不仅体现在人们的生活和工作中，在农业方面和军事方面也同等重要，所以对雨量预报的质量要求越来越高。本文首先对雨量预报做了简单概述，然后对观测站点预报雨量的两种方法，即距离权重法以及插值法进行对比和分析，为从事气象部门工作人员提供参考。

雨量预报；插值法；距离权重法；对比分析

1 概述

1.1 雨量预报

雨量预报对人们的日常出行、生活和工作起着重要的影响，尤其是对农业生产更加重要。雨量依据规定有明确的划分，在24h以内的总降雨量不同，具体划分为：微雨，总降雨量不超过0.1mm；小雨的总降雨量在0.1～10mm之间；中雨的总降雨量为10～25mm之间；大雨总降雨为25～50mm之间；暴雨总降水量超过50mm；特大暴雨的总降水量在200mm以上；阵雨不是由降水量来决定，而是依据降雨性质来决定，具有间断性，时间短，变化强度剧烈。

目前，我国多地区气象研究中心不断的对预报雨量方法进行，其中6h预报方法为每天晚上20点进行预报，从21点到次日21点12个小时分为4个时段，并在有些位置进行预报雨量。这些位置都是在53×47的等距离网格点上，东经120°、北纬32°附近。气象部分通过设置91个雨量观测站点对不同时段进行测量实际雨量，由于会受到多种因素的影响和限制，设置的这些站点是不均匀的。因此，气象部门通过两种方法对45d的雨量情况进行数据统计以及进行预报数据，以建立一种科学合理的数据模型。

1.2 解决方法概述

气象部门首先利用两种不同方法对每天4个时段共计45d的等距离网格点上的预报雨量，同时也对91个观测点每天相对应的实际雨量，然后对观测站点每天不同时段的雨量进行预测，最后对各个观测站点的预报雨量与实测雨量进行对比和分析，并建立评价两种预报方法的相关数据模型。评判标准可以为各个观测站点的预报雨量和实际测量雨量之差的绝对值之和。总的来说，数据模型的建立应该充分考虑有以下几个方面：①相邻地域应该有相似的气象特征，并具有相关性。这是因为，地理因素在一定范围内对气象的影响非常小，可以忽略不计，但是各个观测站点的降雨量分布应该是相互独立的。②如果地域之间距离较远时，受到环境因素和地形因素的影响造成不同区域的降雨量很难是一样的，可以不对这种情况进行考虑，因此，不同区域的降雨量不同与距离有直接关系。

2 距离权重法

2.1 观测站点临近区域的确定

距离权重法在实际的应用中，首先要对观测位置的邻近范围进行确定。大量研究表明，为了更好使不同位置的预报雨量结果更加精准，应该以测量点为中心形成圆形范围作为搜索范围，网格点的个数应该在2个以上。另外要注意，每个圆形的覆盖范围应尽可能的避免重叠。下面相关数据是搜索半径为0.5度的圆形搜索范围，对每个测量位置的相邻范围内的网格点数量进行统计，本文只列出一部分，如表1。

通过搜索结果我们可以看到，各个区域没有出现重叠情况，含有的网络点都在2个以上，而且搜索半径的确定也是合理的。

表1 观测站点邻近区域内的网格点

2.2 权重的确定

假设观测站点所在位置用A（x，y）来表示，各个网格点的位置分别用P（x1，y1），P（x2，y2）…P（xn，yn）来表示，依据两点间距离公式，可以得网格点位置P（xi，yi）到A的距离。假设第i个点P（xi，yi）的降雨量对于A（x，y）点降雨量的影响因子，也就是权重为：

其中公式中的ri（i=1，2，…n）不能为零，也就意味着观测站点与n个网格点都不会出现重合现象。现在我们假设恰好与第i个网格点重合，也就是当ri为0的情况下，这时可以把第i个网格点P（xi，yi）的预报雨量作为观测站点的预报雨量，这个情况下通过公式进行计算的权重也是非常合理的。

