水信息學(xué)導(dǎo)論多普勒雷達(dá)流域降雨定量估算與預(yù)報主要內(nèi)容多普勒雷達(dá)定量探測的原理與方法多普勒雷達(dá)國外建設(shè)情況多普勒雷達(dá)在防汛預(yù)警中的作用多普勒雷達(dá)定量探測降雨國內(nèi)外研究應(yīng)用情況多普勒雷達(dá)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制多普勒雷達(dá)流域降雨定量估算方法廣州市多普勒雷達(dá)及流溪河流域研究成果介紹多普勒雷達(dá)定量探測降雨的精度分析多普勒雷達(dá)方程參數(shù)校正廣州市多普勒雷達(dá)流域降雨定量預(yù)報系統(tǒng)多普勒雷達(dá)定量探測的原理與方法原理：利用微波的反射現(xiàn)象來對目標(biāo)進(jìn)行探測。方法：接收到的回波信號的強(qiáng)度，反映了雨強(qiáng)的大小電磁波在雷達(dá)與雨滴之間傳播所需要的時間，反映了雨滴的位置通過回波強(qiáng)度與接受回波時間，進(jìn)行降雨的定點(diǎn)、定量探測。多普勒雷達(dá)定量探測的原理與方法組成：微波發(fā)射機(jī)：通過天線發(fā)射電磁波天線：發(fā)射和接受電磁波回波接收機(jī)：接收反射回到天線的電磁波顯示器：信號處理與顯示韶關(guān)雷達(dá)站外景多普勒雷達(dá)定量探測的原理與方法范圍以雷達(dá)為中心，半徑為460公里的圓形區(qū)域，230公里效果更好分辨率

1-4平方公里時限

5-6分鐘掃描一次仰角連續(xù)進(jìn)行9個仰角的掃描，得到9層數(shù)據(jù)9個仰角的掃描數(shù)據(jù)插入廣州市多普勒雷達(dá)數(shù)據(jù)反演軟件界面多普勒雷達(dá)國外建設(shè)情況多普勒雷達(dá)（WeatherSurveillanceRadar—88Doppler，簡稱為WSR-88D）是由美國大氣及海洋管理暑（ＮＯＡＡ）所屬的國家氣象局（ＮＷＳ）研究開發(fā)的新一代數(shù)字氣象雷達(dá)，于1988年研究成功并開始在全國部暑。美國是應(yīng)用多普勒雷達(dá)最早的國家，目前在美國全國已部署220多臺多普勒雷達(dá)，覆蓋了其本土的全部陸地表面，為洪水預(yù)警提供了新的手段。提供的降雨估算值已作為美國洪水預(yù)報預(yù)警的重要數(shù)據(jù)，并進(jìn)入日常使用中。多普勒雷達(dá)國內(nèi)建設(shè)情況我國上個世紀(jì)80年代末開始進(jìn)行多普勒天氣雷達(dá)的研制和在氣象業(yè)務(wù)上的試用90年代中期中國氣象局正式將多普勒天氣雷達(dá)作為新一代天氣雷達(dá)列入氣象業(yè)務(wù)探測系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)劃，并于1997年制訂了《我國新一代天氣雷達(dá)監(jiān)測網(wǎng)站點(diǎn)布局方案》計劃在全國建設(shè)126部多普勒天氣雷達(dá)(2004年又調(diào)整為158部)，建成我國新一代天氣雷達(dá)探測網(wǎng)多普勒雷達(dá)國內(nèi)建設(shè)情況中國氣象局所屬華云技術(shù)開發(fā)公司與美國洛克希德－馬丁公司共同投資組建了北京敏視達(dá)雷達(dá)有限公司，在美國WSR-88D的技術(shù)基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)技術(shù)發(fā)展的最新成果，引進(jìn)、吸收、消化，生產(chǎn)中國新一代多普勒天氣雷達(dá)，使用統(tǒng)一的品牌CINRAD截止2004年，納入國家計劃進(jìn)行建設(shè)的新一代天氣雷達(dá)共計93部，主要分布在東部沿海和七大江河流域，以及西部重點(diǎn)地區(qū)。其中既有CINRAD雷達(dá)，也有國產(chǎn)雷達(dá)。廣東省多普勒雷達(dá)站建設(shè)情況廣東已分別在廣州、陽江、梅州、韶關(guān)和湛江、深圳、河源建成并投入使用了7部新一代天氣雷達(dá)，其中，廣東已成為我國新一代多普勒雷達(dá)覆蓋率最高的省份。廣州多普勒雷達(dá)為全國第二臺同類雷達(dá)，位于廣州市番禺南村鎮(zhèn)大鎮(zhèn)崗山上廣州新一代多普勒雷達(dá)覆蓋了廣州市全境以及珠江三角州的大部分地區(qū)，北江流域的部分。廣州市多普勒雷達(dá)站外觀圖廣州多普勒雷達(dá)覆蓋范圍示意圖多普勒雷達(dá)成本投資4-5千萬元（含土建），其中，雷達(dá)系統(tǒng)本身投資約3千萬元運(yùn)行10-12人運(yùn)作模式由國家及地方政府投資氣象部門管理多部門應(yīng)用：氣象、防汛、海洋、農(nóng)業(yè)多普勒雷達(dá)在防汛預(yù)警中的作用可對中小尺度雷暴天氣系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視可估算高分辨率的流域降雨量可進(jìn)行中小尺度的數(shù)值降雨預(yù)報可進(jìn)行惡劣氣象條件下的降雨探測05.6洪水降雨過程監(jiān)視可對中小尺度雷暴天氣系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視可估算高分辨率的流域降雨量雨量站：點(diǎn)雨量

