朱文婷++姜小云++吳俞

摘 要：利用?？诶走_(dá)定量估測(cè)降水的格點(diǎn)數(shù)據(jù)與海南島自動(dòng)站實(shí)際觀測(cè)到的降水?dāng)?shù)據(jù)的比值構(gòu)建了折算系數(shù)，發(fā)現(xiàn)其折算系數(shù)服從正態(tài)分布。以折算系數(shù)的多倍標(biāo)準(zhǔn)差質(zhì)控空間為檢驗(yàn)實(shí)況觀測(cè)降水的可信程度，結(jié)果表明，雷達(dá)定量估測(cè)降水對(duì)自動(dòng)站實(shí)際觀測(cè)降水有良好的質(zhì)控效果，尤其適用于熱帶地區(qū)局地強(qiáng)降水的質(zhì)量檢驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)站；雷達(dá)估測(cè)降水；折算系數(shù)；質(zhì)控區(qū)間

中圖分類號(hào)：P458.1+21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.22.134

根據(jù)氣象現(xiàn)代化觀測(cè)體系建設(shè)的需要，近10年來(lái)，海南省部署、建設(shè)了大量的區(qū)域自動(dòng)氣象站。這些測(cè)站分布在海南島和所轄海域的島礁上，形成了密度較高的區(qū)域觀測(cè)自動(dòng)站網(wǎng)。研究表明，高密度雨量計(jì)組網(wǎng)可以降低降雨測(cè)量時(shí)間和空間上的不確定性。在強(qiáng)降水預(yù)報(bào)、中小河流域山洪和地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等中，這些區(qū)域自動(dòng)氣象站觀測(cè)到的降水?dāng)?shù)據(jù)都得到了廣泛的應(yīng)用。由于儀器故障、異物誤入、維護(hù)程度等原因，區(qū)域自動(dòng)站的降水量時(shí)而會(huì)出現(xiàn)疑誤值，因此，需要對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制。

海南島地處低緯熱帶地區(qū)，對(duì)流性降水頻繁，尤其在夏季，陣性降雨量大，持續(xù)時(shí)間短，降水區(qū)域小。由于降水的復(fù)雜性，利用常規(guī)的格式檢查、極值檢查、空間一致性檢查等方法對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量控制效果有限，因此本文嘗試對(duì)比分析雷達(dá)小時(shí)估測(cè)降水與自動(dòng)測(cè)站降水，檢驗(yàn)自動(dòng)站降水的可信度。

1 資料與方法

1.1 資料

所用數(shù)據(jù)為?？诶走_(dá)小時(shí)估測(cè)降水?dāng)?shù)據(jù)和海南島390個(gè)自動(dòng)站降水?dāng)?shù)據(jù)。雷達(dá)小時(shí)估測(cè)降水產(chǎn)品數(shù)據(jù)分辨率為2 km，海南島自動(dòng)站平均覆蓋密度為6～7 km。

1.2 方法

以自動(dòng)測(cè)站的經(jīng)緯度為中心點(diǎn)，以固定的半徑畫圓周，計(jì)算落在該圓周內(nèi)所有雷達(dá)小時(shí)估測(cè)降水網(wǎng)格點(diǎn)的算術(shù)平均值，即得到該站的雷達(dá)估測(cè)小時(shí)降水量P：

. （1）

式（1）中：Gi為落入計(jì)算半徑圓周內(nèi)的第i個(gè)格點(diǎn)值。

雷達(dá)小時(shí)估測(cè)降水?dāng)?shù)據(jù)的分辨率是2 km，所以計(jì)算半徑應(yīng)為2 km或2 km的倍數(shù)。考慮到海南島自動(dòng)站的平均覆蓋密度為6～7 km，因此圓周的直徑應(yīng)小于6 km，計(jì)算半徑為2 km。以自動(dòng)站實(shí)測(cè)小時(shí)降水量為數(shù)據(jù)序列A，以同一時(shí)次的雷達(dá)估測(cè)的小時(shí)降水量為數(shù)據(jù)序列B，分別計(jì)算各站的折算系數(shù)di，得到數(shù)據(jù)序列C.折算系數(shù)di為：

di=Pi﹡/Pi. （2）

式（2）中：Pi﹡為第i個(gè)自動(dòng)站雷達(dá)估測(cè)降水量；Pi為第i個(gè)自動(dòng)站實(shí)測(cè)降水量。

以2015-07-11—20自動(dòng)站實(shí)測(cè)降水?dāng)?shù)據(jù)和雷達(dá)1 h降水?dāng)?shù)據(jù)為例，分析A，B和C三組數(shù)據(jù)序列，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)序列C整體上較好地服從正態(tài)分布。用公式（3）計(jì)算數(shù)據(jù)序列C的標(biāo)準(zhǔn)差S，并以3倍標(biāo)準(zhǔn)差劃分質(zhì)控區(qū)間，系數(shù)di落在區(qū)間[-3S，+3S]為正常數(shù)據(jù)，落在區(qū)間外的為疑誤數(shù)據(jù)。序列C的標(biāo)準(zhǔn)差S為：

