【摘 要】
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在我国西北地区,地面雨量站点和气象站点分布稀疏且不均,以至于其虽然在单点上可以提供高精度的降水测量信息,但对降雨空间分布的估计能力不足。而我国在全国各地布设的新一代多普勒天气雷达能够大范围高时空分辨率地对降水进行全覆盖式监测,较好地反映降水的空间分布,但其对降水的估测精度却不如地面站点。因此论文以西北地区黑河中上游为例,对张掖多普勒天气雷达用于定量估测当地地形云降水的Z-I关系进行优化研究,并实现
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在我国西北地区,地面雨量站点和气象站点分布稀疏且不均,以至于其虽然在单点上可以提供高精度的降水测量信息,但对降雨空间分布的估计能力不足。而我国在全国各地布设的新一代多普勒天气雷达能够大范围高时空分辨率地对降水进行全覆盖式监测,较好地反映降水的空间分布,但其对降水的估测精度却不如地面站点。因此论文以西北地区黑河中上游为例,对张掖多普勒天气雷达用于定量估测当地地形云降水的Z-I关系进行优化研究,并实现地面雨量站点监测降水与雷达定量估测降水的数据融合,以获得高精度与高时空分辨率兼具的降水数据从而对该地区水资源管理提供更好的数据参考。主要研究内容如下:利用Python中的PyCINRAD包对张掖C波段多普勒雷达扫描所得基数据的数据结构进行分析,并结合pandas、numpy、os等专业数据分析和文件处理包批量地对基数据文件中的回波数据等数据进行提取,对其中的奇异值和时空缺失值进行质量控制,构建雨量站—雷达将水数据对。采用整体最优化和按距离分段最优化法对张掖雷达应用于当地降水监测的Z-I关系进行优化,并与采用缺省公式和典型公式估测得到的降水作对比。结果表明:直接采用缺省公式或典型公式估测得到的降水,对该地区的真实降水存在严重低估,两种优化方法得到的Z-I关系定量估测所得降水能明显改善这一低估,无论是在整体上还是在单点尺度上都能够提高雷达定量估测降水的精度,但受Z-I关系法估测降水的局限性等影响,两种优化方法得到的Z-I关系对整体和单点尺度降水的优化程度都有限。为进一步提高雷达估测降水的精度,同时将地面站监测降水和雷达估测降水的优势相结合,采用地理比例分析法（Geographic Ratio Analysis,GRA）,地理差异分析法（Geographic Differential Analysis,GDA）和条件融合法（Conditional Merging,CM）构建雷达定量估测降水与地面站监测降水的数据融合模型,并通过留一交叉验证的方法检验融合降水的精度。结果表明:从对降水定量估测的数据精度方面来讲,地理比例分析法得到的融合降水并不能提高雷达估测降水的精度,而地理差异分析法和条件融合方法都能够有效改善雷达对降水定量估测的精度,二者表现相近,条件融合法得到的数据精度略优;从对降水时空分布特征的刻画方面来看,地理差异分析法和条件融合法都能够提高单一Z-I关系对降水空间分布监测的准确性,而地理比例分析法不仅不能准确监测到降水中心还在极值降水的估测上出现较大误差,表现最差,对研究区域内地面站和雷达监测降水的融合并不具有适用性。
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