雷達測雨技術在水文上的運用探討

李杰

摘? 要：雷達測雨技術是一種主動形式的遙感手段，其可探測大范圍瞬時降雨分布，具有較高的空間分辨率、時間分辨率。該文以雷達測雨技術在水文中的運用為入手點，闡述了雷達測雨技術在水文中運用優勢。以雷達測雨技術預報精度影響因素為入手點，對雷達測雨技術在水文中的具體運用進行了簡單的分析，以期為雷達測雨技術更好地應用于水文學提供一定的借鑒。

關鍵詞：雷達測雨技術? 水文? 時間分辨率

中圖分類號：P3321 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）08（a）-0216-02

1? 雷達測雨技術在水文中運用優勢

1.1 拓展降雨監測范圍

雷達測雨技術應用原理決定了其可以不受地理環境的影響，增加降雨檢測范圍。并準確測量瞬時降雨量。

1.2 提高降雨監測精度

由于雷達測雨技術在應用過程中可以人造衛星為樞紐，根據不同區域檢測需求進行檢測方案的合理設置。整體降雨監測精確度較大[1]。

1.3 為水文行業發展提供驅動力

通過雷達測雨技術在水文行業的應用，可以將不同區域降水過程轉化為數據走勢，進行全面、準確預報。進一步加強降雨檢測真實性，為水文行業發展提供充足支撐。

2? 影響雷達測雨技術在水文中運用精度因素分析

2.1 水文模型及測雨數據分辨率

由于徑流對雷達測雨時間、空間分辨率的高敏性，水文模型內網格化降雨時間及空間變換、降雨空間變換，均會對雷達測雨技術在水文中運用過程線具有一定影響。而水文模型結構分割方式及測雨數據的不確定性，也導致水文過程線總徑流量、洪峰到達時間、洪峰流量間存在較大誤差。

2.2 流域尺度及子流域劃分方法

流域尺度及子流域劃分方法對雷達測雨水文響應具有一定影響。整體水文系統的復雜性，決定了其研究對象尺度的不確定性。再加上小流域降雨、地表通量獨立存在，整體降水徑流系統具有高度非線性特征，根據流域尺度變化，其影響徑流因素也在變化。這種情況下，同樣的降雨輸入模擬徑流精度就會有較大的差別，進而致使雷達測雨誤差增加[2]。

2.3 徑流模擬誤差

徑流模擬誤差主要是由發射率在垂直方向上變化、雷達發射率與雨水強度間關系不確定兩個因素導致。徑流模擬誤差的出現，會直接導致雷達測雨誤差。進而導致洪水預報誤差及洪水量誤差的出現。

3? 雷達測雨技術在水文中運用措施

3.1 優化水文模型及測雨數據分辨率

針對水文模型分割方式及測雨數據分辨率對雷達測雨技術應用精度的影響，相關人員首先可以水文模型分辨率與徑流間聯系為入手點，綜合考慮水文模型類型、流域尺度、降雨類型、降雨強度、流域特性等因素，選擇恰當的雷達測雨時間分辨率[3]。并利用實驗的方式，確定模型分辨率極限尺度，以獲得最大雷達測雨精度。

其次，為實現地理地域的精確測雨，相關人員可以雷達檢測分辨率為入手點，研發雷達空間分辨率提升方式。或者引入先進的天氣雷達設備，以保證水文中對雷達測雨地域控制精確度要求的充分滿足。

最后，在雷達自身空間分辨率提升的背景下，為更加準確地預報降雨走勢，相關人員應以雷達自身時間分辨率提升為入手點。在概念性元素模擬模型，或者經驗函數關系模型中，對雷達自身時間分辨率進行描述分析。逐步深入探究雷達自身時間模型對流域徑流形成的作用，確定雷達測雨技術時間分辨率提升方向。同時適當延長雷達測雨預報時間。如提前暴雨天氣預報時間等，以便為區域群眾生產生活提供良好的指導。

3.2 改進流域尺度及子流域劃分方法

針對流域尺度及子流域劃分方法對雷達測雨徑流模擬精度的影響，相關人員可以選擇WSD-88D第三階段降雨數據用SWAT模型。在HRAP（降雨分析格網系統）內，對網格子流域、自然子流域進行比較分析。以確定最佳子流域劃分方法[4]。

