四川省地面雨量站站网现状分析

气象台站站网布局质量直接影响观测资料的使用效益。通过水平站间距、垂直层分布、坡度、流域、风险区划、站点控制范围以及网格覆盖率等多个角度对四川省现有地面雨量站站网进行分析,以期为后续增减站点、站网布局优化提供科学依据。分析结果表明:(1)四川省雨量站平均水平站间距为9.04 km,完全满足世界气象组织OSCAR对气候监测领域的需求,满足全球数值天气预报的“突破”需求,但距理想的“目标”还有一定差距;(2)四川省80%以上的雨量站布设在低海拔和中海拔区域,92.38%的雨量站布设在平坡地、较平坡地、缓坡地和较缓坡地;(3)四川省较高和高风险区面积占比不足40%,站数占比达50%以上,且站网密度随着风险区从低到高逐渐增大;(4)站点控制面积<100 km^(2)的区域主要分布在四川盆地内,川西高原站点控制面积普遍在100 km^(2)以上,个别站点控制面积在1000 km^(2)以上;(5)不同分辨率网格覆盖率,四川盆地内最高,攀西地区次之,川西高原相对较低。     

海河流域不同地形站网密度对面雨量分析精度的影响

利用2011-2013年汛期逐时降水量资料,将国家常规站与区域加密站进行分拣合成,通过面雨量离差系数、面雨量比值系数、点面关系综合分析不同地形条件下站网密度对海河流域各水系面雨量计算精度的影响。结果表明：站网密度是影响面雨量计算精度的重要因素,对不同地形面雨量分析存在不同程度的影响。其中,混合地貌水系中地形分布、降水分布差异尤为明显的滦河水系影响最大,站网密度较低的常规站对面雨量估计比高站网密度的合成站平均偏高2.5 mm,12%误差超过5 mm;其次山区永定河水系低站网密度常规站对面雨量估计平均偏高1.5 mm,相对误差达80.3%,尤其局地性短时强降水时,面雨量分析误差高达10倍以上;此外,混合地貌水系北三河、南运河站网密度对面雨量影响程度略低于滦河水系,平原区徒骇马颊河以及混合地貌中地形差异较小的大清河、子牙河影响较低。     

多源融合降水实况分析产品在海河流域的适用性评估

基于逐小时地面站点降水观测数据和国家气象信息中心研发的5 km多源融合降水实况分析产品,采用算术平均法对2021年6～9月海河流域面雨量进行估算。通过相关系数、平均误差和均方根误差等多种评估指标,客观定量评估多源融合降水实况分析产品在海河流域的适用性。结果表明：多源融合降水实况分析产品与地面观测资料估算的面雨量结果基本一致,能较好地反映2021年6～9月海河流域面雨量的时空变化特征,但在量值上存在高估且随着降水量增加,估算误差也越大。分区对比,融合实况分析产品和站点的误差与子流域的平均降水量、海拔高度和面积密切相关。对于各量级面雨量出现的频次,融合实况分析产品与站点整体相差不大,准确率可以达到90%及以上。总体而言,5 km多源融合降水实况分析产品的质量较高,可进一步应用于海河流域精细化面雨量监测业务中。     

都江堰特大暴雨过程中GIS的多种面雨量计算方法对比

本文采用GIS栅格插值的常用方法,反距离权重法(IDW),样条函数法(Spline),克里金法(Kriging),协同克里金法(Co-Kriging),泰森多边形法(Thissen)对2013年7月8～11日都江堰特大暴雨过程进行面雨量计算的对比分析,并用FLood Area模型对此次过程中白沙河流域的暴雨洪涝过程进行模拟,结果显示:5种面雨量计算方法的结果受雨量站密集程度和降水空间分布特征的制约,特别是样条函数法和泰森多边形法,对雨量站分布影响较为敏感;小时面雨量计算中站点分布对样条函数法影响更大;协同克里金法计算面雨量可使FLood Area模拟结果更优,更接近于真实值;在复杂地形条件下面雨量计算中,考虑地形的相关影响可有效提高降水插值精度,使Flood Area模型的模拟结果误差更小。      

温州地区雨量站点合理配置密度研究

通过对近11年历史天气图的分析,选出能够代表温州地区降水特点的8次天气过程,再从中各选出最具代表性的一日降水作为试验研究对象.运用反距离平方法在30～80个测站的站密度等级上分别对8日进行插值,得到误差随站密度的变化图,从而分析出温州地区雨量监测站点的合理配置密度,为站点建设提供依据.     

