美加天气雷达的降水测量技术发展及应用

美国自20世纪80年代后期开始新一轮天气雷达网的建设。用于全国布网的新一代雷达系统（WSP—88D）是具有高质量定量降水估测能力的现代多普勒天气雷达。到1997年底，新雷达已在全国安装了165部，覆盖了全美国，同时陆续研究开发了雷达回波信息处理及面雨量分析计算等业务运行系统。

应用雷达测量降水的最大优点，是可以从一个点得到大范围高时空分辨连续率连续分布的实时降水信息，是洪水预报最重要的变量，由于用有限的雨量计估算区域降水量精度不高，同时数据传输处理需要一定的时间，因此影响了洪水预报的精度和时效。雷达测量降水能够弥补应用雨量计观测的点降雨资料进行区域降水量估算的不足，将为洪水预报带来显著的效益。但是，由于技术本身的复杂性和其他原因，目前的雷达测雨存在一定的误差，特别是大范围降水测量的准确性尚不能完全满足水文业务应用的要求。为了将雷达定量测量降水的成果用于水文业务，在建设雷达网的同时，美国天气局水文降水分析项目HRAP也开始实施，HRAP的目的是将雨量站探测资料、卫星云图资料与雷达测雨资料相结合，产生用于预报的最优降水估算场。经过多年的研究实验，目前已在业务中应用。

雨量估算分三个阶段进行，第一阶段工作在雷达资料处理中心进行，将雷达探测的回波强度转换为降水率，再将其累计成1小时、3小时、6小时的过程降水量，应用实测雨量计资料订正并进行格式转化，形成4km×4km分辨率的面雨量估测数字图像产品，向天气预报办公室和河流预报中心实时传输。

第二阶段是将多种雨量探测信息进行同化，也是雨量估算的核心工作，在天气预报办公室和河流预报中心都需要开展。主要内容是先将第一阶段雷达估测的雨量参照气象卫星云图资料、实测降水资料，进一步修正雷达降水估测值，然后在每部雷达的探测范围内（半径约230km）以实测雨量数据为雨量站所在像素点的真值，其他像素点则根据其与雨量站点的距离，将雨量站点数据和雷达估测数据按不同的权重计算出新的雨量值。经过逐点处理形成新的降水分布数据即为最新降水估算成果。

第三阶段在河流预报中心实施，以人机交互的方式将几部雷达覆盖区域的资料拼接成为全流域范围的雨量估算场。在处理过程中水文气象专业人员对雷达资料和雨量计数据进行全面的审视，对不合理的雷达或雨量计数据进行人为的剔除或修正，使降水估算成果在输入水文模型以前得到质量保证。经过人机交互处理的降水估算数据即可作为水文模型的输入值供预报应用。(www.xing528.com)

目前，美国天气雷达估算降雨并用于水文预报的工作达到了全面业务化水平，大部分河流预报中心采用这种方法进行日常水文预报工作，使预报的准确程度有了显著的提高。在位于得克萨斯州沃斯堡的西海湾河流预报中心，由于所辖地区降水测站分布不均匀，特别是有些河流的上游位于墨西哥境内，很难得到该地区的雨量观测资料，同时这一带多局部地区突发性暴雨，也是龙卷风的多发地，雨量计资料反映不出实际降水情况，因此，1994年前开始将雷达定量估测降水资料用于水文预报业务。目前有3名专职水文气象分析支持人员轮流值班对每小时的雷达估测雨量资料和实测雨量计数据进行人机交互的同化和拼接工作。成果用于水文预报和暴洪警报指导，同时在互联网上发布。考察时预报中心的技术人员为我们演示了实际的工作过程。当时在雷达定量估测的雨量计资料，而在降水区边缘有三个雨量计数据均为0，如果仅用雨量计数据就会漏掉这部分降水量。为真实反映这部分降水，值班员将三个雨量计数据剔除，以雷达估测资料作为实际降水量提供最终的定量估算成果。

在中大西洋河流预报中心，目前还是用雨量计资料就地洪水预报，原因一方面是本区域雨量站密集，7个州有1000多个雨量站，更重要的是缺少熟练掌握人机交互降水信息分析技术的人员。河流预报中心主任认为新的技术肯定将提高水文预报的质量，他们很快也要用新的软件应用多源降水信息同化技术进行洪水预报。

从考察中我们深刻地认识到这项工作不仅需要现代化的信息系统，更重要的是有经验的技术人员所起的作用。在强有力的计算机技术支持下，人的主观能动性得到了充分的发挥，同时成果的质量最终将取决于人的知识经验和技术水平。因此，在项目建设的开始，我们就应该重视和加强技术人员的训练和培养。

加拿大的天气雷达计划现在正在实施，计划在2003年前安装31部C波段（5cm波长）多普勒天气雷达，建成覆盖整个南部地区的天气雷达网。目前已有5部新雷达运行，还将改造16部，新建10部。建立雷达网的主要目的是强对流天气的预报和警报。预计对龙卷风的预见期可达到20分钟，比现在提前一倍时间，将对民众的生命财产安全带来很大的效益。雷达资料估计降水主要为农业和保险业服务。在水文中的应用目前也正在开展。