觀測站點預報雨量的兩種方法分析

林 偉（河南省駐馬店水文水資源勘測局，河南駐馬店463000）

觀測站點預報雨量的兩種方法分析

林 偉（河南省駐馬店水文水資源勘測局，河南駐馬店463000）

雨量預報工作的重要性不僅體現在人們的生活和工作中，在農業方面和軍事方面也同等重要，所以對雨量預報的質量要求越來越高。本文首先對雨量預報做了簡單概述，然后對觀測站點預報雨量的兩種方法，即距離權重法以及插值法進行對比和分析，為從事氣象部門工作人員提供參考。

雨量預報；插值法；距離權重法；對比分析

1 概述

1.1 雨量預報

雨量預報對人們的日常出行、生活和工作起著重要的影響，尤其是對農業生產更加重要。雨量依據規定有明確的劃分，在24h以內的總降雨量不同，具體劃分為：微雨，總降雨量不超過0.1mm；小雨的總降雨量在0.1～10mm之間；中雨的總降雨量為10～25mm之間；大雨總降雨為25～50mm之間；暴雨總降水量超過50mm；特大暴雨的總降水量在200mm以上；陣雨不是由降水量來決定，而是依據降雨性質來決定，具有間斷性，時間短，變化強度劇烈。

目前，我國多地區氣象研究中心不斷的對預報雨量方法進行，其中6h預報方法為每天晚上20點進行預報，從21點到次日21點12個小時分為4個時段，并在有些位置進行預報雨量。這些位置都是在53×47的等距離網格點上，東經120°、北緯32°附近。氣象部分通過設置91個雨量觀測站點對不同時段進行測量實際雨量，由于會受到多種因素的影響和限制，設置的這些站點是不均勻的。因此，氣象部門通過兩種方法對45d的雨量情況進行數據統計以及進行預報數據，以建立一種科學合理的數據模型。

1.2 解決方法概述

氣象部門首先利用兩種不同方法對每天4個時段共計45d的等距離網格點上的預報雨量，同時也對91個觀測點每天相對應的實際雨量，然后對觀測站點每天不同時段的雨量進行預測，最后對各個觀測站點的預報雨量與實測雨量進行對比和分析，并建立評價兩種預報方法的相關數據模型。評判標準可以為各個觀測站點的預報雨量和實際測量雨量之差的絕對值之和。總的來說，數據模型的建立應該充分考慮有以下幾個方面：①相鄰地域應該有相似的氣象特征，并具有相關性。這是因為，地理因素在一定范圍內對氣象的影響非常小，可以忽略不計，但是各個觀測站點的降雨量分布應該是相互獨立的。②如果地域之間距離較遠時，受到環境因素和地形因素的影響造成不同區域的降雨量很難是一樣的，可以不對這種情況進行考慮，因此，不同區域的降雨量不同與距離有直接關系。

2 距離權重法

2.1 觀測站點臨近區域的確定

距離權重法在實際的應用中，首先要對觀測位置的鄰近范圍進行確定。大量研究表明，為了更好使不同位置的預報雨量結果更加精準，應該以測量點為中心形成圓形范圍作為搜索范圍，網格點的個數應該在2個以上。另外要注意，每個圓形的覆蓋范圍應盡可能的避免重疊。下面相關數據是搜索半徑為0.5度的圓形搜索范圍，對每個測量位置的相鄰范圍內的網格點數量進行統計，本文只列出一部分，如表1。

通過搜索結果我們可以看到，各個區域沒有出現重疊情況，含有的網絡點都在2個以上，而且搜索半徑的確定也是合理的。

表1 觀測站點鄰近區域內的網格點

2.2 權重的確定

假設觀測站點所在位置用A（x，y）來表示，各個網格點的位置分別用P（x1，y1），P（x2，y2）…P（xn，yn）來表示，依據兩點間距離公式，可以得網格點位置P（xi，yi）到A的距離。假設第i個點P（xi，yi）的降雨量對于A（x，y）點降雨量的影響因子，也就是權重為：

其中公式中的ri（i=1，2，…n）不能為零，也就意味著觀測站點與n個網格點都不會出現重合現象。現在我們假設恰好與第i個網格點重合，也就是當ri為0的情況下，這時可以把第i個網格點P（xi，yi）的預報雨量作為觀測站點的預報雨量，這個情況下通過公式進行計算的權重也是非常合理的。

