多普勒雷达测雨误差及其在水文模型中的传播机制研究

由雷达回波反演的降水存在一定误差，这种带有误差的雷达测雨信息如应用于水文预报，将通过水文模型传递和扩展，从而影响其他水文要素预报的精度和准确率。因此，科学评估雷达测雨误差，研究其在水文模型中的传递扩展机制对诊断水文预报不确定性、提高我国水文气象预报水平有重要意义。以往国内外关于雷达测雨对水文模拟影响的研究，比较零散且以个例为主，而对多普勒雷达测雨误差及其对水文模拟影响的研究更是鲜见。申请者就双偏振雷达测雨对水文模拟的影响进行过一些研究，取得了初步进展。为深入研究多普勒雷达测雨误差及其在水文模型中的传播，本研究拟以南京地区为研究区域，以多普勒雷达测雨资料为基础，以MET软件和TOPMODEL水文模型为研究平台，模拟分析雷达测雨误差及其对水文要素预报的影响，揭示雷达测雨误差在水文模型中传播的物理机制，探明水文模拟因雷达测雨误差产生的不确定性和可能的修正方法。为提高水文气象预报水平提供科学依据。

本项目统计分析了雷达测雨数据和常规雨量站数据之间的时空关系；对比了雷达测雨数据和雨量站测雨数据作为水文模型输入时模拟径流与实测径流的差异；探讨了雷达测雨数据与雨量站测雨数据作为不同输入时模拟结果的相对精度。成果包括以下内容：（1）通过对淮河流域、太湖流域和美国的丹佛机场附近区域的雷达降雨数据和雨量站数据，进行时空分析，发现综合运用偏振测定的雷达参数（Zh，Zdr，Kdp）估测降雨能获得更多的关于水滴大小分布DSD和水汽类型的信息，优于传统的Z-R方法。淮河流域的CINRAD雷达和美国的CHIll雷达虽然都是双偏振雷达，但自然条件的影响及雷达系统本身的区别使得两个区域雷达测雨误差可比性比较差，然而两个区域的研究都表明不同降雨强度雷达反演降水效果不同，这反映了在实际雷达估测降水过程中，应根据降水强度采用不同的反演算法，即组合算法更能提高估算效果。同时，在雷达测雨误差的校核中，要考虑系统平均偏差和降水的时空随机分布的特点。（2）采用FSS（Fraction Score Skill）方法，对太湖流域2007-2010年5个时次的雷达雨量数据进行了，雷达估测降雨效果随水平尺度变化的研究。结果表明,在水平尺度为5km -70km范围内，雷达雨量数据与雨量站数据接近程度较高，雷达估测降雨的技能得分FSS值可达到目标精度FSSuniform，这对雷达估测降雨应用于流域洪水预报等方面有重要意义。（3）利用HEC-HMS模型分析了雷达雨量数据误差对水文模拟的影响。通过对HEC-HMS模型进行适宜性分析，发现模型在淮河流域和太湖流域都有较高的确定性系数,而且峰现时间误差控制在一个模拟步长以内，可以满足径流预报精度。以雷达降雨数据作为输入进行水文模拟，结果表明，雷达测雨数据误差经过HEC-HMS水文模型传递后，误差明显减少。校正后的雷达测雨数据作为水文模型输入后，径流模拟效果明显提高。雷达测雨误差在不同研究区域,结合不同水文模型,对径流模拟会产生不同的影响趋势及效应。