加密自动气象站雨量计资料的质量控制及其相关关系的研究

在长春—四平地区100 km×100 km的范围内,分布有平均间隔10 km左右的147个自动气象站。结合该区域雷达回波强度资料,对2007~2011年4~10月的气象站雨量计小时降水数据进行质量控制。多步骤质量控制结果显示,有141个自动站雨量计的数据通过了检查,删除了6个错误站点的数据,对有疑问时段的数据作了标记。利用质量控制后的5年夏季半年自动站雨量计小时降水数据,进行相关关系统计分析表明:距离在10 km以内的雨量计测量,平均相关系数均能达到0.6以上;雨量计距离小于5 km,平均相关系数在0.7以上;而站点距离超过20 km,相关系数普遍降到0.4以下;随着统计时间的增长(从分钟到月降水量),每个雨量计的测量值具有更高的空间代表性。     

自动雨量计使用情况及问题分析

目前我国地面气象观测站点分布平均站距大于50km，小于50km的降水尺度基本观测不到，这使我们无法知道地面降水的详细结构。为了满足人工影响天气科学实验需要，2005年4月到5月，吉林省人工影响天气办公室在长春西南部布设了10km正方形网格距的100个自动雨量计，总面积10^4km^2.并于6月-8月对雨量计进行了调试和数据采集，下面对雨量计及其使用情况、存在的问题进行说明分析。     

双偏振雷达在地面自动雨量观测资料质量控制中的应用研究

采用雨量计联合双偏振天气雷达对雨量计数据进行综合质量控制,使用反距离权重法(inverse distance weighting,IDW)从空间一致性上对自动雨量计进行质量控制,并用质量控制后的数据对双偏振雷达定量降水估测值(quantitative precipitation estimation,QPE)进行订正。利用订正后的QPE与雨量计观测值进行统计分析以确定质量控制规则,从空间及观测一致性上对自动雨量计进行综合质量控制。使用一次台风降水过程对质量控制算法的效果进行了验证,结果表明:单纯使用IDW法对雨量计进行空间一致性质量控制存在较多误判,主要是由于降水的局地突发性、结构不均匀性以及雨量计分布的稀疏性造成。结合偏振雷达,能够有效降低单纯使用空间一致性质量控制所引起的误判。经过雨量计校准订正后的QPE有了较大改善,从而提高了偏振雷达对雨量计质量控制的有效性。在台风降雨过程中,平均每小时约有5%的雨量计被认为是错误站点。综合质量控制法在雨量计分布稀疏或者处于降水边缘地带时存在一定的误判。     

基于激光雨滴谱仪的一次降水云滴谱特征分析

利用2012年4月30日湖北省发生的一次降水过程中收集到的地面雨滴谱资料,对不同站点对流性降水和层云性降水雨滴谱特征进行分析,并将激光雨滴谱所测降水与自动站雨量计降水进行对比分析。研究表明:不同类型降水粒子平均体积直径、优势直径、中数体积直径差异显著;对流性降水粒子谱为单峰型分布,层状云降水粒子谱为双峰型分布特征;激光雨滴谱仪和自动站雨量计观测到的小时降水量变化趋势基本一致,定量分析发现,激光雨滴谱仪测值相对与雨量计测值存在系统性偏低的情况,且雨强越大,测量偏差越大。      

利用雷达资料对自动雨量计实时质量控制的方法研究

自动雨量计资料是对降水的直接测量,在流域面雨量计算、气候研究、气象服务等方面具有重要意义。但是,由于风力、蒸发、灌溉、校准、漏斗堵塞、机械故障、信号传输等原因往往造成其存在不同类型的系统误差和随机误差, 自动雨量计数据在定量使用前需要进行质量控制。目前,天气雷达以其高时空分辨率的优势已经成为监测降水的重要手段,本文首先采用两步校准法改善雷达估测降水,然后对雷达—雨量计对之间的差异进行统计学的分析,确定自动雨量计质量控制的一些标准,从而对雨量计进行质量控制。最后用两个降水过程对自动雨量计质量控制的结果进行了检验,结果表明:两步校准法改善了雷达估测降水的系统性偏差,并减小了雨量计站点上的相对误差;可以利用雷达估测降水实现对自动雨量计的实时质量控制,就整个数据集而言,约0.1%的数据被怀疑为误判,误判的自动雨量计主要位于雨带的边缘。但该质量控制算法同时也存在一定的局限性:在雨带的边缘或没有天气雷达覆盖的区域,以及雷达资料存在数据质量问题的情况下,往往会造成对雨量计的误判。     

