雷達(dá)測雨技術(shù)在水文上的運(yùn)用探討

李杰

摘? 要：雷達(dá)測雨技術(shù)是一種主動形式的遙感手段，其可探測大范圍瞬時降雨分布，具有較高的空間分辨率、時間分辨率。該文以雷達(dá)測雨技術(shù)在水文中的運(yùn)用為入手點(diǎn)，闡述了雷達(dá)測雨技術(shù)在水文中運(yùn)用優(yōu)勢。以雷達(dá)測雨技術(shù)預(yù)報精度影響因素為入手點(diǎn)，對雷達(dá)測雨技術(shù)在水文中的具體運(yùn)用進(jìn)行了簡單的分析，以期為雷達(dá)測雨技術(shù)更好地應(yīng)用于水文學(xué)提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：雷達(dá)測雨技術(shù)? 水文? 時間分辨率

中圖分類號：P3321 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）08（a）-0216-02

1? 雷達(dá)測雨技術(shù)在水文中運(yùn)用優(yōu)勢

1.1 拓展降雨監(jiān)測范圍

雷達(dá)測雨技術(shù)應(yīng)用原理決定了其可以不受地理環(huán)境的影響，增加降雨檢測范圍。并準(zhǔn)確測量瞬時降雨量。

1.2 提高降雨監(jiān)測精度

由于雷達(dá)測雨技術(shù)在應(yīng)用過程中可以人造衛(wèi)星為樞紐，根據(jù)不同區(qū)域檢測需求進(jìn)行檢測方案的合理設(shè)置。整體降雨監(jiān)測精確度較大[1]。

1.3 為水文行業(yè)發(fā)展提供驅(qū)動力

通過雷達(dá)測雨技術(shù)在水文行業(yè)的應(yīng)用，可以將不同區(qū)域降水過程轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)走勢，進(jìn)行全面、準(zhǔn)確預(yù)報。進(jìn)一步加強(qiáng)降雨檢測真實(shí)性，為水文行業(yè)發(fā)展提供充足支撐。

2? 影響雷達(dá)測雨技術(shù)在水文中運(yùn)用精度因素分析

2.1 水文模型及測雨數(shù)據(jù)分辨率

由于徑流對雷達(dá)測雨時間、空間分辨率的高敏性，水文模型內(nèi)網(wǎng)格化降雨時間及空間變換、降雨空間變換，均會對雷達(dá)測雨技術(shù)在水文中運(yùn)用過程線具有一定影響。而水文模型結(jié)構(gòu)分割方式及測雨數(shù)據(jù)的不確定性，也導(dǎo)致水文過程線總徑流量、洪峰到達(dá)時間、洪峰流量間存在較大誤差。

2.2 流域尺度及子流域劃分方法

流域尺度及子流域劃分方法對雷達(dá)測雨水文響應(yīng)具有一定影響。整體水文系統(tǒng)的復(fù)雜性，決定了其研究對象尺度的不確定性。再加上小流域降雨、地表通量獨(dú)立存在，整體降水徑流系統(tǒng)具有高度非線性特征，根據(jù)流域尺度變化，其影響徑流因素也在變化。這種情況下，同樣的降雨輸入模擬徑流精度就會有較大的差別，進(jìn)而致使雷達(dá)測雨誤差增加[2]。

2.3 徑流模擬誤差

徑流模擬誤差主要是由發(fā)射率在垂直方向上變化、雷達(dá)發(fā)射率與雨水強(qiáng)度間關(guān)系不確定兩個因素導(dǎo)致。徑流模擬誤差的出現(xiàn)，會直接導(dǎo)致雷達(dá)測雨誤差。進(jìn)而導(dǎo)致洪水預(yù)報誤差及洪水量誤差的出現(xiàn)。

3? 雷達(dá)測雨技術(shù)在水文中運(yùn)用措施

3.1 優(yōu)化水文模型及測雨數(shù)據(jù)分辨率

針對水文模型分割方式及測雨數(shù)據(jù)分辨率對雷達(dá)測雨技術(shù)應(yīng)用精度的影響，相關(guān)人員首先可以水文模型分辨率與徑流間聯(lián)系為入手點(diǎn)，綜合考慮水文模型類型、流域尺度、降雨類型、降雨強(qiáng)度、流域特性等因素，選擇恰當(dāng)?shù)睦走_(dá)測雨時間分辨率[3]。并利用實(shí)驗(yàn)的方式，確定模型分辨率極限尺度，以獲得最大雷達(dá)測雨精度。