在最佳子流域劃分方法確定之后，相關人員可以雷達監測站點選擇為入手點，合理布局，設置網格化測雨空間，以平均不同雷達測雨信號強度，降低不同雷達間信號干擾問題對雷達測雨精度的影響。在這個基礎上，相關人員可結合以往雷達測雨技術在水文中的應用經驗，強化對各檢測區測雨數據整理、評估作業。并利用計算機技術，搭建雷達測雨網絡平臺，以實現雷達測雨數據共享。為不同區域雷達測雨數據的協同管理奠定基礎。

3.3 完善徑流模擬誤差處理方案

一方面，針對發射率在垂直方向上的變化導致的降雨誤差，相關人員可以對發射率在處置方向上的變化進行修正處理。即利用雷達實時掃描技術，利用垂直指向雷達應用實驗的方式。從不同距離、不同方向，設置若干個垂直指向雷達的垂直輪廓線。隨后對單點垂直輪廓線進行觀察測量。而通過對各單點垂直輪廓線觀察結果進行分析，可以為整個雷達網垂直發射因子誤差修正提供充足的垂直輪廓線。同時考慮到雷達測雨檢測回波信號在垂直方向上產生的波動無法根除。因此，為進一步降低雷達測雨誤差，相關人員可以雷達仰角降低為入手點，從低仰角測雨數據、高仰角測雨數據兩個方面，對不同雷達仰角測雨數據進行類比分析。并匯總相關信息，構建雷達測雨數據檢測模型。在雷達測雨數據檢測模型內對雷達檢測系數進行校正。

另一方面，針對雷達發射率與雨水強度間關系不確定導致的雷達測雨誤差，相關人員可以利用雷達-雨量計聯合估算的方式。綜合利用雨量計差值數據、雨量計基礎數據及雷達單一測量數據、雷達-雨量計聯合插值數據，輸入分布式水文模型RORB內。觀測上述數據對模擬水文過程線的影響。通過對比分析，可以確定洪峰流量濃密校正值及洪峰到達時間模擬校正值。其中在雷達-雨量計聯合插值數據計算時，相關人員可以選擇卡爾曼濾波-變分校正法，以一定密度的雨量站網作為雷達實時校正標準，保證雷達測雨數據的精確性。同時對于不同地理氣候區域及不同降雨特征水文模塊，相關人員可以雷達測雨雷達發射率-雨水強度關系圖構建的方式，在圖形數據整理分析的基礎上，融入雨量統計信息。促使雷達測雨站點、傳統測雨站點相互校正，為雷達檢測系數校正效果提升提供依據。

此外，在水文科學未來發展過程中，水文數據獲得精度至關重要。因此，為避免雷達測雨誤差、水文模型性能對雷達測雨水文學研究應用的限制，相關人員可以水文預報精度潛力改進作為后續研究方向。在GIS地理信息系統內，尋求不同尺度下合理的水文理論及雷達測雨規律。結合數學高程模型，在雷達測雨與GIS地理信息系統聯合模型內引入高分辨率時空變化的降雨輸入參數或者其他空間變化的參數，以便更加準確、完善地模擬水文變化過程，為雷達測雨徑流模擬尺度誤差問題的有效解決提供依據。

4? 結語

綜上所述，雷達測雨技術在水文行業的應用，可以進一步加大水文學研究廣度、深度，為水文學的進一步發展提供依據。因此，為保證雷達測雨技術的有效應用，相關人員可以影響雷達測雨技術應用精度因素入手，綜合分析水文模型及測雨數據分辨率、流域尺度及子流域劃分方法、徑流模擬誤差等因素。制定對應的優化方案，保證雷達測雨技術在水文行業應用優勢的充分發揮。

參考文獻

[1] 郭東渠.雷達測雨技術在水文上的應用[J].北京農業，2015（27）：213.

[2] 牛睿平，劉筠，王娟，等.利用數據融合算法提高雷達面雨量監測精度[J].水利信息化，2018（1）：30-35.

[3] 張奡祺，傅云飛.GPM衛星雙頻測雨雷達探測降水結構的個例特征分析[J].大氣科學，2018，42（1）：33-51.