[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

说明书

技术领域

本发明涉及气象数据质量控制技术领域，特别是一种区域自动气象站小时雨量数据质量控制方法。

背景技术

近几年，随着我国地面气象观测现代化建设的推进，全国自动气象站数量已经超过5万个，但这也加大了维护的难度。自动气象站的雨量数据是准确反映实时降水量的重要依据，然而在实际使用过程中存在着一定的问题，比如：站点迁址导致其地理位置信息不准确、翻斗式雨量计易受周围大风影响、杂物堵塞、人为浇水、破坏以及维护不当等因素造成雨量测量误差等，这些都给业务人员进行数据分析带来了非常大的困扰，无法判断真实的天气过程。因此如何准确评估自动气象站雨量数据质量，是一个非常紧迫和亟待解决的问题。

传统的自动气象站雨量数据质量控制方法主要包括气候学界限值检查、区域界限值检查、时间一致性检查和空间一致性检查等。这些方法是以降水分布满足时空分布连续性为前提条件的；而在夏季，我国强对流天气频发，常常会发生两类降水系统，分别是局地阵性降水和大面积层状云中镶嵌小尺度强对流云团的混合型降水，这样的降水系统会给现有的自动气象站雨量数据质量控制技术判断带来障碍。

随着雷达遥感技术的发展以及雷达观测网的建设，目前国内外开始发展基于雷达定量估测降水的自动气象站雨量数据的质量控制方法。Marzen和Fuelberg(2005)发展了一套基于多传感器降水估计算法修正后的雷达定量估测降水数据的雨量数据质量控制方法。Zhang Jian(2016)发展了一套基于MRMS系统中多传感器的小时雨量实时质量控制系统。丛芳等(2011)利用雷达定量估计降水与自动气象站站雨量数据之间的相似离度关系，进行了将雷达资料应用于自动气象站雨量数据质量控制的试验性研究。仲凌志等(2013)利用天气雷达辅助对自动气象站逐小时降水数据进行了实时质量控制及评估。

上述的自动气象站降水数据质量控制方法中，均没有对雷达数据的准确性进行评估，同时雷达定量降水估计中使用的Z-R关系系数也是前人给出的，并不一定适合当前的降水系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种区域自动气象站小时雨量数据质量控制方法，该区域自动气象站小时雨量数据质量控制方法同时接入了3类数据，分别为天气雷达数据、雨滴谱仪数据、自动气象站数据。先利用雨滴谱仪测量的雨滴谱仪数据对天气雷达数据进行修正，然后使用修正后的天气雷达数据对自动气象站数据进行自动判别，从而使自动气象站雨量数据更加准确、可靠，提高观测数据质量，为气象监测、预警和预报等业务的运行奠定良好的基础。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种区域自动气象站小时雨量数据质量控制方法，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：

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：

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。