其次，為實(shí)現(xiàn)地理地域的精確測雨，相關(guān)人員可以雷達(dá)檢測分辨率為入手點(diǎn)，研發(fā)雷達(dá)空間分辨率提升方式。或者引入先進(jìn)的天氣雷達(dá)設(shè)備，以保證水文中對雷達(dá)測雨地域控制精確度要求的充分滿足。

最后，在雷達(dá)自身空間分辨率提升的背景下，為更加準(zhǔn)確地預(yù)報降雨走勢，相關(guān)人員應(yīng)以雷達(dá)自身時間分辨率提升為入手點(diǎn)。在概念性元素模擬模型，或者經(jīng)驗(yàn)函數(shù)關(guān)系模型中，對雷達(dá)自身時間分辨率進(jìn)行描述分析。逐步深入探究雷達(dá)自身時間模型對流域徑流形成的作用，確定雷達(dá)測雨技術(shù)時間分辨率提升方向。同時適當(dāng)延長雷達(dá)測雨預(yù)報時間。如提前暴雨天氣預(yù)報時間等，以便為區(qū)域群眾生產(chǎn)生活提供良好的指導(dǎo)。

3.2 改進(jìn)流域尺度及子流域劃分方法

針對流域尺度及子流域劃分方法對雷達(dá)測雨徑流模擬精度的影響，相關(guān)人員可以選擇WSD-88D第三階段降雨數(shù)據(jù)用SWAT模型。在HRAP（降雨分析格網(wǎng)系統(tǒng)）內(nèi)，對網(wǎng)格子流域、自然子流域進(jìn)行比較分析。以確定最佳子流域劃分方法[4]。

在最佳子流域劃分方法確定之后，相關(guān)人員可以雷達(dá)監(jiān)測站點(diǎn)選擇為入手點(diǎn)，合理布局，設(shè)置網(wǎng)格化測雨空間，以平均不同雷達(dá)測雨信號強(qiáng)度，降低不同雷達(dá)間信號干擾問題對雷達(dá)測雨精度的影響。在這個基礎(chǔ)上，相關(guān)人員可結(jié)合以往雷達(dá)測雨技術(shù)在水文中的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，強(qiáng)化對各檢測區(qū)測雨數(shù)據(jù)整理、評估作業(yè)。并利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，搭建雷達(dá)測雨網(wǎng)絡(luò)平臺，以實(shí)現(xiàn)雷達(dá)測雨數(shù)據(jù)共享。為不同區(qū)域雷達(dá)測雨數(shù)據(jù)的協(xié)同管理奠定基礎(chǔ)。

3.3 完善徑流模擬誤差處理方案

一方面，針對發(fā)射率在垂直方向上的變化導(dǎo)致的降雨誤差，相關(guān)人員可以對發(fā)射率在處置方向上的變化進(jìn)行修正處理。即利用雷達(dá)實(shí)時掃描技術(shù)，利用垂直指向雷達(dá)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)的方式。從不同距離、不同方向，設(shè)置若干個垂直指向雷達(dá)的垂直輪廓線。隨后對單點(diǎn)垂直輪廓線進(jìn)行觀察測量。而通過對各單點(diǎn)垂直輪廓線觀察結(jié)果進(jìn)行分析，可以為整個雷達(dá)網(wǎng)垂直發(fā)射因子誤差修正提供充足的垂直輪廓線。同時考慮到雷達(dá)測雨檢測回波信號在垂直方向上產(chǎn)生的波動無法根除。因此，為進(jìn)一步降低雷達(dá)測雨誤差，相關(guān)人員可以雷達(dá)仰角降低為入手點(diǎn)，從低仰角測雨數(shù)據(jù)、高仰角測雨數(shù)據(jù)兩個方面，對不同雷達(dá)仰角測雨數(shù)據(jù)進(jìn)行類比分析。并匯總相關(guān)信息，構(gòu)建雷達(dá)測雨數(shù)據(jù)檢測模型。在雷達(dá)測雨數(shù)據(jù)檢測模型內(nèi)對雷達(dá)檢測系數(shù)進(jìn)行校正。