廣州市的流溪河流域約2100平方公里范圍內(nèi)有21個雨量站，相當(dāng)于在1百平方公里范圍內(nèi)只有一個雨量站?？晒浪愀叻直媛实慕涤炅慷嗥绽绽走_(dá)可估測1平方公里范圍的降雨，相當(dāng)于１平方公里就有1個雨量站可估算高分辨率的降雨量充分反映降雨在流域上的空間分布進(jìn)行中小尺度的數(shù)值降雨預(yù)報可根據(jù)多普勒雷達(dá)測報的降雨反射率，進(jìn)行中小尺度的數(shù)值降雨預(yù)報預(yù)見期為0-6小時，1小時的降雨有一定的精度，但預(yù)報時效越長，精度越低。惡劣氣象條件下的降雨探測惡劣氣象條件下，地面雨量站運(yùn)行不穩(wěn)或破壞，難以進(jìn)行可靠的降雨測報惡劣氣象條件下的降雨探測多普勒雷達(dá)天線在玻璃罩內(nèi)，其它設(shè)備在室內(nèi)，運(yùn)行不受天氣情況的影響可對惡劣氣象條件下的降雨量進(jìn)行探測，為暴雨洪水預(yù)警報提供降雨測報多普勒雷達(dá)流域降雨定量估算方法雷達(dá)方程反映雷達(dá)降雨反射率因子與降雨率關(guān)系的方程

Z是雷達(dá)降雨反射率因子(度量單位為mm6／m3)R是降雨率(度量單位為mm/h)

系數(shù)a和b除與雷達(dá)本身有關(guān)外，還與當(dāng)?shù)氐牡匦危瑲夂蚣敖涤瓿梢蛴泻艽蟮年P(guān)系。國產(chǎn)多普勒雷達(dá)取a=300，b=1.4。在雷達(dá)的實(shí)際應(yīng)用中，一般測量的是雷達(dá)回波強(qiáng)度dbz多普勒雷達(dá)流域降雨定量估算方法多普勒雷達(dá)降雨定量估算方法將實(shí)測的dbz換算成降雨反射率因子Z應(yīng)用Z-R關(guān)系反推R國產(chǎn)多普勒雷達(dá)方程參數(shù)國產(chǎn)多普勒雷達(dá)Z-R關(guān)系參數(shù)是根據(jù)美國在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行長期試驗(yàn)得出的結(jié)果，其值統(tǒng)一取為a=300，b=1.4，由于該值有較為可靠的科學(xué)依據(jù)，并且經(jīng)美國長期驗(yàn)證有較高的可靠性，因此國產(chǎn)多普勒雷達(dá)一直取該值，包括廣州市多普勒雷達(dá)也取此值。多普勒雷達(dá)降雨探測國內(nèi)外研究應(yīng)用情況多普勒雷達(dá)定量估算降雨的誤差來源多普勒雷達(dá)不是直接測量降雨，而是通過遙感的方法間接測量降雨，存在誤差是不可避免的。多普勒雷達(dá)定量估算降雨的誤差來源是多方面，主要有三種類型，測量誤差算法誤差雨量計-雷達(dá)采樣偏差測量誤差測量誤差又稱系統(tǒng)誤差，是指雷達(dá)測量的回波與實(shí)際降雨不符所產(chǎn)生的誤差。要使用多普勒雷達(dá)測雨回波圖象進(jìn)行降雨估算，必須對其進(jìn)行查錯糾錯。測量誤差一般由八種原因引起，包括硬件性能硬件標(biāo)定地物阻擋雜物回波異常傳播亮帶衰減波束充塞測量誤差硬件性能誤差(Hardwarestability)

由于多普勒雷達(dá)是一種新型的電子裝備，受到制造水平及運(yùn)行維護(hù)能力的限制，在實(shí)際運(yùn)行過程中，容易出現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)及接受不到準(zhǔn)確的信號的情況，主要表現(xiàn)是發(fā)射機(jī)或接受機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定，導(dǎo)致間斷的發(fā)生數(shù)據(jù)漏測，如一個體掃中的若干單元或若干個體掃數(shù)據(jù)丟失，其相應(yīng)的單元的回波值為255，本文稱這種情況為數(shù)據(jù)缺測，缺測的數(shù)據(jù)一般可采取插補(bǔ)延長的方法實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的修補(bǔ)。隨著硬件性能的提高，國外雷達(dá)發(fā)生數(shù)據(jù)缺測的機(jī)率已較低，但國產(chǎn)雷達(dá)發(fā)生數(shù)據(jù)缺測的機(jī)率仍較高。測量誤差硬件標(biāo)定誤差（Hardwarecalibration）