新一代天气雷达定量降水估测集成系统

降水的定量测量是天气雷达的重要应用之一,新一代天气雷达定量降水估测集成系统(QPEGS)是一套基于新一代天气雷达的雷达雨量计联合估测降水软件,利用多种雨量计校准雷达降水的方法,生成1小时降水分布。其产品的时间分辨率达10分钟,空间分辨率1 km×1 km,适合省市级业务台站使用。过去3年的数据评估表明:校准雨量计数量和估测精度有明显正相关,校准雨量计数越多,降水估测精度越高,2003年的小时降水估测误差约40%,过程降水量的估测误差小于20%;雨量计密度保持不变的情况下,降水时段越长,降水区域越大,降水估测的精度也越高。     

湖南省雨滴谱仪与常规降水观测对比分析

湖南省97个国家气象站自2017年开始陆续安装了雨滴谱仪,2018年1月1日起进行平行观测。为分析评估其探测降水量的准确性,选取湖南省12个国家站2018年雨滴谱仪观测资料和自动站翻斗雨量计小时降水资料,从总体观测误差、不同降水量级下观测误差和累积降水量观测误差3个方面进行对比分析,结果表明：（1）雨滴谱仪小时降水量和翻斗雨量计小时降水量存在显著的相关性,R2平均为0.94,其中南岳站R2最低为0.90,浏阳站R2最高为0.98,12个站的小时降水量绝对偏差均值为0.34mm;（2）当小时降水量Rh<1.0mm时,各站雨滴谱仪降水量较翻斗雨量计降水量平均偏大0.05mm,且平均差值绝对值均在0.2mm以下;当1.0mm≤Rh<2.6mm时,大部分站点雨滴谱降水量均大于或与翻斗雨量计降水量相当;当2.6mm≤Rh<5.0mm时,株洲和南岳站雨滴谱降水量较翻斗雨量计降水量明显偏小,武冈和娄底站雨滴谱仪降水量则明显偏高;当5.0mm≤Rh<8.0mm时,除株洲和南岳站外,其它各站雨滴谱降水量均大于或与翻斗雨量计降水量相当;当8.0mm≤Rh<16.0mm 时,除株洲和南岳站雨滴谱仪降水量偏小外,其他各站雨滴谱仪降水量均较翻斗雨量计降水量偏大;当Rh≥16.0mm时,雨滴谱仪降水量偏差明显变大,平均偏差绝对值达到3.570mm;（3）雨滴谱仪累计降水量和翻斗雨量计累计降水量变化趋势基本一致,除汨罗和南岳站外,雨滴谱仪累计降水量常表现为偏多。通过分析可见,湖南省雨滴谱仪雨量观测有较好可靠性,可为强降水监测预警、人工影响天气及降水数据订正等提供数据支撑。     

基于不同气象站资料的甘肃省汛期降水及极端降水分析

对甘肃省范围内的区域气象站和国家级气象站2011-2020年的汛期降水和极端降水等资料进行了质量控制,筛选出1253个区域气象站和75个国家气象站开展了降水特征分析。结果表明,甘肃省区域站和国家站降水的平均数量非常接近,无显著性差异,全省区域站汛期平均降水为382.9 mm,国家级站为379.7 mm;区域站各月降水平均在31.7～87.1 mm;国家站各月为30.4～86.4 mm。但两类站点降水的极端值存在显著差异,汛期总降水量区域站最大可达917.5 mm,本站最大为710.7 mm;单月降水量区域站最大为776 mm,本站为541 mm;暴雨日数区域站最大为46 d·(10a)^-1,本站为17 d·(10a)^-1;两类站点降水极大值发生的空间位置比较接近,但区域站的数值显著高于国家站。两种站点降水的空间趋势非常一致,其汛期降水相关系数达0.95,月极端降水相关系数为0.92;而区域气象站比国家站有更多小斑块的高值和低值中心;两类降水空间差异在甘肃省的东部和南部比较明显。总体上,区域气象站更精细地描绘了甘肃省的降水特征,在地形复杂区域监...     

