多普勒天氣雷達(dá)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制及流域降雨定量估算應(yīng)用研究

姜濤 許仕清 張龍斌 曹海維

摘 要：為了有效應(yīng)對自然災(zāi)害問題，進(jìn)行防洪減災(zāi)策略的應(yīng)用是必要的，多普勒天氣雷達(dá)具備良好的防洪減災(zāi)效益，通過對多普勒天氣雷達(dá)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制及流域降雨定量模式的應(yīng)用，滿足現(xiàn)階段氣象監(jiān)測工作的要求。該文就多普勒天氣雷達(dá)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制問題展開分析，旨在解決多普勒雷達(dá)晴空回波、數(shù)據(jù)短缺等問題，進(jìn)行插補(bǔ)延長技術(shù)的應(yīng)用，通過對GIS模式的應(yīng)用，實現(xiàn)子流域劃分，確保流域格網(wǎng)化。實踐證明，多普勒雷達(dá)具備良好的降雨監(jiān)測能力，實現(xiàn)流域降雨分布的有效展示。

關(guān)鍵詞：多普勒天氣雷達(dá)；防洪減災(zāi)；流域格網(wǎng)化；子流域劃分

一、關(guān)于多普勒雷達(dá)及流域信息的分析

（一）多普勒雷達(dá)

多普勒天氣雷達(dá)具備良好的降雨監(jiān)測效益，它是一種新型的降雨監(jiān)測工具。中小尺度系統(tǒng)的降雨，具備高強(qiáng)度性的特點，在極短時間內(nèi)，能夠造成巨大的洪澇災(zāi)害，為了有效應(yīng)對這類氣象問題，需要進(jìn)行新型氣象觀測模式的應(yīng)用。受到客觀條件的影響，我國的常規(guī)氣象監(jiān)測網(wǎng)具備較低的工作效益，尤其是受到惡劣天氣環(huán)境的影響，氣象監(jiān)測系統(tǒng)難以及時進(jìn)行惡劣天氣狀況的跟進(jìn)及預(yù)報。多普勒天氣雷達(dá)具備較高的空間分辨率，在短時間內(nèi)，能夠進(jìn)行惡劣天氣氣候的有效監(jiān)測及預(yù)報。

（二）流域降雨特征

為了進(jìn)行流域降雨特征的有效性分析，必須根據(jù)流域地形狀況，展開流溪河流域范圍的確定，這里面的數(shù)字地形影響因素主要包括子流域便捷、流向。地面高程模型等因素，通過對專業(yè)性空間分析工具的應(yīng)用，進(jìn)行流溪河流域子流域的有效劃分。在工作過程中，需要進(jìn)行研究區(qū)域DEM數(shù)據(jù)的加載分析，做好洼地地形的填充工作，做好無洼地河流流向的計算工作，做好匯流累計流計算工作，做好匯流點的設(shè)計工作，滿足流域降雨特征的工作分析要求。

二、多普勒雷達(dá)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制模式及流域降雨定量估算模式的優(yōu)化

通過對多普勒雷達(dá)降雨回波探測數(shù)據(jù)的分析，得知其主要存在晴空回波、數(shù)據(jù)短缺等數(shù)據(jù)資料問題，為了解決這些數(shù)據(jù)資料問題，需要進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制模式的開展。

（一）插補(bǔ)延長方法的應(yīng)用

數(shù)據(jù)短缺問題是常見的雷達(dá)監(jiān)測問題，這種問題的影響因素諸多，比如暴雨過程中的單獨單位數(shù)據(jù)丟失狀況。在數(shù)據(jù)短缺點的檢測過程中，需要做好數(shù)據(jù)短缺點的細(xì)節(jié)性檢測工作，這主要涉及到徑向短缺模塊及單點短缺模塊的檢測應(yīng)用，徑向短缺問題是客觀存在的雷達(dá)監(jiān)測問題，通過對沿軸向方向的應(yīng)用，可以有效提升徑向短缺數(shù)據(jù)的檢測效益，在檢測過程中，如果出現(xiàn)同一徑向方向短缺數(shù)據(jù)點信息的異常狀況，就說明該徑向方向的數(shù)據(jù)點存在丟失狀況。