人工增雨效果评估中的面雨量计算分析

选取北京地区两次不同性质降水过程,分别对仅用气候站和并入自动气象站/雨量站的雨量资料,应用算术平均法和泰森多边形法对固定目标区进行面雨量计算分析.结果表明,泰森多边形法在不同性质降水过程面雨量计算中都表现出了一定优越性;并入自动气象站/雨量站的面雨量结果较仅用气候站资料所得结果更具代表性.在人工增雨效果评估中,可以尝试对由气候站计算的面雨量统计订正的办法,较精确地获得历史期目标区(包括控制区)面雨量实际值,这对提高人工增雨效果的评估精度具有重要实用价值.     

统计评估人工增雨效果的一些问题研究

雨量是大气降水的量度，还是人工增雨效果评估的重要参量。由于大气降水天气系统出现频率、雨区形状、大小、降雨持续时间、雨区中雨强分布等各年、月不同，被雨区覆盖的雨量站的雨量也是不断地变化的；站间雨量将不是一一对应的确定关系，而呈现统计相关关系。相关的程度又受多种因素制约，其中站点间的距离、降雨时间长度是重要因子。因此，研究它们对相关的影响对于人工增雨效果评估的科学性有十分重要的作用。     

新一代天气雷达与地面雨量资料的综合分析

自动雨量站的资料质量控制问题是雷达和自动站联合估测降水中的一个最基本、最关键的问题.以广东省境内891个自动雨量站为分析对象,在利用传统的只针对自动雨量站资料本身质量控制方法的基础上,引入雷达资料,将地面实测雨量与雷达估测雨量通过相似离度的方法找二者之间的关系,进一步对雨量站资料进行控制,形成了一套结合雷达资料的自动雨量站资料质量控制方法,并对雷达回波强度和自动站雨量的相关性进行了研究.得到以下结果:在被考察的891个自动雨量站资料中,有约2.9%(26个)的自动雨量站资料可确定为错误的站点,约有3.4%(30个)自动雨量站资料被列为有严重问题的站点,约有25.8%(230)个自动雨量站资料被列为有一般问题的站点.在综合分析多个个例后,证明此方法具有一定的可行性,但对所需选取个例需降雨强度大、时间长且覆盖范围广的要求也是此方法的局限性.     

中国地面气温和降水网格化数据精度比较

采用2013年国家气象信息中心逐日的839个中国基准、基本气象站,2419个国家级地面气象站,3万个逐小时中国地面站气温和降水数据,利用ANUSPLIN、SHERPAD和OI插值方法进行网格化,比较了日尺度上不同方法插值不同站网密度站点数据的精度。结果表明:台站点数量多的插值结果,对降水或气温描述的准确性高,相关性随站点密度增加而增大,均方根误差随站点密度增加而减少。不同方法得出的相关性、均方根误差随季节变化明显,且差异较大,并具有月尺度变化特征。夏季站点数量相同的不同插值结果,降水场的相关系数、RMSE等评分指标均优于年平均,气温的相关系数则低于年平均。降水场的评估指标时间序列不确定性更大,波动范围大于气温。国家气象信息中心制作的基于气候背景场OI插值的2419站降水场和考虑高程ANUSPLIN插值的2419站气温的综合评价较好。     

多普勒雷达降水产品优化

通过对雷达1h、3h降水产品进行应用检验,找出降水产品的局限性及其测量误差;利用反射率因子及自动站雨量资料,通过调整雷达混合扫描面弥补了降水产品因山脉等地物挡角大而缺测面大的缺陷;结合雨量站资料运用最优插值、卡尔曼滤波等方法对本地Z-I关系及降水产品进行调整优化;调整后的降水产品估测降水的误差明显减小,产品质量大为提高。     

多普勒雷达降水产品优化

通过对雷达1h、3h降水产品进行应用检验，找出降水产品的局限性及其测量误差；利用反射率因子及自动站雨量资料，通过调整雷达混合扫描面弥补了降水产品因山脉等地物挡角大而缺测面大的缺陷；结合雨量站资料运用最优插值、卡尔曼滤波等方法对本地Z-I关系及降水产品进行调整优化；调整后的降水产品估测降水的误差明显减小，产品质量大为提高。     