雅安雨量站站网布设优化试验

雨量监测的准确性对天气预报、气候变化、服务决策、防灾减灾等有着重要的影响和意义，而雨量站网布设直接影响雨量监测的准确性。选取四川省雅安市作为研究对象，在现有站网布设的基础上，采用相关性分析，提出基于抽站的站网布设优化方法，并对抽站后的站网布设合理性进行评价。结果表明：①雅安雨量站有265站，各站点的控制面积为2.64～510.78 km2，邻近站间距离为0.3～12.28 km，邻近站间降水相关系数为0.62～0.993；②逐次抽站后，雨量站控制面积和邻近站间距离逐渐增大，邻近站点间降水相关系数逐渐减小；③抽站后站网面雨量与原站网面雨量较一致，误差较小，泰森多边形法面雨量变化幅度小于算术平均法；④从降水过程来看，各次抽站后，降水落区和各量级降水范围基本一致，站网对降水极值的捕捉能力较好，误差较小，但随着站点数的减少，对于降水形态刻画的精细程度有所下降。     

天气雷达与地面自动站降水观测一致性校验分析

将地面观测的降水划分为10～25、25～50、50～100mm/h3个量级区间,利用2010年5-10月天气雷达组网小时降水量产品和综合气象观测系统运行监控平台(ASOM)中国家级台站自动气象站小时降水量资料,采用3倍标准差法,按上述3个等级逐月分别确立了两类设备降水观测差值的阈值参数,进而建立了天气雷达与地面自动气象站降水观测结果的一致性实时校验技术.采用该技术进一步对2011年5-10月国家级台站自动气象站观测的降水结果进行了检验,结果表明:自动站降水数据正确率可达85％以上,可以有效进行自动站观测降水实时检验.     

苏皖地面自动站资料的质量控制及结果分析

利用江苏和安徽2012—2014年151个国家站及2 600个区域站资料,对各类自动站资料的质量及其控制方法进行初步探讨。采用缺测资料统计、气候界限值检查、气候极值检查、内部一致性检查、二次迭代的空间一致性检查、时间一致性检查、持续性检查及综合决策算法分别对国家站和区域站资料进行系统的质量控制,并根据质量控制结果进行可疑站点的标记。结果显示:国家站各要素资料缺测率远低于区域站,且资料质量总体上均明显优于区域站;自动站各要素中温、压要素的质量最好,其次是相对湿度;除了空间一致性检查中风场资料的检查结果差别不大外,其余检查中区域站资料的未通过率均远高于国家站资料;将错误资料及可疑站点信息进行及时反馈,能改善实时资料质量,并为相应测站的检修与维护提供依据。     

C波段双偏振多普勒天气雷达资料分析及在定量估计降水中的应用研究

基于南京信息工程大学C波段双线偏振多普勒天气雷达(NUIST-CDP)的观测资料,结合南京龙王山SA天气雷达数据、南京信息工程大学大气综合观测基地的OTT Parsivel雨滴谱仪数据、南京市地面雨量计数据,分析NUIST-CDP探测资料的质量及定量降水估计(QPE)精度情况。将NUIST-CDP与SA雷达的回波强度数据进行了对比,发现NUIST-CDP回波强度偏弱;将滴谱仪上方NUIST-CDP测量的反射率因子Z_H、差分反射率因子Z_DR与滴谱仪数据对比,雷达参量Z_H、Z_DR与滴谱仪数据变化趋势一致,但整体略偏小;比较差分传播相移率K_DP与Z_H的变化情况,由差分传播相移Φ_DP经最小二乘法计算得到的K_DP与Z_H数据一致性很好。利用南京地区2015年夏季(5—8月)收集的滴谱数据计算偏振雷达参数,拟合测雨方程,进行两次降水过程个例的QPE分析,并与南京地区雨量计数据进行了对比。结果表明:R(K_DP)测雨精度最高,R(K_DP,Z_DR)次之,使用偏振参量能明显提高降雨估算精度;R(Z_H)、R(Z_H,Z_DR)方法测雨反演结果低于地面雨量计雨量值,且低于SA雷达反演结果。      

雷达雨量计资料用于径流模拟(英)

利用测雨雷达结合稠密和稀疏雨量站网估计流域降水分布,将小同方法获得的降水分布输入降水径流模型TOPMODEL,模拟1998,1999夏季GAME/HUBEX试验区梅山和鲇鱼山集水区的径流,并与实测径流进行比较和分析,结果表明:1)雷达结合集水区内雨量计网模拟径流的精度优于传统的用稠密雨量计网模拟径流的精度;2)利用雷达结合集水区外相对稀疏的雨量计网模拟径流的精度和用集水区内稠密雨量计网模拟径流的精度相当,显示了测雨雷达在径流模拟和洪水预报中极大的应用潜力。     

