多普勒天气雷达—自动雨量计联合定量估测降水方法研究

作     者：梁卫芳 

作者单位：中国海洋大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吴增茂

授予年度：2008年

学科分类：07[理学] 070601[理学-气象学] 0706[理学-大气科学] 

主      题：多普勒天气雷达 天气雷达-自动雨量计联合定量估测降水 卡尔曼顺序滤波标校法 

摘      要：本文利用青岛市气象局多普勒天气雷达基数据和自动雨量计资料,研究采用kalman滤波技术进行多普勒天气雷达-自动雨量计联合定量估测降水的可用于实际预报业务中的方法。比较几种多普勒天气雷达-自动雨量计联合定量估测降水的方法发现,单点校准法和平均校准法把自动雨量计数据简单的视为真值,且获取校准因子时仅考虑本时次数据的影响,而距离加权法和变分校准法校准因子场的获取的主观假设,更多的是出于数学上的考虑,缺乏雷达气象学的理论依据,其误差实际分布情况分析困难。相较而言,卡尔曼滤波校准法在获取校准因子场时,理论依据明晰,不仅考虑了实时雨量计数据的校准作用,也考虑了估测误差的历史积累的控制作用,具有一定的统计意义,防止实时雨量计数据出现大的偏差或代表性问题时,估测结果也出现大的误差。另外,其误差分布情况也比较清晰,可以由相同位置的估测数据与雨量计数据的分析结果代表,也可以与其它方法联合使用,提高其精度,是适合在实际业务中应用的方法。 经过对青岛市多普勒天气雷达历史资料统计特征的分析,天气雷达资料的质量控制采取了空间连续性检验、平均值阈值检验、倾斜测试法和上限阈值限定的方法进行。多普勒天气雷达反射率因子的选取采用混合扫描方法,雷达波束的充塞系数问题则不予考虑。天气雷达资料网格化方案,设计为滑动平均法。对自动雨量计数据的质量控制,采取上限阈值限定的方法,并对5mm/h以下的雨量不予采用。 对于实时业务程序的设计上,考虑到雷达数据计算量大,以及节约计算机资源,和维护的方便,以分模块设计比较适宜。其中主程序后台以服务器方式独立运行,而显示模块则可以设计为人机交互模块。 本文利用台风“韦帕的资料,以自动雨量计数据为真值,统计了降水估测结果的偏差和相对误差。统计结果显示,在20-50mm/h的雨强档上,估测结果的总体可用性较好。出现这种结果的原因是,20-50mm/h的雨强在该个例中拥有最高的总体权重。 误差分析还说明,即使在同一时刻,青岛地区不同性质的降水回波,Z-I关系式的系数也有非常大的差异。研究历史资料的统计方法和实时的回波性质识别技术是提高多普勒天气雷达-自动雨量计联合定量估测降水精度需要首先解决的问题。