多普勒雷達(dá)測量的是雷達(dá)接收的降雨反射波的功率，不是直接探測降雨，而是間接測量降雨，因此需要對設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定，這種標(biāo)定不可避免的會產(chǎn)生一定的誤差。由于多普勒雷達(dá)在每一次體積掃描中進(jìn)行自動標(biāo)定，因而降低了這種誤差。目前，這種誤差在國外已可控制在2dbz的范圍內(nèi)。

測量誤差地物阻擋（Occultation）當(dāng)雷達(dá)波正前方有地物時，雷達(dá)波就會被阻擋而使地物后部的降雨無法被探測到，這種情況稱為地物阻擋。若雷達(dá)安裝的地點(diǎn)高程較高時，就可有效避免這種偏差的發(fā)生。異物回波(Clutter)

異物回波主要指由非雨滴物質(zhì)引起的回波。由于大氣組成的復(fù)雜性，在降雨期間，大氣中除雨滴外，還會有其它物質(zhì)，降雨回波率中也包含其它物質(zhì)產(chǎn)生的回波，這時異物回波中的一種。另外，異物回波還包括由體掃范圍內(nèi)的建筑物及其它地物形成的回波，這類回波即使在沒有下雨的情況下也可以測量到。異物回波，或稱雜物回波，一般可通過統(tǒng)計方法進(jìn)行剔除。

測量誤差超折射(anomalouspropagation/bendingofradarbeam)

超折射也稱為異常傳播（AP），指雷達(dá)波在大氣中的不正常傳播引起的測量誤差，異常傳播的一個重要來源是波的折射引起的。當(dāng)雷達(dá)波碰到一些物質(zhì)時，會引起雷達(dá)波的折射，從而產(chǎn)生特別強(qiáng)的雷達(dá)回波，這種超強(qiáng)回波一般被稱為超折射。出現(xiàn)超折射的單元也被稱為異常點(diǎn)或噪聲點(diǎn)。亮帶（brightband）當(dāng)下落的雪花發(fā)生融化時，會在其周圍形成一層液體水，引起超強(qiáng)的反射率，這種現(xiàn)象被稱為亮帶。亮帶一般發(fā)生在溶點(diǎn)附近，因此當(dāng)氣溫較低時容易發(fā)生。測量誤差衰減(Attenuation)

雨滴對雷達(dá)波有一定的吸收作用，這種作用會引起雷達(dá)回波率的衰減，特別是大雨時這種衰減相當(dāng)嚴(yán)重，從而引起雷達(dá)測雨偏小的情況出現(xiàn)。波束充塞（overshoot）由于傾角的增加及地球曲率的影響，對于距雷達(dá)較遠(yuǎn)處的體掃，雷達(dá)波不能完全填滿整個雨區(qū)，甚至有可能使雷達(dá)波處于整個雨區(qū)以上從而出現(xiàn)探測不到降雨的情況。隨距雷達(dá)距離的增加，這種誤差會更明顯，這種情況一般會使雷達(dá)測量數(shù)值偏小。這種誤差有時也稱為距離衰減（range-dependentbias,rangedegradation）