Spatial and temporal characteristics of precipitation using an extensive network of ground gauge in the Korean Peninsula

The aim of the present study is to investigate the spatial and temporal structures of precipitation over the Korean Peninsula using extensive AWS (automatic weather stations) observation network data for the summertime from May to September. Additionally TRMM/PR precipitation data in the southern part of peninsula was used to investigate the vertical structure. For the spatial and temporal scales of hourly precipitation, the e-folding threshold approach was employed to cut off the correlation in terms of distance in km and time in hours. From a correlation analysis of AWS precipitation in terms of time and space, it was found out that the e-folding distance and e-folding time in correlation coefficients ranged from 50 km–110 km and 1 h–2 h. The shortest distance and time in e-folding values were found to be in July and August. Precipitation structures in May and September tended to be isotropic, a cell-type structure, and those of July and August had an apparent band type, from the southwest to northeast. In the case of the vertical feature of precipitation, the correlation with height showed that the vertically efficient height was within 5 km as convective rain cells with a monthly difference of 1.2 km. In this study, the coastal effect tended to slightly increase threshold values.     

地面降水的多源数据辅助质量控制方法

文章在分析气温变化、风速变化、相对湿度、温度露点差、雷达和自动站降雨量差值的基础上,提出了针对自动站观测小时降雨量的多要素综合质量控制方法,包括雷达和自动站相结合的综合检验方法(MRAWS)以及仅使用自动站资料的综合检验方法(MAWS),并与时空一致性检验方法(MTS)进行比较。结果表明:使用多要素的综合检验方法(MRAWS和MAWS)明显优于仅使用降雨量资料的MTS。此外,虽然MAWS检验结果略低于MRAWS,但在缺少雷达探测资料的情况下MAWS可对降雨量数据进行有效检验。进一步地分析表明,MRAWS和MAWS方法仅适用于判别有无降水,对降水量值的正确性判断能力存在不足。     

Spatial and temporal characteristics of precipitation using an extensive network of ground gauge in the Korean Peninsula

The aim of the present study is to investigate the spatial and temporal structures of precipitation over the Korean Peninsula using extensive AWS (automatic weather stations) observation network data for the summertime from May to September. Additionally TRMM/PR precipitation data in the southern part of peninsula was used to investigate the vertical structure. For the spatial and temporal scales of hourly precipitation, the e-folding threshold approach was employed to cut off the correlation in terms of distance in km and time in hours. From a correlation analysis of AWS precipitation in terms of time and space, it was found out that the e-folding distance and e-folding time in correlation coefficients ranged from 50 km–110 km and 1 h–2 h. The shortest distance and time in e-folding values were found to be in July and August. Precipitation structures in May and September tended to be isotropic, a cell-type structure, and those of July and August had an apparent band type, from the southwest to northeast. In the case of the vertical feature of precipitation, the correlation with height showed that the vertically efficient height was within 5 km as convective rain cells with a monthly difference of 1.2 km. In this study, the coastal effect tended to slightly increase threshold values.     

Comparison of Winter Precipitation Measurements by Six Tretyakov Gauges at the Valdai Experimental Site

Analyses of long-term (1991–2010) intercomparison data quantify the consistency of winter precipitation observations by six identical Tretyakov gauges at the Valdai research station in Russia. Relative to the standard Tretyakov gauge, the mean catch ratios are 97 to 106% for dry snow, 94 to 104% for wet snow, 87 to 109% for blowing snow, 96 to 103% for mixed precipitation, and 98 to 101% for winter rain. The differences between the highest and lowest mean catches are about 10 to 11% for snow, 7% for mixed precipitation, and 3% for rain. On average, this difference is about 0.2?mm over the 12-hour observation period. The catch difference for blowing snow is much higher, up to 22%, or an average of 0.6?mm per observation. Comparisons of 12-hour observations show better consistency in gauge performance for low snowfall events and a large variation in gauge catch for high snowfall events. The differences in 12-hour snow catches are mostly less than 2?mm among the six gauges. The differences in the 12-hour observations are less than 1% for rain and 4% for mixed precipitation. Close linear relationships exist between the 12-hour gauge observations for all precipitation types. The maximum differences in gauge snow catches increase very weakly with wind speed, and higher differences are associated with warmer temperatures, from ?5°C to 0°C. There is, however, no significant relationship between the maximum catch difference and the mean wind speed or temperature over the 12-hour period.