2.3 觀測站點預報雨量確定

在上述計算公式的基礎上，利用加權平均法可以得出觀測站點A的每天某一時段的預報雨量為：

w=cjwi

在這個公式中，wi代表各個鄰近網格點的預報雨量。

3 插值法

Mat1ab（矩陣實驗室）是一種數學軟件，主要進行數據可視化、數值計算以及數據分析的高級計算語言和計算環境，它不僅可以進行矩陣運算、繪制數據模型、函數模型等，還可以用來創建用戶界面以及調用C語言或者其他語言的編寫程序。Mat1ab提供很多的插值技術，使用插值法過程中，已知數據包括網格點的經度、緯度以及預報雨量，插值點為91個觀測站點，由于插值點不均勻，可以采用函數公式：

Z=griddata（x，y，z，X1，Y1，method）進行插值計算，以確定觀測站點的預報雨量。也就是利用二元函數Z=f（x，y）的曲面空間數據點，曲面會經過這些數據點（x，y，z），griddata將返回曲面Z在點（X1，Y1）位置的插值。method代表插值方法，可以選擇三種不同的插值方法進行二維插值，即1inear，這種方法是基于三角形的線性插值；nearest，這種方法是鄰近插值法；cubic，這種方法是基于三角形的三次插值等。

4 評價結果的比較

4.1 評價結果

通過上述計算機程序以及相關運算，可以得出觀測站點的預報雨量，然后對各個觀測站點每天不同時段的預報雨量與實際測量雨量的絕對值進行計算，將絕對值的和作為評價標準。評價結果見表2所示。

表2 兩種雨量預報方法的評價結果

通過數據對比，方法一中的數值偏小，也就是說，各個觀測站點的預報雨量與實際測量雨量的絕對值之和越小，意味著相應的預報方法越準確。因此，不論選擇插值法還是距離權重法對觀測站點進行預報雨量，評價的結果顯示方法一的雨量預報方法可以達到更好的效果。

4.2 兩種方法比較

通過對各種方法的比較，選擇距離權重法和1inear插值法計算的結果相對來說比較接近，但是與cubic和nearest插值法進行比較，沒有后兩種方法的預報雨量精準；選擇Mat1ab軟件在執行的過程中，對1inear、cubic以及nearest三種插值法進行耗時剖析命令，其對應的griddata語句耗時情況分別為86.125s、91.495s、85.564s，占整個程序運行時間的90%。如果選擇距離權重法，其程序運行時間為8.22s，還不到插值法的10%，同時需要的內存也非常小。因此，距離權重法具有精度高、占用內存小、運算簡單快捷等優點被廣泛應用，尤其是在大容量數據運算的應用中，其優點更加明顯。

5 深層方法進一步研究

相關專家對以上兩種方法進行深入的研究，提出了一種動態權重系數法。這種方法是將以上兩種預報方法進一步集成，形成綜合預報，也就是說權重系數會隨著時間或者空間的變化進行自動調整。首先要對最近30d預報的正確次數和錯誤次數進行統計，并計算出各個預報方法的動態預報準確率，然后利用公式計算出權重系數。這種方法可以很好的將各種預報方法的優點進行綜合，其預報的可靠性與單個一種方法的可靠性相比，具有明顯的優勢。

6 總結

通過以上各個方面的介紹我們了解到，雨量預報工作對各行各業都非常重要，對預報雨量方法進行研究也是非常有必要的。通過對距離權重法和插值法進行對比和分析，使我們認識到，在實際的應用中，應該對不同情況進行全面的考慮和分析，選擇合適的預報雨量方法。相關專家應該對觀測站點的預報雨量方法進行不斷的學習和研究，使預報結果更加精準，以提高預報質量。

[1]張文生.淺析細網絡推算流域面雨量方法應用[J].科學出版社，2012（09）.

[2]田萌萌.基于Mat1ab的數學實驗[J].江西氣象科技，2012（08）.

[3]周春夢.三峽庫區流域面雨量預報模糊檢驗[J].科學出版社，2013（12）.

P457.6

A

2095-2066（2016）34-0081-02

2016-11-14

林偉（1976-），男，助理工程師，大專，主要從事于雨量觀測，水情預報，汛期大水期間閘門開啟流量的報訊工作。