雨量遙測(cè)數(shù)據(jù)的分析與應(yīng)用

史向前

(遼寧省丹東水文局，遼寧 丹東 118000)

雨量遙測(cè)數(shù)據(jù)的分析與應(yīng)用

史向前

(遼寧省丹東水文局，遼寧 丹東 118000)

本文選取了丹東地區(qū)28個(gè)雨量站2013年5～9月的遙測(cè)與自計(jì)降水同步觀測(cè)資料。采用斯米爾諾夫檢驗(yàn)法檢驗(yàn)資料的一致性,利用標(biāo)準(zhǔn)差σ檢驗(yàn)資料的可靠性及代表性,以傳統(tǒng)的虹吸式自計(jì)雨量計(jì)觀測(cè)的降水資料為標(biāo)準(zhǔn),通過遙測(cè)與自計(jì)的日量、月量、極值、場(chǎng)量的對(duì)比分析,來論證遙測(cè)降水資料替代自計(jì)降水資料進(jìn)行資料整編與刊印的可行性。

遙測(cè);自計(jì);降水;對(duì)比分析

雨量遙測(cè)技術(shù)最早應(yīng)用于雨水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)中。隨著雨量遙測(cè)終端的降水?dāng)?shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)及遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)發(fā)功能的不斷完善，其反應(yīng)速度快，便于管理等優(yōu)點(diǎn)日益突顯出來。遙測(cè)雨量站采取無人駐守、自動(dòng)觀測(cè)的方式，更便于管理與維護(hù)，同時(shí)也大大降低了觀測(cè)費(fèi)用。但受儀器性能、觀測(cè)精度的限制，其降水?dāng)?shù)據(jù)能否滿足降水資料整編與刊印的要求，有待于對(duì)比分析論證。

1 丹東地區(qū)雨量遙測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用概況

丹東地區(qū)雨量遙測(cè)系統(tǒng)最早建于2006年，后經(jīng)幾年的不斷擴(kuò)建，現(xiàn)已增至157處雨量遙測(cè)站點(diǎn)，基本實(shí)現(xiàn)了與48個(gè)國家基本雨量站同步觀測(cè)。站網(wǎng)密度達(dá)到了《水文站網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)導(dǎo)則》SL 34-92中規(guī)定的300km2/站的分布密度，大大提高了資料的代表性［1］。雨量遙測(cè)系統(tǒng)采用分辨率為0.5m m的J D Z 05-1型翻斗式雨量計(jì)與Y A C 9900遙測(cè)終端機(jī)相配套，實(shí)現(xiàn)了雨量自動(dòng)采集存儲(chǔ)，通過 G SM網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)，在雨情的監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)中起著重要作用［2，3］。

2 資料的收集與整理

本次分析選取的是丹東地區(qū)2013年28個(gè)遙測(cè)和自計(jì)雨量站同步觀測(cè)資料。因受北方天氣的限制，冬季遙測(cè)系統(tǒng)無法觀測(cè)，故本次只做了5～9月降水的統(tǒng)計(jì)分析。在對(duì)比分析之前，應(yīng)對(duì)觀測(cè)資料的可靠性、代表性及一致性進(jìn)行檢驗(yàn)。

2.1 資料一致性檢驗(yàn)

由于觀測(cè)原理、設(shè)備的不同，需對(duì)遙測(cè)與自計(jì)觀測(cè)到的數(shù)據(jù)一致性以及能否將它們看作來自同一總體的2個(gè)樣本加以分析。檢驗(yàn)一致性的方法很多，本次采用斯米爾諾夫檢驗(yàn)法［4］。

假設(shè)遙測(cè)與自計(jì)觀測(cè)資料來自同一總體，其經(jīng)驗(yàn)分布函數(shù)分別為 Fn1(x)、Fn2(x)，與總體具有相同分布，即假設(shè)H0:Fn1(x)=Fn2(x)，構(gòu)造統(tǒng)計(jì)量:

則接受原假設(shè)，即遙測(cè)與自計(jì)資料來自同一總體;反之則拒絕原假設(shè)，遙測(cè)與自計(jì)資料分布不相同，從側(cè)面說明了遙測(cè)與自計(jì)觀測(cè)到的數(shù)據(jù)無論在量上，還是在日期對(duì)應(yīng)上都有較大的差異。

按斯米爾諾夫檢驗(yàn)法對(duì)每站的遙測(cè)和自計(jì)日降水量數(shù)據(jù)按距組10mm進(jìn)行分組，統(tǒng)計(jì)計(jì)算其經(jīng)驗(yàn)頻率，再求出2者之差的絕對(duì)值，并篩選出最大偏離值 Dn1，n2(計(jì)算過程略)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算(結(jié)果見表1)，大安平河站最大偏離值 Dn1，n2為0.31，其值大于 λα/n0.5(顯著性水平 α= 0.05)，說明該站遙測(cè)與自計(jì)日降水量數(shù)據(jù)系列分布不一致，2者存在較大差異。原因是遙測(cè)系統(tǒng)故障導(dǎo)致遙測(cè)與自計(jì)日降水量日期不對(duì)應(yīng)，降水天數(shù)相差較多，故該站的原始數(shù)據(jù)不作分析資料使用。

表1 不同灌水下限對(duì)作物生長(zhǎng)影響的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.2 資料可靠性、代表性檢驗(yàn)