算法誤差多普勒雷達(dá)降雨定量估算均采用Z-R關(guān)系，即根據(jù)實(shí)測的雷達(dá)降雨回波率，利用Z-R關(guān)系反推降雨率。對于多普勒雷達(dá)，采用的Z-R關(guān)系是基于統(tǒng)一的參數(shù)a和b，而a和b的值是基于統(tǒng)一的滴譜分布而提出來的，實(shí)際上情況并非如此，對于不同的降雨類型及地形條件，a和b的值會有所不同，若采用不變的a和b值，就會引起誤差，誤差來源主要是基于下述2個方面的原因。滴譜分布假定誤差反射率在垂直方向的分布誤差算法誤差滴譜分布假定誤差（Assumptionsmadeaboutthedropsizedistribution）滴譜分布對不同類型的降雨是不同的，而實(shí)際的滴譜分布與當(dāng)?shù)氐牡匦?、氣候、降雨成因及與雷達(dá)的距離有很大的關(guān)系。目前使用的Z-R關(guān)系是基于統(tǒng)一的滴譜分布提出來的，這樣的Z-R關(guān)系具有較強(qiáng)的不確定性，采用統(tǒng)一的滴譜分布率定Z-R關(guān)系參數(shù)進(jìn)行降雨估算就會引起算法誤差反射率在垂直方向的分布誤差（Variationsintheverticalprofileofreflectivity/brightband）反射率在垂直方向的分布對不同類型的降雨是不同的，實(shí)際的反射率在垂直方向的分布與當(dāng)?shù)氐牡匦?、氣候、降雨成因有很大的關(guān)系。假定反射率在垂直方向統(tǒng)一的分布率定的Z-R關(guān)系參數(shù)就會有誤差，也會引起相應(yīng)的算法誤差。雨量計-雷達(dá)采樣偏差為了率定雷達(dá)方程，往往采用雨量計對雷達(dá)校正。由于雨量計測量的是點(diǎn)雨量，是實(shí)際降落地面的雨量，而雷達(dá)測量的是通過三維方式間接估測的，位于高空一定位置的體積降雨量，由于兩者的采樣測量方式不同，相應(yīng)的測值是有差異的，在應(yīng)用雨量計-雷達(dá)聯(lián)合較準(zhǔn)時，應(yīng)該考慮兩者的差異。雨量計-雷達(dá)采樣差異主要表現(xiàn)在如下2個方面。雨量蒸發(fā)與增長水平位移雨量計-雷達(dá)采樣偏差雨量蒸發(fā)與增長雷達(dá)測量的是位于高空一定位置的雨量的反射率，測量的降雨在下落過程中，可能會發(fā)生蒸發(fā)從而使實(shí)際降落地面的雨量變小，測量的降雨在下落過程中，也可能會發(fā)生與所接觸的水氣相結(jié)合從而使實(shí)際降落地面的雨量增加的情況，這樣就會使雨量計和雷達(dá)測量的降雨量產(chǎn)生一定的誤差。雨量蒸發(fā)多發(fā)生在干旱地區(qū)，而雨量增長則多發(fā)生在濕潤地區(qū)。雨量計-雷達(dá)采樣偏差水平位移當(dāng)?shù)孛婊蚓嗟孛嬉欢ǜ叨鹊牡胤酱嬖谒椒较虻娘L(fēng)時，則測量的降雨在下落過程中，就會受到水平方向的風(fēng)的作用而發(fā)生實(shí)際落點(diǎn)與測量時的位置不一致的情況，從而使雨量計和雷達(dá)測量的降雨量產(chǎn)生一定的誤差。這種情況多發(fā)生在暴雨期間，此時多伴有大風(fēng)。

