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多普勒雷达—自动雨量站定量降水估计技术研究

何滨  
【摘要】:为实现雷达资料在短时预报业务中的应用,本文采用卡尔曼滤波技术,研究多普勒天气雷达-自动雨量计联合定量估测降水的方法。利用永州市2008年6月12-13日的一次降水过程的雷达反射率,以及相对应的自动雨量站逐小时降水资料,完成了四个方面的工作: (1)采用最优化法所得到分段优化Z-I关系,研究了雷达定量估测降水的方法,获得了其每小时降水分布情况。 (2)采用不同的Z-I关系分别反演了降水量以其降水分布。 (3)在上述工作的基础上,分别用以上几种Z-I关系反演出的降雨量场作为初值场,用卡尔曼滤波法计算出校准因子来校准初值场的平均偏差,最后对其精度进行了评估。 (4)以自动雨量计数据作为真值,对校准后的降雨估测结果进行分析,统计了其斜率、均方根误差,并计算了其总降雨量、小时降雨量、以及单站降雨量偏差和相对误差。 统计结果显示:①卡尔曼滤波校准法估测的降水量比单纯用Z-I关系法反演出的降雨量结果精度更高,效果更稳定。②以分段优化法得到的降雨量结果作为初值场的卡尔曼滤波法总体可用性最好,结果也最稳定,说明了在卡尔曼滤波校准法中,初值场的精度起着重要作用。③卡尔曼滤波法对于10-20mm/h的降水量估测效果最好。可能原因是10-20mm/h的雨强在该个例中拥有最高的总体权重。④对未评估站点的分析表明,研究适合本地的插值方法是必要的。⑤对单站的误差分析说明,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要问题。⑥本实验所用的是单一的校准因子,未对局地偏差进行校准。今后设计用不同的校准因子对初值场进行平均偏差的订正,这是提高卡尔曼滤波方法估测降水精度的一个方向。


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