（二）數(shù)據(jù)短缺處理

為了有效解決數(shù)據(jù)短缺問題，需要進(jìn)行單點短缺數(shù)據(jù)插補(bǔ)方法的應(yīng)用，提升徑向短缺數(shù)據(jù)插補(bǔ)方法的應(yīng)用效益。在單點短缺數(shù)據(jù)插補(bǔ)應(yīng)用過程中，其實現(xiàn)了對周圍有效點回波值求平均方法的應(yīng)用，徑向短缺數(shù)據(jù)插補(bǔ)方法實現(xiàn)了對時間插補(bǔ)延長模式及空間插補(bǔ)延長模式的有效應(yīng)用。在空間插補(bǔ)延長法的應(yīng)用過程中，其實現(xiàn)了對其他有效點數(shù)據(jù)的有效性填補(bǔ)，通過對線性插值方法的應(yīng)用，進(jìn)行數(shù)據(jù)丟失點值的數(shù)據(jù)計算。

在時間插補(bǔ)延長法的應(yīng)用過程中，其實現(xiàn)同一單元不同時間段的有效點測值數(shù)據(jù)的插補(bǔ)延長，在應(yīng)用過程中，其實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)丟失點的查找，通過對線性插值方法的利用，實現(xiàn)對有效點測值數(shù)據(jù)的有效插補(bǔ)，通過對空間插補(bǔ)延長法的應(yīng)用，提升插補(bǔ)延長計算的效益，通過對雷達(dá)回波值的利用，實現(xiàn)了對空缺徑向的有效插值。

（三）異常點處理方案的應(yīng)用

通過對異常點處理方法的應(yīng)用，實現(xiàn)對多普勒實測數(shù)據(jù)信息的有效性分析，在這個過程中，其出現(xiàn)了一系列的回波值突變狀況，和其他八個回波值數(shù)據(jù)相比，差距過大，在這個過程中，也出現(xiàn)了非正常體掃波束情況。為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制效益的提升，把不合理的測值稱之為孤立點，孤立點具備較為明顯的孤立特征，在雷達(dá)回波圖上難以用肉眼觀察。

在異常點檢測過程中，需要遵循相關(guān)的檢測順序，進(jìn)行網(wǎng)格內(nèi)有效回波的檢查，進(jìn)行其與有效降雨回波閥值的差異性比較，如果其數(shù)值大于后者數(shù)值，則將其判斷為異常點，通過對網(wǎng)格內(nèi)有效回波的檢查，進(jìn)行異常點狀況的判斷。

通過對二維中值濾波法的應(yīng)用，可以有效解決異常點回波問題，這就需要做好雷達(dá)掃描徑向漫游工作，進(jìn)行模板范圍內(nèi)雷達(dá)坐標(biāo)點的雷達(dá)回波值讀取工作，進(jìn)行模板中心點回波值的判斷，進(jìn)行其與有效回波閥值的有效性對比，如果前者大于后者，就需要進(jìn)行中值濾波算法的應(yīng)用，滿足雷達(dá)回波處理工作的要求。

在異常波束的處理過程中，如果其與周圍回波聯(lián)系性差距較大，就可以將其判斷為徑向缺失回波狀況，通過對空間插補(bǔ)方法的應(yīng)用，可以有效解決徑向缺失回波問題。為了有效解決晴空回波問題，提升流域降雨定量估測效益，需要進(jìn)行格網(wǎng)點基礎(chǔ)回波處理方法的應(yīng)用，進(jìn)行基礎(chǔ)回波的確定，做好晴空回波的剔除工作。為了進(jìn)行基礎(chǔ)回波大小的確定，需要進(jìn)行地面雨量站降雨量及雷達(dá)回波關(guān)系的判斷，做好基礎(chǔ)回波值的確定工作，進(jìn)行基礎(chǔ)回波值對網(wǎng)格內(nèi)回波的檢測應(yīng)用，如果后者小于前者的數(shù)值，就可以將該點判斷為非降雨點，進(jìn)行該點有效回波值的計算，進(jìn)行奇異點的檢測判斷。

（四）流域降雨定量估算方案的應(yīng)用

為了提升流域降雨定量估算準(zhǔn)確性，需要進(jìn)行多普勒雷達(dá)測量降雨回波和地面單位降雨的有效性練習(xí)，進(jìn)行地面測雨單位與雷達(dá)空間關(guān)系的建立，通過對空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能的利用，進(jìn)行流域格網(wǎng)化，進(jìn)行流域降雨量的有效估算。在這個過程中，需要根據(jù)雷達(dá)的降雨回波率狀況，進(jìn)行地面雨量單元與雷達(dá)測雨單元的有效聯(lián)系，通過對降雨回波率的利用，進(jìn)行降雨率的估算。

三、結(jié)語

通過對多普勒天氣雷達(dá)的利用，可以實現(xiàn)對河流域的天氣狀況的有效監(jiān)視，滿足了流域降雨定量估算工作的實際要求。

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