多普勒天气雷达数据质量控制及流域降雨定量估算应用研究

姜涛 许仕清 张龙斌 曹海维

摘 要：为了有效应对自然灾害问题，进行防洪减灾策略的应用是必要的，多普勒天气雷达具备良好的防洪减灾效益，通过对多普勒天气雷达数据质量控制及流域降雨定量模式的应用，满足现阶段气象监测工作的要求。该文就多普勒天气雷达数据质量控制问题展开分析，旨在解决多普勒雷达晴空回波、数据短缺等问题，进行插补延长技术的应用，通过对GIS模式的应用，实现子流域划分，确保流域格网化。实践证明，多普勒雷达具备良好的降雨監测能力，实现流域降雨分布的有效展示。

关键词：多普勒天气雷达；防洪减灾；流域格网化；子流域划分

一、关于多普勒雷达及流域信息的分析

（一）多普勒雷达

多普勒天气雷达具备良好的降雨监测效益，它是一种新型的降雨监测工具。中小尺度系统的降雨，具备高强度性的特点，在极短时间内，能够造成巨大的洪涝灾害，为了有效应对这类气象问题，需要进行新型气象观测模式的应用。受到客观条件的影响，我国的常规气象监测网具备较低的工作效益，尤其是受到恶劣天气环境的影响，气象监测系统难以及时进行恶劣天气状况的跟进及预报。多普勒天气雷达具备较高的空间分辨率，在短时间内，能够进行恶劣天气气候的有效监测及预报。

（二）流域降雨特征

为了进行流域降雨特征的有效性分析，必须根据流域地形状况，展开流溪河流域范围的确定，这里面的数字地形影响因素主要包括子流域便捷、流向。地面高程模型等因素，通过对专业性空间分析工具的应用，进行流溪河流域子流域的有效划分。在工作过程中，需要进行研究区域DEM数据的加载分析，做好洼地地形的填充工作，做好无洼地河流流向的计算工作，做好汇流累计流计算工作，做好汇流点的设计工作，满足流域降雨特征的工作分析要求。

二、多普勒雷达数据质量控制模式及流域降雨定量估算模式的优化

通过对多普勒雷达降雨回波探测数据的分析，得知其主要存在晴空回波、数据短缺等数据资料问题，为了解决这些数据资料问题，需要进行相应的数据质量控制模式的开展。

（一）插补延长方法的应用

数据短缺问题是常见的雷达监测问题，这种问题的影响因素诸多，比如暴雨过程中的单独单位数据丢失状况。在数据短缺点的检测过程中，需要做好数据短缺点的细节性检测工作，这主要涉及到径向短缺模块及单点短缺模块的检测应用，径向短缺问题是客观存在的雷达监测问题，通过对沿轴向方向的应用，可以有效提升径向短缺数据的检测效益，在检测过程中，如果出现同一径向方向短缺数据点信息的异常状况，就说明该径向方向的数据点存在丢失状况。

（二）数据短缺处理

为了有效解决数据短缺问题，需要进行单点短缺数据插补方法的应用，提升径向短缺数据插补方法的应用效益。在单点短缺数据插补应用过程中，其实现了对周围有效点回波值求平均方法的应用，径向短缺数据插补方法实现了对时间插补延长模式及空间插补延长模式的有效应用。在空间插补延长法的应用过程中，其实现了对其他有效点数据的有效性填补，通过对线性插值方法的应用，进行数据丢失点值的数据计算。

在时间插补延长法的应用过程中，其实现同一单元不同时间段的有效点测值数据的插补延长，在应用过程中，其实现了对数据丢失点的查找，通过对线性插值方法的利用，实现对有效点测值数据的有效插补，通过对空间插补延长法的应用，提升插补延长计算的效益，通过对雷达回波值的利用，实现了对空缺径向的有效插值。

（三）异常点处理方案的应用

通过对异常点处理方法的应用，实现对多普勒实测数据信息的有效性分析，在这个过程中，其出现了一系列的回波值突变状况，和其他八个回波值数据相比，差距过大，在这个过程中，也出现了非正常体扫波束情况。为了实现数据质量控制效益的提升，把不合理的测值称之为孤立点，孤立点具备较为明显的孤立特征，在雷达回波图上难以用肉眼观察。

在异常点检测过程中，需要遵循相关的检测顺序，进行网格内有效回波的检查，进行其与有效降雨回波阀值的差异性比较，如果其数值大于后者数值，则将其判断为异常点，通过对网格内有效回波的检查，进行异常点状况的判断。

通过对二维中值滤波法的应用，可以有效解决异常点回波问题，这就需要做好雷达扫描径向漫游工作，进行模板范围内雷达坐标点的雷达回波值读取工作，进行模板中心点回波值的判断，进行其与有效回波阀值的有效性对比，如果前者大于后者，就需要进行中值滤波算法的应用，满足雷达回波处理工作的要求。

在异常波束的处理过程中，如果其与周围回波联系性差距较大，就可以将其判断为径向缺失回波状况，通过对空间插补方法的应用，可以有效解决径向缺失回波问题。为了有效解决晴空回波问题，提升流域降雨定量估测效益，需要进行格网点基础回波处理方法的应用，进行基础回波的确定，做好晴空回波的剔除工作。为了进行基础回波大小的确定，需要进行地面雨量站降雨量及雷达回波关系的判断，做好基础回波值的确定工作，进行基础回波值对网格内回波的检测应用，如果后者小于前者的数值，就可以将该点判断为非降雨点，进行该点有效回波值的计算，进行奇异点的检测判断。

（四）流域降雨定量估算方案的应用

为了提升流域降雨定量估算准确性，需要进行多普勒雷达测量降雨回波和地面单位降雨的有效性练习，进行地面测雨单位与雷达空间关系的建立，通过对空间数据转换功能的利用，进行流域格网化，进行流域降雨量的有效估算。在这个过程中，需要根据雷达的降雨回波率状况，进行地面雨量单元与雷达测雨单元的有效联系，通过对降雨回波率的利用，进行降雨率的估算。

三、结语

通过对多普勒天气雷达的利用，可以实现对河流域的天气状况的有效监视，满足了流域降雨定量估算工作的实际要求。

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