黄南双偏振雷达降水估测产品的质量评估

任强 李忠武 丁培华

摘 要：选取2023年8月ROSE2.0黄南州雷达定量降水估测产品、用户报警信息产品和经质量控制后的地面自动气象观测数据，通过雷达产品和实况降水的平均偏差比、归一化平均绝对误差和相关系数检验计算得出：在降水强度为10～20 mm和雨量站距离为25～50 km，黄南州双偏雷达降水估测能力表现较好；OHP产品对短时强降水的发生具有指示意义；在8月3日过程中短时强降水报警产品漏报严重，需要进一步完善算法，才能具有更好的预警提醒作用；由于黄南州境内地形复杂，海拔相差大，因此雷达估测降水要消除地形的影响。

关键词：OHP产品；误差分析；地形；UAM产品

中图分类号：P412.25 文献标志码：B文章编号：2095–3305（2024）02–0-03

黄南州新一代天气雷达于2021年8月20日建设完成，并于2021年9月15日开始试运行，站号为Z9973，海拔为3 914 m，最大探测距离为400 km，有效探测距离200 km左右，仰角类型有0.5°、1.5°、2.4°、3.3°、4.3°、5.2°、6.2°、7.5°、8.7°、10.0°、12.0°、14.0°、16.7°、19.5°，工作模式分别为晴空模式、降水模式和强降水模式，每个时次可调取基本反射率因子（R）、径向速度（V）、组合反射率（CR）、回波顶（TOPS）、垂直积分液态含水量（VIL）、冰雹指数（HI）、粒子分类（HCL）等36个常用产品。该雷达对黄南地区灾害性天气的监测起着至关重要的作用。新一代天气雷达是国内最先进的天气雷达，可以更立体地监测云体的结构特征，对短时强降水的预报预警具有较好的指示意义。每年6—9月黄南州灾害性天气频发，给人民生命财产安全造成严重威胁，为切实贯彻落实研究型业务发展理念，加强业务与科研深度融合，适应气象预报业务智能精准、客观定量的发展要求，分析黄南州新一代天气雷达产品在黄南地区降水估计中出现误差的原因[1-3]。

1 资料与方法

选取2023年8月ROSE 2.0黄南州雷达定量降水估测产品、用户报警信息产品，以及同仁市、尖扎县、泽库县和河南县共96个经质量控制后的地面自动气象观测站观测数据。为了获得各自动站点上空雷达所测得的一小时累计降水量估测数据，将各自动站点的经纬度转换为以黄南州雷达站为中心的极坐标形式，计算各雨量站点与雷达站点之间的水平距离和相对于黄南州雷达站点的方位角。

cosZi=sinφsinφi+cosφcosφi（1）

cos（λ-λi），sinθ=[cosφsin（λ-λi）]/[（1-cos2Zi）]（2）

Ri=ZiR0（3）

式（1）～（3）中，λ、ψ分别为黄南州雷达站的经度、纬度；λi、ψi分别为第i个雨量站的经度、纬度；R0为地球半径（km）；Zi为第i个雨量站到黄南州雷达站的弧线所对应的弧度；θi、Ri分别为第i个雨量站相对于黄南雷达站的方位角及与雷达站点之间的水平距离。

2 结果与分析

2.1 评分结果

对于不同距离的自动站观测降水，强降水距离

分级为C波段0～25 km（＜25 km），25～50 km，50～100 km

（＞50 km）。对于双偏振雷达产品OHP（169），0～25、25

～50、50～100 km，平均偏差比（MBR）分别为0.956、0.961、0.878，归一化平均绝对误差（NMAE）分别为0.109、0.093、

0.112，相关系数（CC）分别为0.613、0.781、0.011；黄南州双偏振雷达降水估测能力为25～50 km综合表现最好（表1）。

根據降水强弱，将雨量站实测1 h降水量分为3个等级，即10～20、20～50和50～100 mm，分别对应不同强度的短时强降水。对于双偏振雷达产品OHP（169），平均偏差比分别为0.921、0.974、0.968，归一化平均绝对误差分别为0.083、0.082、0.155，相关系数分别为0.901、0.918、0.769；在降水等级为20～50 mm，黄南州双偏振雷达的相关性和平均偏差比是最优的（图1）。

2.2 2023年8月3日短时强降水个例分析

受高空槽、副高和地面偏东风影响，8月3日15：00

～22：00黄南州地区出现一次混合型强对流天气，黄南州大部分地区出现了短时强降水。其中，暴雨11个，大雨33个。降水中心位于尖扎马克唐镇勒见村90.2 mm。

最大小时雨强50.2 mm。8月9日16：00起上游黄南州兰采乡、扎毛乡有块状层积混合降水回波发展，逐渐向东北方向移动，此时0.5°反射率强度达59 dBz，1.5°反射率强度达62 dBz；有多个强回波中心，17：00 OHP产品显示同仁降水量在20～40 mm之间，对于短强的落区具有指示意义，量级来看，169号产品略偏小；20：00 OHP产品显示降水量为21～38 mm，由于距离雷达站较近，与实况基本吻合；22：00 OHP产品显示降水量在1～4 m之间，由于距离雷达站超过50 km，海拔相差1 800 m，导致OHP产品出现误差（图2）。

由表2可知，对于双偏振雷达产品UAM，在小时降水量大于20 mm，50、50～100、100 km以外范围进行评估，8月3日个例UAM提前量为7 min，短时强降水报警产品命中率较高，50 km距离圈内20 mm以上短时强降水过程命中2次，命中率评分分别为100%，CSI评分为100%。50～100 km距离圈内20 mm以上短时强降水过程命中率为0。短时强降水报警产品出现漏报5次。

3 结论

选取黄南州双偏振天气雷达资料和自动站资料，对不同距离和不同降水强度下OHP的质量进行评估，结果如下：

（1）对2023年8月3日的降水个例分析表明：OHP与实测1 h累计降水的落区基本一致，距离雷达站较近的降水观测站点与OHP基本吻合。OHP产品虽然有一定的误差，但是仍对短时强降水的发生具有指示意义。

（2）整体表现上来看双偏振OHP产品在25～50 km和20～50 mm，平均偏差比超过了0.96，相关系数大于0.78。

（3）因黄南州多普勒雷达特殊的建站位置和特殊的地形环境，需要进一步消除或减少地物影响。

（4）UAM产品漏报率较高，需进一步完善算法，从而才有更好的预警提醒作用。

参考文献

[1] 李晶，包云轩，蒋义芳，等.多普勒天气雷达1h降水产品的质量评估[J].气象科学，2015，35（3）：340-345.

[2] 范江琳，青泉，马力.基于不同海拔的雷达降水估测试验[J].气象科学，2014，34（1）：66-71.

[3] 刘治国，何香莲，王锡稳，等.兰州新一代天气雷达降水估计的误差来源[J].甘肃气象，2003（2）：4-6.