多普勒雷達(dá)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制ConstructionofthesectorizedreflectivityhybridscanBiscanmaximizationPartialbeamblockagecorrectionCorrectionforisolatedtargetsandgroundclutterTilttestandanomalouspropagationRangedegradationcorrectionParameteroptimizationBrightbandandsnowRangedegradationReflectivitycalibrationandcluttersuppressionAnomalouspropagationAttenuation廣州市多普勒雷達(dá)及流溪河流域研究成果介紹廣州市多普勒雷達(dá)簡介建于廣州市番禺南村鎮(zhèn)大鎮(zhèn)崗山上2000年12月建成，是我國建設(shè)的第2臺新一代多普勒天氣雷達(dá)由北京敏視達(dá)公司生產(chǎn)的CINRAD/SA（WSR-98）型號雷達(dá)中心所處的位置為東經(jīng)113021’18’’、北緯23000’14’’廣州多普勒雷達(dá)對雷暴天氣的監(jiān)視雷達(dá)空間與地面測雨單元的定位空間單元定位：方位角：極徑：r地面單元定位：經(jīng)緯坐標(biāo)：X、Y雷達(dá)空間與地面測雨單元的定位05.6雷暴天氣監(jiān)視05.6雷暴天氣監(jiān)視情況廣州多普勒雷達(dá)數(shù)據(jù)質(zhì)量分析廣州多普勒雷達(dá)數(shù)據(jù)質(zhì)量分析廣州市多普勒雷達(dá)數(shù)據(jù)反演不同層體掃數(shù)據(jù)的分析比較數(shù)據(jù)短缺異常點(diǎn)異物回波雷達(dá)降雨回波與同期雨量站數(shù)據(jù)對比分析廣州市多普勒雷達(dá)數(shù)據(jù)反演為了進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量分析，開發(fā)了一個軟件，可對各場次廣州多普勒雷達(dá)降雨回波數(shù)據(jù)進(jìn)行反演可對回波原始圖象進(jìn)行連續(xù)反演可選擇相應(yīng)的降雨過程進(jìn)行數(shù)據(jù)反演可對一場降雨中的時間進(jìn)行設(shè)定，以反演相應(yīng)時間段的數(shù)據(jù)廣州市多普勒雷達(dá)在進(jìn)行降雨探測時，可連續(xù)進(jìn)行9個不同仰角的體掃，因此降雨回波有9層的數(shù)據(jù)廣州市多普勒雷達(dá)數(shù)據(jù)反演軟件界面插入廣州市多普勒雷達(dá)數(shù)據(jù)反演軟件界面9層體掃層數(shù)據(jù)的對比1層2層3層4層5層6層7層8層9層不同體掃層數(shù)據(jù)的分析比較對2005年的數(shù)據(jù)進(jìn)行目視觀察，發(fā)現(xiàn)隨數(shù)據(jù)層數(shù)的增加，雷達(dá)探測到的信息逐步減少，并且強(qiáng)度也逐步減輕前1-4層數(shù)據(jù)基本完整、可以用，第5層及以后的數(shù)據(jù)較少，基本不能用，第九層則基本沒有數(shù)據(jù)第一層離地最近，與地面情況最接近，以第一層數(shù)據(jù)為主開展研究數(shù)據(jù)短缺廣州市多普勒雷達(dá)數(shù)據(jù)沿軸向整體短缺的情況比較嚴(yán)重數(shù)據(jù)短缺數(shù)據(jù)短缺數(shù)據(jù)短缺異常點(diǎn)通過對上述數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，一些點(diǎn)的回波率明顯不合理，或與雨量站測值不對應(yīng)，這些不合理的測值一般由異常傳播、雨量增長、水平位移和衰減引起，為了數(shù)據(jù)同化的方便，本文將其歸納到一起，統(tǒng)稱為異常點(diǎn)或噪聲點(diǎn)異物回波通過對上述數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，即使在萬里無云的情況下，在雷達(dá)中心點(diǎn)約100公里的范圍內(nèi)，也有一定強(qiáng)度的回波率05.6洪水異物回波廣州市多普勒雷達(dá)數(shù)據(jù)同化方法短缺數(shù)據(jù)的插補(bǔ)延長方法異常點(diǎn)的同化方法基礎(chǔ)回波的同化方法短缺數(shù)據(jù)的插補(bǔ)延長方法數(shù)據(jù)短缺點(diǎn)的檢測沿軸向方向逐個檢查，當(dāng)檢測到同一軸向方向短缺數(shù)據(jù)點(diǎn)（即其值為255）超過80個時，則表明該軸向方向的所有數(shù)據(jù)點(diǎn)均丟失。檢查軸向方向所有點(diǎn)，找出軸向方向所有數(shù)據(jù)丟失點(diǎn)，以便進(jìn)行插補(bǔ)。短缺數(shù)據(jù)的插補(bǔ)延長方法軸向短缺數(shù)據(jù)插補(bǔ)方法空間插補(bǔ)延長法沿數(shù)據(jù)丟失點(diǎn)的同一軸向在數(shù)據(jù)丟失點(diǎn)的左右方向進(jìn)行檢測，直到檢測到兩個方向上均有有效數(shù)據(jù)時，用兩者的平均值作為數(shù)據(jù)丟失點(diǎn)的值。時間插補(bǔ)延長法根據(jù)丟失點(diǎn)前2個時刻的有效測值，采用線性插值方法進(jìn)行插補(bǔ)采用方法由于空間插補(bǔ)延長法所用于插補(bǔ)延長的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)丟失點(diǎn)處于同一時間，只要不是雷達(dá)大面積沒有測到數(shù)據(jù)，則總是可以實(shí)現(xiàn)對短缺數(shù)據(jù)的插補(bǔ)延長。而相鄰時間的回波有時插值不成功，故本文以空間插補(bǔ)延長法進(jìn)行插補(bǔ)延長計算。插補(bǔ)延長對比插補(bǔ)延長前插補(bǔ)延長后異常點(diǎn)的同化方法異常點(diǎn)

主要考慮因超折射而引起的回波異常及亮帶引起的回波異常，兩者的共同點(diǎn)是回波率特別大，超出了雷達(dá)有效回波閾值，或是該點(diǎn)的回波值明顯高于其周圍點(diǎn)的回波值。有效回波閾值的確定

流溪河流域各測站的最大降雨率為每小時100mm左右,將54dbz定義為廣州市多普勒雷達(dá)的有效降雨回波閾值回波率（dbz）降雨率(mm)回波率（dbz）降雨率(mm)回波率（dbz）降雨率(mm)回波率（dbz）降雨率(mm)100.094217.014845.6254122.40200.464320.054953.7855144.28302.364423.635063.4056170.07355.384527.865174.7357200.474012.244632.845288.0958236.314114.434738.7153103.8360328.35異常點(diǎn)的同化方法異常點(diǎn)的檢測首先檢查每一個網(wǎng)格內(nèi)的有效回波,看其值是否大于有效降雨回波閾值，若大于，則該點(diǎn)為異常點(diǎn)；若不大于，則繼續(xù)對每一個網(wǎng)格內(nèi)的有效回波,檢測其8個相鄰點(diǎn)的值,如果其值大于43，并且比其中任一點(diǎn)的數(shù)值大3dbz時，則該點(diǎn)為異常點(diǎn)。異常點(diǎn)的同化方法

