[发明专利]一种区域自动气象站小时雨量数据质量控制方法

权利要求书

1.一种区域自动气象站小时雨量数据质量控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，建立判别模型：根据历史观测资料，选择一段时间统计天气雷达小时雨量和自动气象站小时雨量数据，建立判别模型，判别模型的公式为：

$f_1\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}{10}^A& x\<T_1\\ {10}^{A-k_1{\mathrm{lgT}}_1+k_1\lg x}& x\≥T_1\end{array}\right.$

$f_2\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& x\<T_2\\ {10}^{k_2\lg x-{\mathrm{lgT}}_2}& x\≥T_2\end{array}\right.$

上式中，f₁(x)为可信自动气象站小时雨量的上边界，f₂(x)为可信自动气象站小时雨量的下边界；x表示雷达估测小时雨量；A、k₁、T₁、k₂、T₂为方程系数，根据经验，A∈[0.5,1]，k₁∈[0.5,2]，k₂∈[0.5,2]，T₁∈[0.1,10]，T₂∈[0.1,10]；

步骤2，数据读取及转换：分别将天气雷达、雨滴谱仪和区域自动气象站的采集数据进行读取，并均转换成标准格式的数据；

步骤3，修正雷达回波强度：利用步骤2转换后的雨滴谱仪采集数据，完成对天气雷达实测回波强度信息的评估和订正；评估和订正的方法如下：

步骤31，通过步骤2转换后的雨滴谱仪采集数据估算出雨滴谱仪回波强度信息；雨滴谱仪回波强度Z的计算公式为：

$Z=\underset{i=1}{\overset{32}{\Σ}}N\left(D_i\right)D_i^6\mathrm{\Δ}D$

式中，N(D_i)为单位体积内第i级直径对应的所有降水粒子；D_i为第i级直径的粒子；

步骤32，坐标关系映射：将天气雷达回波数据从极坐标映射到笛卡尔坐标；

步骤33，天气雷达回波强度修正：以雨滴谱仪的空间位置为中心，确定空间匹配窗口；在空间匹配窗口内，将步骤32中位于笛卡尔坐标内的天气雷达回波数据与步骤31估算出的雨滴谱仪回波强度信息数据进行对比，完成空间匹配，计算出天气雷达回波强度的偏差并进行修正；

步骤4，建立不同降水类型下的天气雷达回波强度与雨强关系式：利用步骤2中的雨滴谱仪采集数据，通过最小二乘法拟合出不同降水类型下的雷达回波强度与雨强关系式；具体建立方法如下：

步骤41，建立天气雷达回波强度与雨强的通用Z-R关系式，该通用Z-R关系式为：

Z＝aR^b

式中，Z为天气雷达回波强度；R为雨强；a、b为待定常数，不同降水类型所对应的a和b值不同；

步骤42，降水类型划分：先设定一个固定阈值作为划分降水类型的分割线，然后根据该固定阈值，将步骤31估算出的雨滴谱仪回波强度Z进行划分，具体划分方式为：当雨滴谱仪回波强度Z大于等于固定阈值时，判断为对流降水；当雨滴谱仪回波强度Z小于固定阈值时，判断为层状云降水；

步骤43，计算不同降水类型下的待定常数a、b；将步骤41建立的通用Z-R关系式进行变换，然后采用最小二乘法线性回归方程得出待定常数a、b的计算公式，然后根据待定常数a、b的计算公式，分别拟合出对流降水和层状云降水时的常数a、b值及所对应的Z-R关系式；其中，待定常数a、b的计算公式如下：

$a={10}^{\frac{1}{N}(\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{y}_i-b\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{x}_i)}$

$b=(N\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{x}_i{y}_i-\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{x}_i\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{y}_i)/(N\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{x_i}^2-{\left(\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{x}_i\right)}^2)$

式中，x_i是雨滴谱仪获取的雨强数据样本，y_i是雨滴谱仪计算出的雷达回波强度数据样本，N为样本数量；

步骤5，建立雨量集合：根据步骤3得到的修正雷达回波强度，代入步骤4建立的不同降水类型下的天气雷达回波强度与雨强关系式，得到雷达估测小时降水雨量，联合区域自动气象站小时雨量数据构成二维坐标点，得到雨量集合；联合雷达覆盖范围内的区域自动气象站小时雨量数据，获取空间上匹配的点对点雨量集合

{[x_rg₁,y_rr₁],[x_rg₂,y_rr₂],…,[x_rg_n,y_rr_n]},其中x_rg代表雷达估测的小时降水雨量，y_rr代表区域自动气象站的小时雨量，n代表自动气象站的个数；

步骤6，自动气象站小时雨量数据判断：根据步骤5获得的雨量集合，分别代入步骤1建立的判别模型中，判断区域自动气象站小时雨量数据的质量；当区域自动气象站小时雨量数据处于上下边界之间时，即f₁(x_rg)＜y_rr＜f₂(x_rg)，判断区域自动气象站小时雨量数据可信，反之，则判别为异常。