基于GIS的沙澧河流域面雨量算法对比分析

为了获取更客观有效的沙澧河流域面雨量计算方法,提高暴雨强度和落区监测与预报的准确率,利用ArcGIS9.3中的空间分析功能,以沙澧河流域1∶25万地理信息数据、16个气象站和217个加密自动雨量观测站的实况雨量资料为背景数据库,选取反距离加权算法、克里金算法、样条函数算法、泰森多边形算法,对沙澧河流域6个分片区的面雨量进行计算,并对计算结果进行了对比分析。结果表明,面雨量计算精度与雨量观测站密度与分布、降雨强度有关。其中,克里金算法计算的流域面雨量精度较高,更适合于整个沙澧河流域面雨量的计算;其次是泰森多边形算法和反距离加权算法,样条函数法算法应用效果较差。当雨量站点分布密集且比较均匀、降水空间分布均匀时,4种算法均适用于面雨量的计算,其中以克里金算法计算的面雨量使用效果最好;当雨量站点分布密集且比较均匀,降雨强度大,降水空间分布不均匀时,反距离加权算法、克里金算法、泰森多边形算法均适用于流域面雨量的计算,其中以泰森多边形算法计算的面雨量效果最好,样条函数法算法不适用此情况下面雨量的计算。当雨量站点分布密集且比较均匀、降水空间分布均匀时,计算的面雨量较站点或降水空间分布不均匀时计算的面雨量更接近实际情况。     

面雨量空间扩展估算法

以温州地区1991～2001年90个观测站的月平均降雨为例,在GIS支持下,对样条函数法、克立格内插法及距离平方反比法这3种插值方法进行了对比研究;并在90个观测站中筛选出最少量的、能达到稳定结果的站点数;还考虑了插值的空间分辨率对结果的影响。对上述3点进行大量的计算、统计分析的结果表明:①在选择距离平方反比法及样条函数法对月平均降雨量插值效果均较好;②利用这两种插值方法对不同站点密度选取不同空间分辨率插值后得出,选取50站误差趋于稳定,利用距离平方反比法插值结果误差较小,而空间分辨率对结果几乎没有影响。利用距离平方反比法,选择50个站得到了温州地区1km×1km面雨量空间扩展结果,为水文预报工作提供一种较精确的面雨量估算和输入方法。     

基于逐时降水站点资料空间插值方法对比研究

自动站降水资料的格点化是目前气象业务及研究亟需解决的问题,空间插值方法是数据格点化最直接有效的方法。本文选取3个降水个例分别作为大范围强降水、大范围弱降水和局地强对流3种类型降水的典型代表,采用8种常用的插值方法,设计3组试验,通过交叉检验对比8种插值方法降水的插值效果及站点密度对插值效果的影响。结果表明:高密度站点试验表明(站点平均距离约为9.0 km),8种插值方法降水的插值效果依次为CR、IW、NN、LP、KR、TL、MQ和SP,8种插值方法之间的差异小于样本间的差异,即插值效果主要取决于站点的分布而不是插值的方法。低密度站点试验表明(站点平均距离约为30.0 km),大范围降水个例(包括大范围强降水和大范围弱降水)插值的均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)显著增大,不同插值方法之间的差异也增大;而局地强对流个例中,插值后均方根误差增大幅度较小,不同插值方法之间的差异较小。利用CR、IW和NN等3种插值方法开展站点密度敏感性试验,试验表明站点密度提高有利于减小降水插值误差,但站点平均距离达13.0 km甚至更密时,降水误差减小的趋势变缓。     

雨滴谱资料在雷达面雨量估测中的应用

利用福建省龙岩市单站Parsivel 2雨滴谱仪2015—2016年监测资料,拟合修订本地不同季节的多普勒天气雷达Z/I关系,将修订后的Z/I关系应用于本地雷达降水估算中,以龙岩区域自动站降水资料为检验依据,分析2015—2018年10次降水过程中多普勒天气雷达Z/I关系修订前后对流域面雨量估算精度的变化。结果表明:利用雨滴谱资料进行本地Z/I关系修订后,面雨量估算值较自动站偏小,误差下降了20%,雷达面雨量的估算精度总体提高了50%。     