其新值用其周圍8個相鄰點(diǎn)中有效點(diǎn)的均值代替

廣州市多普勒雷達(dá)異常點(diǎn)的同化站名第一層第二層第三層第四層數(shù)量(個)比例(%)數(shù)量(個)比例(%)數(shù)量(個)比例(%)數(shù)量(個)比例(%)聯(lián)星00.0010.0200.0000.00楓木朗10.0210.0200.0000.00黃龍帶00.0010.0200.0000.00流溪河00.0010.0200.0000.00良口壩上10.0220.0310.0200.00溫泉00.0030.0510.0200.00南大00.0020.0320.0310.02街口00.0010.0220.0310.02棋桿20.0320.0320.0310.02鳳凰10.0210.0200.0000.00大坳上10.0200.0010.0210.02太平場20.0310.0210.0210.02鹿頸坑10.0210.0210.0200.00蟾蜍石10.0210.0230.0530.05九灣潭10.0200.0020.0320.03李溪上00.0000.0000.0010.02東華上00.0010.0200.0000.00銅鑼灣10.0210.0210.0200.00人和上10.0210.0200.0010.02和龍10.0230.0510.0230.05異常點(diǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計基礎(chǔ)回波的同化方法基礎(chǔ)回波的確定：第一層統(tǒng)計

站名最小值最大值平均值站名最小值最大值平均值聯(lián)星04911.99大坳上0448.53楓木朗03813.97太平場34316.87黃龍帶13518.21鹿頸坑34212.55流溪河04315.57蟾蜍石0427.51良口壩03618.06九灣潭0437.84溫泉244131.87李溪上244533.32南大0399.35東華上0437.50街口1409.67銅鑼灣94317.25棋桿0438.00人和上24513.32鳳凰0358.15和龍0409.38基礎(chǔ)回波的同化方法基礎(chǔ)回波的確定：第二層統(tǒng)計

站名最小值最大值平均值站名最小值最大值平均值聯(lián)星15019.29大坳上0458.74楓木朗24120.12太平場0457.37黃龍帶23821.37鹿頸坑0456.89流溪河14419.59蟾蜍石0369.12良口壩04020.50九灣潭0398.55溫泉03813.43李溪上0447.03南大03714.60東華上0476.45街口0399.37銅鑼灣0434.65棋桿04210.53人和上0466.50鳳凰0359.18和龍0424.84基礎(chǔ)回波的同化方法基礎(chǔ)回波的確定：第三層統(tǒng)計

站名最小值最大值平均值站名最小值最大值平均值聯(lián)星84622.28大坳上04413.97楓木朗83923.27太平場34715.52黃龍帶73722.37鹿頸坑24813.89流溪河104422.08蟾蜍石04419.67良口壩73822.91九灣潭03916.45溫泉83614.98李溪上154121.98南大73521.54東華上3469.49街口13715.01銅鑼灣84218.18棋桿44121.38人和上94714.21鳳凰53515.52和龍64413.55基礎(chǔ)回波的同化方法基礎(chǔ)回波的確定：第四層統(tǒng)計

站名最小值最大值平均值站名最小值最大值平均值聯(lián)星53916.12大坳上44319.34楓木朗63117.21太平場1467.94黃龍帶103019.29鹿頸坑0487.34流溪河83917.98蟾蜍石44620.31良口壩83319.25九灣潭03919.65溫泉33614.91李溪上1377.07南大73621.28東華上1469.09街口23516.92銅鑼灣54310.67棋桿24019.62人和上4469.73鳳凰33412.56和龍3449.55基礎(chǔ)回波與離雷達(dá)距離的變化第1層第2層第3層第4層第1層第2層第3層第4層基礎(chǔ)回波的同化方法基礎(chǔ)回波確定平均值第一層為8-33dbz，第二層為9-21dbz，第三層為10-24dbz，第四層為7-22dbz前4層各層間的變化不大，除第一層外，其它各層均不大于24dbz，第一層也只有2個站溫泉和李溪大于24dbz，平均為15dbz按標(biāo)準(zhǔn)Z-R關(guān)系，15dbz回波對應(yīng)的降雨率為0.2mm，若將此定義為基礎(chǔ)回波，則不會影響對降雨率大于0.2mm的降雨的估算考慮到本項(xiàng)目的應(yīng)用主要是針對暴雨洪水，故本文以15dbz作為廣州市多普勒雷達(dá)估測流溪流域降雨的基礎(chǔ)回波值