2.3 观测站点预报雨量确定

在上述计算公式的基础上，利用加权平均法可以得出观测站点A的每天某一时段的预报雨量为：

w=cjwi

在这个公式中，wi代表各个邻近网格点的预报雨量。

3 插值法

Mat1ab（矩阵实验室）是一种数学软件，主要进行数据可视化、数值计算以及数据分析的高级计算语言和计算环境，它不仅可以进行矩阵运算、绘制数据模型、函数模型等，还可以用来创建用户界面以及调用C语言或者其他语言的编写程序。Mat1ab提供很多的插值技术，使用插值法过程中，已知数据包括网格点的经度、纬度以及预报雨量，插值点为91个观测站点，由于插值点不均匀，可以采用函数公式：

Z=griddata（x，y，z，X1，Y1，method）进行插值计算，以确定观测站点的预报雨量。也就是利用二元函数Z=f（x，y）的曲面空间数据点，曲面会经过这些数据点（x，y，z），griddata将返回曲面Z在点（X1，Y1）位置的插值。method代表插值方法，可以选择三种不同的插值方法进行二维插值，即1inear，这种方法是基于三角形的线性插值；nearest，这种方法是邻近插值法；cubic，这种方法是基于三角形的三次插值等。

4 评价结果的比较

4.1 评价结果

通过上述计算机程序以及相关运算，可以得出观测站点的预报雨量，然后对各个观测站点每天不同时段的预报雨量与实际测量雨量的绝对值进行计算，将绝对值的和作为评价标准。评价结果见表2所示。

表2 两种雨量预报方法的评价结果

通过数据对比，方法一中的数值偏小，也就是说，各个观测站点的预报雨量与实际测量雨量的绝对值之和越小，意味着相应的预报方法越准确。因此，不论选择插值法还是距离权重法对观测站点进行预报雨量，评价的结果显示方法一的雨量预报方法可以达到更好的效果。

4.2 两种方法比较

通过对各种方法的比较，选择距离权重法和1inear插值法计算的结果相对来说比较接近，但是与cubic和nearest插值法进行比较，没有后两种方法的预报雨量精准；选择Mat1ab软件在执行的过程中，对1inear、cubic以及nearest三种插值法进行耗时剖析命令，其对应的griddata语句耗时情况分别为86.125s、91.495s、85.564s，占整个程序运行时间的90%。如果选择距离权重法，其程序运行时间为8.22s，还不到插值法的10%，同时需要的内存也非常小。因此，距离权重法具有精度高、占用内存小、运算简单快捷等优点被广泛应用，尤其是在大容量数据运算的应用中，其优点更加明显。

5 深层方法进一步研究

相关专家对以上两种方法进行深入的研究，提出了一种动态权重系数法。这种方法是将以上两种预报方法进一步集成，形成综合预报，也就是说权重系数会随着时间或者空间的变化进行自动调整。首先要对最近30d预报的正确次数和错误次数进行统计，并计算出各个预报方法的动态预报准确率，然后利用公式计算出权重系数。这种方法可以很好的将各种预报方法的优点进行综合，其预报的可靠性与单个一种方法的可靠性相比，具有明显的优势。

6 总结

通过以上各个方面的介绍我们了解到，雨量预报工作对各行各业都非常重要，对预报雨量方法进行研究也是非常有必要的。通过对距离权重法和插值法进行对比和分析，使我们认识到，在实际的应用中，应该对不同情况进行全面的考虑和分析，选择合适的预报雨量方法。相关专家应该对观测站点的预报雨量方法进行不断的学习和研究，使预报结果更加精准，以提高预报质量。

[1]张文生.浅析细网络推算流域面雨量方法应用[J].科学出版社，2012（09）.

[2]田萌萌.基于Mat1ab的数学实验[J].江西气象科技，2012（08）.

[3]周春梦.三峡库区流域面雨量预报模糊检验[J].科学出版社，2013（12）.

P457.6

A

2095-2066（2016）34-0081-02

2016-11-14

林伟（1976-），男，助理工程师，大专，主要从事于雨量观测，水情预报，汛期大水期间闸门开启流量的报讯工作。