另一方面，針對雷達(dá)發(fā)射率與雨水強(qiáng)度間關(guān)系不確定導(dǎo)致的雷達(dá)測雨誤差，相關(guān)人員可以利用雷達(dá)-雨量計(jì)聯(lián)合估算的方式。綜合利用雨量計(jì)差值數(shù)據(jù)、雨量計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及雷達(dá)單一測量數(shù)據(jù)、雷達(dá)-雨量計(jì)聯(lián)合插值數(shù)據(jù)，輸入分布式水文模型RORB內(nèi)。觀測上述數(shù)據(jù)對模擬水文過程線的影響。通過對比分析，可以確定洪峰流量濃密校正值及洪峰到達(dá)時間模擬校正值。其中在雷達(dá)-雨量計(jì)聯(lián)合插值數(shù)據(jù)計(jì)算時，相關(guān)人員可以選擇卡爾曼濾波-變分校正法，以一定密度的雨量站網(wǎng)作為雷達(dá)實(shí)時校正標(biāo)準(zhǔn)，保證雷達(dá)測雨數(shù)據(jù)的精確性。同時對于不同地理氣候區(qū)域及不同降雨特征水文模塊，相關(guān)人員可以雷達(dá)測雨雷達(dá)發(fā)射率-雨水強(qiáng)度關(guān)系圖構(gòu)建的方式，在圖形數(shù)據(jù)整理分析的基礎(chǔ)上，融入雨量統(tǒng)計(jì)信息。促使雷達(dá)測雨站點(diǎn)、傳統(tǒng)測雨站點(diǎn)相互校正，為雷達(dá)檢測系數(shù)校正效果提升提供依據(jù)。

此外，在水文科學(xué)未來發(fā)展過程中，水文數(shù)據(jù)獲得精度至關(guān)重要。因此，為避免雷達(dá)測雨誤差、水文模型性能對雷達(dá)測雨水文學(xué)研究應(yīng)用的限制，相關(guān)人員可以水文預(yù)報精度潛力改進(jìn)作為后續(xù)研究方向。在GIS地理信息系統(tǒng)內(nèi)，尋求不同尺度下合理的水文理論及雷達(dá)測雨規(guī)律。結(jié)合數(shù)學(xué)高程模型，在雷達(dá)測雨與GIS地理信息系統(tǒng)聯(lián)合模型內(nèi)引入高分辨率時空變化的降雨輸入?yún)?shù)或者其他空間變化的參數(shù)，以便更加準(zhǔn)確、完善地模擬水文變化過程，為雷達(dá)測雨徑流模擬尺度誤差問題的有效解決提供依據(jù)。

4? 結(jié)語

綜上所述，雷達(dá)測雨技術(shù)在水文行業(yè)的應(yīng)用，可以進(jìn)一步加大水文學(xué)研究廣度、深度，為水文學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展提供依據(jù)。因此，為保證雷達(dá)測雨技術(shù)的有效應(yīng)用，相關(guān)人員可以影響雷達(dá)測雨技術(shù)應(yīng)用精度因素入手，綜合分析水文模型及測雨數(shù)據(jù)分辨率、流域尺度及子流域劃分方法、徑流模擬誤差等因素。制定對應(yīng)的優(yōu)化方案，保證雷達(dá)測雨技術(shù)在水文行業(yè)應(yīng)用優(yōu)勢的充分發(fā)揮。

參考文獻(xiàn)

[1] 郭東渠.雷達(dá)測雨技術(shù)在水文上的應(yīng)用[J].北京農(nóng)業(yè)，2015（27）：213.

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[3] 張奡祺，傅云飛.GPM衛(wèi)星雙頻測雨雷達(dá)探測降水結(jié)構(gòu)的個例特征分析[J].大氣科學(xué)，2018，42（1）：33-51.