經(jīng)一致性檢驗(yàn)后的資料，觀測(cè)的精度有高有低，誤差有大有小。資料的可靠性及代表性與精度、誤差有直接的關(guān)系。精度越高，相對(duì)誤差總體偏離越小，資料的可靠性及代表性就越好。

根據(jù)《降水量觀測(cè)規(guī)范》SL-90第3.1.5條規(guī)定，儀器分辨率為0.5m m的量測(cè)精度:降水量≤12.5m m，絕對(duì)誤差不超過 ±0.5m m;降水量 ＞12.5m m，相對(duì)誤差不超過±4%［5］。由于遙測(cè)系統(tǒng)中，翻斗雨量計(jì)的量測(cè)精度為0.5m m，對(duì)于小于0.5m m的降雨，遙測(cè)系統(tǒng)計(jì)量有可能會(huì)發(fā)生延遲，導(dǎo)致遙測(cè)與自計(jì)個(gè)別的日降水量會(huì)出現(xiàn)相互不對(duì)應(yīng)的問題。為了本次降水?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的需要，對(duì)原始數(shù)據(jù)作了如下處理:日降水量≤0.5m m的遙測(cè)和自計(jì)數(shù)據(jù)，予以剔除，不作統(tǒng)計(jì)。

標(biāo)準(zhǔn)差:

式中:P—遙測(cè)與自計(jì)日降水量的相對(duì)誤差。

本次分析利用式(2)作為判別觀測(cè)精度高低，相對(duì)誤差總體偏離大小的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)自計(jì)日降水量樣本，經(jīng)頻率分析計(jì)算，0.5～12.5m m之間的日雨量出現(xiàn)的平均概率為58.1%，最大相對(duì)誤差不應(yīng)超過83.3%;大于12.5m m的日雨量出現(xiàn)的平均概率為41.9%，相對(duì)誤差不應(yīng)超過4%。由此推導(dǎo)出標(biāo)準(zhǔn)差σ的允許上限為63.5%。求出各站每日的遙測(cè)與自計(jì)降水量相對(duì)誤差，代入式(2)計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)差σ，σ值越小，觀測(cè)的精度越高。若σ＞σ允，說明觀測(cè)精度較低，數(shù)據(jù)中存在較大粗差，應(yīng)分析原因，謹(jǐn)慎使用。對(duì)28個(gè)雨量站相對(duì)誤差標(biāo)準(zhǔn)差σ的計(jì)算結(jié)果見表1。從計(jì)算結(jié)果來看，蒲石河站、大安平河站、潘家站、利民站、陳家堡子站、丹東站、沙子溝站、翟家堡子站計(jì)算出來的σ值遠(yuǎn)大于σ允，在計(jì)算過程中發(fā)現(xiàn)遙測(cè)與自計(jì)降水?dāng)?shù)據(jù)同期相差很大。經(jīng)查，這幾個(gè)站的遙測(cè)與自計(jì)的觀測(cè)筒位置相距較遠(yuǎn)，且器口距離地面的高度不同，其觀測(cè)資料可靠性、代表性較差，不能作為分析資料使用。

3 日降水量、月降水量、降水量極值、場(chǎng)降水量的對(duì)比分析

對(duì)篩選出的20個(gè)代表站，按照《降水量觀測(cè)規(guī)范》SL-90規(guī)定的降水量量測(cè)精度要求，分析統(tǒng)計(jì)遙測(cè)與自計(jì)的日降水量誤差、月降水量誤差(5、6、7、8、9月)、場(chǎng)降水量誤差(7月1日和7月18～20日)、降水量極值誤差(10、20、30、45、60、90、120、180、240、360、540、720、1440m i n)滿足量測(cè)精度的合格率。參照《水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范》GB/T 22482-2008中洪水預(yù)報(bào)精度評(píng)定方法，認(rèn)為合格率達(dá)到70%以上可滿足降水資料整編刊印的要求。［6］從表2的統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，除拉古哨站和大洼站合格率較低外，其余18個(gè)站基本接近或達(dá)到70%的合格率標(biāo)準(zhǔn)。也可說明遙測(cè)系統(tǒng)觀測(cè)的降水量與自計(jì)雨量計(jì)觀測(cè)的降水量相差不大，基本滿足了用遙測(cè)降水資料替代自計(jì)降水資料整編與刊印的要求。

4 結(jié)論

通過對(duì)丹東地區(qū)28個(gè)雨量站的遙測(cè)降水觀測(cè)數(shù)據(jù)和自計(jì)降水觀測(cè)數(shù)據(jù)的篩選整理與對(duì)比分析，論證了用遙測(cè)數(shù)據(jù)替代自計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整編刊印的可行性。但在分析的過程中也發(fā)現(xiàn)了一些問題，例如當(dāng)降水量小于0.5m m時(shí)，雨量遙測(cè)系統(tǒng)觀測(cè)可能會(huì)發(fā)生漏測(cè)或延遲記錄的現(xiàn)象，致使降雨日期與實(shí)際不符，對(duì)此應(yīng)加強(qiáng)站點(diǎn)維護(hù)與管 理，督促設(shè)備看護(hù)員密切注意天氣變化，做好記錄。也應(yīng)分析建立與鄰近站降水量的相關(guān)關(guān)系，解決因儀器故障降水量需要插補(bǔ)的問題。

P 332.1

B

1008-1305(2016)05-0013-02

10.3969/j.issn.1008-1305.2016.05.006

2015-10-02

史向前(1979年—)，男，工程師。