基礎(chǔ)回波的同化方法基礎(chǔ)回波的同化方法對每一個網(wǎng)格內(nèi)的回波,若其數(shù)值小于基礎(chǔ)回波值，則該點(diǎn)為非降雨，即降雨量以零計。廣州市多普勒雷達(dá)基礎(chǔ)回波的同化處理對2005年數(shù)據(jù)進(jìn)行了基礎(chǔ)回波的同化，根據(jù)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，對2005年的暴雨的統(tǒng)計結(jié)果列于下表，從結(jié)果來看，廣州市多普勒雷達(dá)的基礎(chǔ)回波相當(dāng)普遍?；A(chǔ)回波的同化演示雨量站名第一層第二層校正數(shù)據(jù)量（個次）占總量比例（%）校正數(shù)據(jù)量（個次）占總量比例（%）聯(lián)星13848.088128.22楓木朗10536.598027.87黃龍帶7626.487124.74流溪河11138.688429.27良口壩上8027.878629.97溫泉4716.3812242.51南大17962.378830.66街口22478.0512944.95棋桿20170.0311439.72鳳凰21073.1710436.24大坳上21173.5213547.04太平場8629.9718664.81鹿頸坑19066.2016958.89蟾蜍石20972.8214550.52九灣潭23782.5817460.63李溪上196.6220069.69東華上22277.3518664.81銅鑼灣8931.0121976.31人和上11640.4221574.91和龍16958.8923581.88基礎(chǔ)回波校正數(shù)據(jù)統(tǒng)計雨量站名第三層第四層校正數(shù)據(jù)量（個次）占總量比例（%）校正數(shù)據(jù)量（個次）占總量比例（%）聯(lián)星5719.865920.56楓木朗5920.565619.51黃龍帶6121.254816.72流溪河6221.605318.47良口壩上6522.656020.91溫泉20571.4310436.24南大5218.125619.51街口8529.626522.65棋桿4917.075318.47鳳凰6522.657626.48大坳上8027.874716.38太平場22578.4021574.91鹿頸坑21273.8720571.43蟾蜍石5820.215218.12九灣潭8128.226321.95李溪上23782.5823782.58東華上22277.3522277.35銅鑼灣22979.7922979.79人和上23581.8823581.88和龍24284.3224284.32基礎(chǔ)回波校正數(shù)據(jù)統(tǒng)計廣州多普勒雷達(dá)實(shí)測數(shù)據(jù)的同化處理數(shù)據(jù)同化處理方法對短缺數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ)延長對異常點(diǎn)進(jìn)行同化對基礎(chǔ)回波進(jìn)行同化數(shù)據(jù)同化處理軟件流溪河流域?qū)崪y數(shù)據(jù)的同化處理對收集的流溪河流域的雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行了同化處理，繪制了前四層同期雷達(dá)回波強(qiáng)度-雨量計小時降雨對比圖廣州多普勒雷達(dá)實(shí)測數(shù)據(jù)的同化處理流溪河流域降雨定量估算流溪河流域降雨定量估算流溪河子流域劃分流溪河流域降雨估算降雨估算實(shí)時校正流溪河流域降雨校正流溪河流域子流域劃分流溪河流域面積較大，超過2000平方公里，并且流域呈長方形在洪水預(yù)報系統(tǒng)中，將流域劃分成子流域，雷達(dá)估算/預(yù)報降雨需與此相對應(yīng)在洪水預(yù)報子系統(tǒng)中，將整個流溪河流域分成8個子流域，本項(xiàng)目與其一致流溪河流域子流域劃分流溪河流域降雨估算（第一層數(shù)據(jù)）采用現(xiàn)行的雷達(dá)方程參數(shù)，a=300，b=1.4，對流溪河流域05.6洪水期間的降雨進(jìn)行了估算流溪河全流域05.6暴雨洪水期間的估算降雨流溪河流域降雨估算

雷達(dá)-雨量計降雨估算對比雷達(dá)-雨量計降雨估算對比站名雨量計估算雨量(mm)雷達(dá)估算雨量(mm)偏差（%）流溪河水庫子流域421.00467.6111.07黃龍帶水庫子流域653.67365.96-44.01良口以上區(qū)間子流域550.67416.10-24.44良口溫泉區(qū)間子流域486.50370.69-23.80溫泉街口區(qū)間子流域440.50518.8917.80街口大坳區(qū)間子流域390.50454.1716.30大坳李溪區(qū)間子流域278.92355.8127.57李溪人和區(qū)間子流域315.25351.9611.64全流域442.135412.65-6.67降雨估算精度的提高降雨估算精度？無公認(rèn)的方法驗(yàn)證雷達(dá)估算降雨的精度一般認(rèn)為雷達(dá)估算降雨有誤差國外提出可根據(jù)雷達(dá)-雨量計實(shí)時測量誤差，對多普勒雷達(dá)估測降雨量進(jìn)行實(shí)時校正，以提高雷達(dá)降雨定量估測的精度：有不同看法（當(dāng)雨量計較少時，效果不好）降雨估算實(shí)時校正方法平均校正法方法應(yīng)用方便，有較好的效果，是國外應(yīng)用較多的方法卡爾曼濾波法有較為成熟的理論和計算方法，但實(shí)際使用的效果不是太好，目前在實(shí)際中采用的不多平均校正法方法設(shè)流域上有N個校準(zhǔn)雨量計，則該流域的平均校準(zhǔn)因子的計算式為：

