[发明专利]融合站点降水和雷达回波的ResUNet定量降水估计方法及系统

说明书

一种融合站点降水和雷达回波的ResUNet定量降水估计方法及系统，该定量降水估计方法包括：获取雷达实况数据和地面站点的降水量观测数据；将地面站点的降水量观测数据插值生成全区域网格的原始数据；对全区域网格的原始数据切割生成原始数据集，基于均衡原始数据集的样本获得模型数据集；将模型数据集按第一比例划分为模型训练数据集和模型验证数据集；训练ResUNet模型,基于模型训练输出数据和地面站点的降水量观测值对比的损失训练ResUNet模型，将站点观测降水融入模型；保存训练后的ResUNet模型，对ResUNet模型的输出结果进行处理，将处理后的输出结果按全区域网格拼接生成全区域网格的定量降水估计结果。本申请实现了小时级更新和1km空间分辨率的可靠定量降水实况。

技术领域

本发明属于雷达反演定量降水估计的技术领域，特别是涉及一种融合站点降水和雷达回波的ResUNet定量降水估计方法及系统。

背景技术

定量的降水数据可以为水文、防灾减灾提供重要资料，为防洪抗旱等决策提供有力的数据支撑，为更准确的数值模式模拟和天气预报提供历史资料。因此，定量的降水观测是防灾减灾的重要手段，可基于此提高资源协调和利用效率，减少洪涝、滑坡、干旱等灾害造成的人员伤亡和财产损失，同时为全球水循环和地球气候系统研究提供更丰富的资料。

目前定量的降水实况观测主要有三个来源：地基的站点观测、降水雷达观测和气象卫星遥感观测。站点的雨量计观测降水准确率较高，但集中在站点位置，难以提供大范围的密集观测，同时单点观测难以代表单点周围区域的降水情况。相较站点观测，降水雷达可提供更大范围的降水观测，且观测准确率较高，但雷达的直接观测数据为反射率，需要经转换计算为降水量。传统的雷达反射率转降水主要依靠测雨雷达反射率Z和降雨强度R的ZR关系，但ZR关系的系数受雨滴谱影响，会因地域、季节等因素发生较大变化，每个地区和不同季节都有不同的系数与之适应。当前一般采用固定三个ZR关系，随时间变化动态优选用于全国，虽然可以一定程度上缓解不同季节在固定的ZR关系上的误差，但难以减弱由地域带来的误差。

气象卫星可以提供覆盖更全的降水观测，但气象卫星难以直接获取降水量，需和地面站点或雷达观测间建立映射关系进行降水量反演，预测降雨量的准确率会打折扣，且目前的多个卫星反演降水量可能融合多颗星上的载荷观测，空间分辨率也会受限，一般约在10km或更低范围内。

国内目前定量降水量估算QPE(quant itat ive precipitat ion est imat ion)产品有融合美国的CMORPH(CPC Morphi ng Technique)降水量估计和站点观测的二源融合产品，以及再融合雷达观测的三源融合产品。其中，CMORPH降水量主要依靠卫星反演得到，在中国区域的准确率相对较低，雷达降水仍然是利用固定的ZR关系得到，且不同区域的准确率差别较大。在融合时，首先基于站点观测，用概率匹配法对雷达降水和卫星反演降水进行系统误差校正，再利用贝叶斯模式平均法融合卫星降水和雷达降水，最后用最优插值法将站点观测的降水融合进产品。由于融合的产品在空间上存在系统性偏差的问题，最优插值也常具有“牛眼”样的椭圆形虚假降水。

鉴于此，有必要提出一种融合站点降水和雷达回波的ResUNet定量降水估计方法，以解决上述ZR关系转换和最优插值带来的降雨量预测不准的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种融合站点降水和雷达回波的ResUNet定量降水估计方法，以解决现有固有ZR关系转换和最优插值带来的降雨量估计不准的问题。本申请利用ResUNet模型，将地面站点的降水量观测数据作为先验融入全区域网格中，用雷达观测的反射率、网格点距雷达中心的距离，以及网格点经纬度和地表高程数据匹配，实现了小时级更新和1km空间分辨率的可靠定量降水实况，可为防灾减灾、决策、气候系统研究提供高质量的小时级降水量数据支撑。

本发明的目的及实现的技术方案如下。

本发明提供了一种融合站点降水和雷达回波的ResUNet定量降水估计方法，该定量降水估计方法包括：