. （3）

式（3）中：S為樣本標(biāo)準(zhǔn)差；N為總自動(dòng)站數(shù)，是di的平均值。

2 檢驗(yàn)結(jié)果與分析

以2015-07-18—19影響海南島的強(qiáng)降水過程為例，降水?dāng)?shù)據(jù)選取的時(shí)間段為2015-07-18T08：00—2015-07-19T08：00，選取的區(qū)域?yàn)楹Ｄ鲜∨R高縣轄區(qū)。臨高縣內(nèi)的自動(dòng)站總個(gè)數(shù)N為20，其中發(fā)生降雨的有16個(gè)。根據(jù)公式（2）計(jì)算可得雷達(dá)估測(cè)降水折算系數(shù)d的平均值為1.2，由公式（3）可得標(biāo)準(zhǔn)差為0.18，則3倍標(biāo)準(zhǔn)差質(zhì)控區(qū)間為[0.66，1.74]，折算系數(shù)d的分布整體上接近正態(tài)分布。落在3倍標(biāo)準(zhǔn)差質(zhì)控區(qū)間[0.66，1.74]之外的視為可疑，小于0.3或大于2.1的基本可判定為錯(cuò)誤。根據(jù)檢驗(yàn)方法的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，2015-07-18T08：00—2015-07-19T08：00臨高縣內(nèi)自動(dòng)站小時(shí)降水可疑總站次為33次，其中判為錯(cuò)誤的站次為2次。

在16個(gè)發(fā)生降水的自動(dòng)站中，有15個(gè)站累計(jì)降水折算系數(shù)都落在3倍標(biāo)準(zhǔn)差質(zhì)控區(qū)間[0.66，1.74]內(nèi)，僅有M1701站遠(yuǎn)低于平均值。M1701站位于臨高縣臨城鎮(zhèn)臨高角，處于海陸交界處，對(duì)于此類受局地天氣影響顯著的測(cè)站，傳統(tǒng)的一致性檢驗(yàn)效果不佳。深入分析M1701站2015-07-18T08：00—2015-07-19T08：00的小時(shí)降水發(fā)現(xiàn)，主要的降水時(shí)段出現(xiàn)在2015-07-18T10：00—11：00，其中，11：00的降水量為101 mm，而該時(shí)段的雷達(dá)小時(shí)估測(cè)降水量?jī)H為5.0 mm；10：00的降水量為26.9 mm，對(duì)應(yīng)該時(shí)段的雷達(dá)小時(shí)估測(cè)降水量為3.0 mm。兩個(gè)時(shí)次的折算系數(shù)均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于3倍標(biāo)準(zhǔn)差質(zhì)控區(qū)間值，因此，降水的異常偏大極其不合理。后來(lái)?yè)?jù)人工檢查發(fā)現(xiàn)，該時(shí)段確有異物落入雨量筒，導(dǎo)致測(cè)量出現(xiàn)異常。

3 討論

對(duì)于熱帶地區(qū)局地特征顯著的對(duì)流性降水過程而言，利用雷達(dá)定量降水估測(cè)對(duì)實(shí)況觀測(cè)降水進(jìn)行質(zhì)控檢驗(yàn)不同于業(yè)務(wù)中使用的傳統(tǒng)質(zhì)量控制方法，如果能在業(yè)務(wù)中引進(jìn)，可以彌補(bǔ)原有質(zhì)控方法的不足，特別是對(duì)儀器故障導(dǎo)致的降水異常偏大現(xiàn)象有較好的檢驗(yàn)效果。

選取折算系數(shù)d的3倍和5倍標(biāo)準(zhǔn)差質(zhì)控區(qū)間作為判定觀測(cè)數(shù)據(jù)是否存疑或錯(cuò)誤的依據(jù)主要是基于經(jīng)驗(yàn)。臨界值的界定仍需要時(shí)間更長(zhǎng)、涵蓋空間更廣的樣本數(shù)進(jìn)行回歸統(tǒng)計(jì)，才能接近合理值域。

2015-07-18—19影響海南島的強(qiáng)降水主要為急流降水，系統(tǒng)較為穩(wěn)定，因此過程雷達(dá)估測(cè)降水與自動(dòng)站實(shí)測(cè)降水的擬合率較好。至于其他類型降水，比如臺(tái)風(fēng)，夏季熱對(duì)流降水的擬合率尚未明了。因此，未來(lái)需要加強(qiáng)對(duì)不同類型降水的檢驗(yàn)，以修正該方法的不足。

參考文獻(xiàn)

[1]東高紅，劉黎平.雷達(dá)與雨量計(jì)聯(lián)合估測(cè)降水的相關(guān)性分析[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2012，23（1）：30-39.

[2]吳書成，魏爽，吳京生.雷達(dá)估測(cè)降水在區(qū)域站降水質(zhì)控中的應(yīng)用[J].氣象科技，2015，43（1）：49-52.

〔編輯：王霞〕