面向流域的定量降水估测产品检验订正

伴随着多源降水融合技术的发展,我国卫星、雷达反演、地面雨量观测计定量降水估测(QPE)产品已逐步趋于成熟,有效弥补了仅基于常规雨量站降水数据时空分辨率不足的缺陷,为江河流域面雨量产品开发和应用提供了契机;而对QPE产晶进行适用性检验和汀正是其在面向流域面雨量应用中的前提和基础。本研究利用国家气象中心及国家气象信息中心开发的QPE产品,结合水文站点实测降水数据,分别从产品误差的时空分布、流域的平均误差、不同量级降水的产品质量等角度,综合利用TS评分、命中率、漏估率、空估率以及ROC曲线等多种统计检验方法总体评估降水产品的适用性;采用递减平均法对每日的定量降水估测和实况降水的误差进行相关统计,在此基础上,对初始的QPE产品进行了优化订正,建立了基于QPE的流域面雨量产品;最后以沂河临沂站以上流域的水文要素预报为例,验证了订正产品对水文模式预报改进效果。上述研究表明,基于多源降水融合的QPE面雨量产品开发,在一定程度上可弥补目前国家级流域面雨量业务精细化不足,提升了国家级水文气象业务的技术能力。     

资水流域柘桃区间中小河流域面雨量算法比较分析

为探析国家气象信息中心多源融合格点降水实况产品在中小河流面雨量计算中的可行性,该文以湖南省资水流域柘桃区间为例,利用泰森多边形法、算术平均值法、克里金插值法以及国家气象信息中心多源融合格点降水实况产品,以2020年9月的主要降水过程为代表,对4种方法计算的面雨量结果进行比较分析。结果表明：(1)4种方法的计算结果相关性显著,均能较好反应出不同强度降水及不同子流域之间的差异。大多数情况下算术平均值法的结果偏大,多源融合格点实况法的结果偏小,插值法和泰森多边形法的结果介于二者之间。(2)当地面雨量站分布密集或降水空间分布均匀时,4种方法计算结果的标准差较小;当地面雨量站分布稀疏或降水空间分布不均时,4种方法的结果标准差较大,此时采用多源融合格点实况法比算术平均值法、泰森多边形法更合理可靠。(3)对于地形地貌复杂多变的山区,尤其是暴雨以上强降水天气,降水空间分布十分不均,实际计算中小河流域面雨量时,针对不同的子流域、不同的天气过程,应当根据天气系统及降水空间分布综合分析,合理利用多种方法才能准确把握面雨量的大小和可能的误差。     

利用多普勒雷达资料作站点雨量及面雨量临近预报

通过对近两年收集的降水过程的雷达回波资料进行统计分析,得到本地区主要降水过程类型及其回波演变特征;利用反射率因子的基数据和风廓线产品数据等资料,运用交叉相关法计算区域速度、读取风廓线得到环境风速度,自动判别降水回波类型、识别回波整体及单体移动速度;应用本地实时的dBz-I关系及线性外推法计算未来1～2 h站点降水量及面雨量,实现降水临近预报自动化;应用自动站雨量资料及雷达联合自动站资料所作的雨强实时分析场对1 h站点雨量预报及区域雨量预报进行初步检验,1～24.9 mm和≥25 mm以上站点预报的平均相对误差分别为58%、33%;区域雨量预报的雨区范围及中心分布与实况具有较好的一致性;2 h降水预报在回波较稳定时,仍有较好的预报效果.     

雷达定量估测不同类型降水

利用2002、2003年自记雨量资料及相应的雷达体扫资料,用最优化法统计得出福建中北部不同区域不同降水类型的z-I关系,并将统计结果用于2005年、2006年的降水估测.同时利用实时雨量资料采用卡尔曼最优(卡尔曼滤波 最优插值)、变分等估测方法进行实时雨量校正,用福建北部武夷山九曲溪流域雨量计检验校正后的雨量值,并对上述几种方法的点及面的估测结果进行比较.结果表明:卡尔曼最优法及100 km距离范围内的最优化法对站点及面平均降雨量估测误差最小,Z=300I1.4估测的误差最大.     

CB雷达OHP产品与雨量计雨量对比分析

利用2012年陕西6部新一代天气雷达的雷达产品生成子系统,回放雷达基数据获取雷达1h降水量产品,同时获取对应雨量站、对应时段的小时雨量,形成雷达小时雨量-雨量站小时雨量数据对,采用统计学方法进行对比分析,结果表明:雨量站小时雨量为(0.7,10]mm时,雷达面雨量大于地面雨量站雨量;雨量站小时雨量在(10,20]、(20,30]mm两个区间内时,全省各个雷达站雷达面雨量均小于地面雨量站,而且误差明显。