式中，G為雨量計測雨值，I為雷達(dá)單元上的估算雨量。平均校準(zhǔn)法就是把與子流域上的各雷達(dá)單元上的雷達(dá)估算值Ｉ相乘，得到雷達(dá)單元上的校正降水值。目前國內(nèi)外均對同一流域上的所有單元采用相同的校準(zhǔn)系數(shù)。流溪河流域降雨校正對流溪河流域估算的05.6洪水期間的降雨，采用平均校準(zhǔn)法進(jìn)行了校正，計算出了全流域各單元的估算降雨校正值。按子流域統(tǒng)計了各子流域校正后的平均降雨量，繪出了各子流域各時段雷達(dá)-雨量計校正后的估算流域平均降雨對比圖雷達(dá)校正降雨-雨量計降雨結(jié)果對比雷達(dá)校正降雨-雨量計降雨結(jié)果對比站名雨量計估算雨量(mm)雷達(dá)估算雨量(mm)偏差（%）流溪河水庫子流域421.00580.6237.91黃龍帶水庫子流域653.67618.05-5.45良口以上區(qū)間子流域550.67589.186.99良口溫泉區(qū)間子流域486.50287.91-40.82溫泉街口區(qū)間子流域440.50328.49-25.43街口大坳區(qū)間子流域390.50509.6630.51大坳李溪區(qū)間子流域278.92315.9213.27李溪人和區(qū)間子流域315.25400.9027.17全流域442.13453.842.65多普勒雷達(dá)流域降雨定量預(yù)報多普勒雷達(dá)流域降雨定量預(yù)報利用多普勒雷達(dá)測雨回波率，對降雨量進(jìn)行短期預(yù)報，俗稱為降雨臨近預(yù)報?？蛇M(jìn)行1-3小時的預(yù)報，1小時的降雨有一定的精度，但預(yù)報時效越長，精度越低。多普勒雷達(dá)進(jìn)行降雨臨近預(yù)報利用的數(shù)據(jù)主要為雷達(dá)測雨回波率，可利用的信息不多，相應(yīng)的方法也不多。線性外推法交叉相關(guān)追蹤法線性外推法法較簡單，而交叉相關(guān)追蹤法需要的參數(shù)較多，在實(shí)際操作中較困難，本文采用線性外推法進(jìn)行多普勒雷達(dá)降雨臨近預(yù)報。線性外推法在一個預(yù)報區(qū)域內(nèi)以定常的速度和方向平移現(xiàn)在的雷達(dá)回波,從而獲得下一時次雷暴位置的預(yù)報。利用一個簡單的相關(guān)擬合算法,由以前時次的降雨回波，來線性外延降雨回波，以達(dá)到降雨預(yù)報的目的。對于較強(qiáng)的組織穩(wěn)定的風(fēng)暴可在一定的短時間內(nèi)獲得較好的效果。線性外推法計算方法根據(jù)前幾個時段的實(shí)測雷達(dá)降雨回波率，計算確定一單元雷達(dá)降雨回波在過去幾個時段的變率，并將其作為下一時段該點(diǎn)雷達(dá)回波的變率，即預(yù)報時段的雷達(dá)回波按下式計算：

其中，k為預(yù)報的預(yù)見期，一般取1、2或3小時，本文分別取1、2或3小時進(jìn)行計算。根據(jù)預(yù)報要求的預(yù)見期（1，2或3小時）時長，按上式計算即得到預(yù)見期內(nèi)的預(yù)報雷達(dá)降雨回波率；將預(yù)報雷達(dá)降雨回波率按Z-R關(guān)系進(jìn)行降雨量估算，得到通過雷達(dá)預(yù)報的流域降雨預(yù)報。根據(jù)預(yù)見期的不同，可預(yù)報1，2或3小時的分布式流域降雨，但隨著預(yù)見期的增加，預(yù)報的精度將下降。1小時雷達(dá)降雨預(yù)報效果分析建立了流溪河流域多普勒雷達(dá)降雨預(yù)報的線性外推法，編制了預(yù)報軟件，可進(jìn)行流溪河流域降雨預(yù)報。模擬預(yù)報效果分析對2005年6月暴雨洪水期間的降雨，進(jìn)行了模擬預(yù)報計算，得到了05.6洪水期流域各單元及各子流域的預(yù)報降雨量流溪河流域降雨預(yù)報（1小時）雷達(dá)預(yù)報-雨量計估算降雨對比

（1小時）雷達(dá)降雨預(yù)報-雨量計估算降雨對比（1小時）站名雨量計估算雨量(mm)雷達(dá)估算雨量(mm)偏差（%）流溪河水庫子流域42165054.36黃龍帶水庫子流域654483-26.09良口以上區(qū)間子流域551450-18.23良口溫泉區(qū)間子流域48761927.29溫泉街口區(qū)間子流域44174168.18街口大坳區(qū)間子流域39173488.09大坳李溪區(qū)間子流域279640129.55李溪人和區(qū)間子流域31541631.97全流域44259233.852小時雷達(dá)降雨預(yù)報效果分析2小時雷達(dá)降雨預(yù)報效果分析站名雨量計估算雨量(mm)雷達(dá)估算雨量(mm)偏差（%）流溪河水庫子流域421.0987.2134.50黃龍帶水庫子流域653.3779.819.35良口以上區(qū)間子