一种适用于山前迎风坡X波段雷达和地面雨量站的降雨融合方法技术

本发明专利技术涉及一种适用于山前迎风坡X波段雷达和地面雨量站的降雨融合方法，包括以下步骤：步骤1、地形影响下山前迎风坡降雨本地化特征分析；步骤2、定量计算高程和坡度与降雨本地化特征的响应关系；步骤3、雨量站点的可靠性和站点数据的准确性分析；步骤4、X波段雷达的降雨反演估测；步骤5、降雨本地化特征下网格梯度权重判定；步骤6、雨量站点降雨数据与本地化特征网格梯度权重耦合下的融合降雨数据；本发明专利技术在判定降雨融合权重时充分考虑了山丘区降雨特征及地形起伏对山丘区降雨空间分布的影响，为降雨融合算法的本地化提供了依据，可有效提高山丘区降雨融合精度，避免单点降雨极值被均化，有力支撑山洪灾害监测预警。有力支撑山洪灾害监测预警。有力支撑山洪灾害监测预警。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于山前迎风坡X波段雷达和地面雨量站的降雨融合方法


[0001]本专利技术涉及一种适用于山前迎风坡X波段雷达和雨量站的降雨融合方法，属于降雨空间插值，主要用于气象与水利部门开展降雨面雨量估测、山洪预报预警等工作。

技术介绍

[0002]山丘区强降雨多发频发，容易引发山洪、滑坡、泥石流等自然灾害。提升强降雨监测精度，将极大提升因强降雨引发各类自然灾害的监测预警能力。然而目前各类降雨监测手段各有优势，缺点也较明显。雨量站通过虹吸式、翻斗式、称重式雨量计等获取降雨实时数据，可准确的获取该站点实时降雨数据，但由于降雨空间分布不均匀，雨量计存在可准确获取点降雨数据而降雨空间分布捕捉能力较差的特点。雷达测雨则与雨量站点测雨截然相反，凭借其多仰角的体扫能力可实现降雨空间分布较好的捕捉，但由于雷达测雨是基于多普勒效应对电磁波反演得到，“二次转换”后降雨精度往往不高。
[0003]尽管已有不少降雨融合方法，以期各类降雨监测手段能够扬长避短，但降雨融合结果还难以适应中小流域空间尺度和小时(分钟)时间尺度的监测，往往存在降雨极值均化的现象，无法满足局地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于山前迎风坡X波段雷达和雨量站的降雨融合方法，包括以下步骤：步骤1、地形影响下山前迎风坡降雨本地化特征分析；步骤2、定量计算高程和坡度与降雨本地化特征的响应关系；步骤3、雨量站点的可靠性和站点数据的准确性分析；步骤4、X波段雷达的降雨反演估测；步骤5、降雨本地化特征下网格梯度权重判定；步骤6、雨量站点降雨数据与本地化特征网格梯度权重耦合下的融合降雨数据。2.根据权利要求1所述一种适用于山前迎风坡X波段雷达和雨量站的降雨融合方法，其特征在于：所述步骤1地形影响下山前迎风坡降雨本地化特征分析方法如下：S11、基于历史数据的降雨本地化特征定性分析，收集地面雨量站的站点资料、历史降雨数据、气象资料；S12、采用SPSS的双变量相关性分析方法对雨量站点高程与站点实测雨量进行相关性分析，通过非参数相关性、皮尔逊检验判断两变量之间的相关性，若皮尔逊检验结果>0.7，且“**”代表极显著，一个“*”代表显著；S13、站点强降雨时段统计结果与地形走向一致性检验；采用SPSS的Kappa计算站点强降雨时段统计结果与地形走向的一致性检验，若Kappa≥0.75说明两个变量一致性较好，0.4≤Kappa<0.75说明两个变量一致性一般，Kappa<0.4说明两个变量一致性较差；S14、基于皮尔逊检验结果>0.7，Kappa≥0.4，则存在地形影响下山前迎风坡降雨本地化特征。3.根据权利要求1所述一种适用于山前迎风坡X波段雷达和雨量站的降雨融合方法，其特征在于：所述步骤2中定量计算高程和坡度与降雨本地化特征的响应关系方法如下：S21、首先，收集地形数据、高程变化数据、降雨数据；S22、采用水汽收支法计算降雨增量；S23、统计每个降雨站点实测降雨数据和其他每个站点实测降雨数据的差值；S24、一致性分析矩阵定量计算相关系数；S25、基于相关系数和距离的(l
‑
ICC)曲线，计算得到的两两雨量站点的组内相关系数(ICC)进行判别，判别定义为：小于0.5表示一致性较差，0.5～0.75一致性中等，0.75～0.95一致性较好，大于0.9一致性极好；S26、针对单个雨量站点统计其与其他所有站点的组内相关系数(ICC)，结合该站点和其他所有站点的空间距离(l)，构建组内相关系数(ICC)和距离(l)的相关矩阵。在相关矩阵基础上，绘制两者响应曲线(l
‑
ICC)，选取ICC＝0.5对应的空间距离作为该站点的影响半径r
(i)
。4.根据权利要求1所述一种适用于山前迎风坡X波段雷达和雨量站的降雨融合方法，其特征在于：所述步骤4通过数据质量控制，采用高斯自适应滤波技术，完成对干扰杂波、地物杂波的抑制，以及距离模糊和速度模糊数据的控制与处理；根据ZH
‑
KDP综合订正技术完成水平反射率以及差分反射率的订正；通过Z
‑
R关系将反射率解译为雷达降雨数据。5.根据权利要求1所述一种适用于山前迎风坡X波段雷达和雨量站的降雨融合方法，其特征在于：所述步骤5中雨量站点对待融合网格的归一化权重(w
i
)计算由其在影响半径范
围内的雨量站综合确定；由待融合网格雨量站点之间的距离系数(l
i
)、降雨本地化特征下雨量站调整系数(P
i
)计算得到。6.根据权利要求5所述一种适用于山前迎风坡X波段雷达和雨量站的降雨融合方法，其特征在于：所述待融合网格每个雨量站点之间的距离系数(l
i
)由基于距离倒数平方系数(d
i
)乘基于雨量站影响半径距离系数(g
i
)；l
i
＝d
i
×
g
i
所述基于距离倒数平方系数(d
i
)以待融合网格与影响雨量站点的距离确定，认为距离待融合网格越近的雨量站其影响能力越大，计算公式如下：式中：d
i
为第i个实测站点被分配的权重；Di为待估站点到第i个实测站点的直线距离；n为确定待估站点所用到的实测站点的个数；b为权重指数，b＝2，即与距离的平方成反比；所述基于雨量站影响半径距离系数确定(g
i
)以待融合网格与影响雨量站点的距离及影响雨量站的响应曲线(l
‑
ICC)确定。具体，寻找待融合网格距离雨量站直线距离响应的ICC值，即为基于雨量站影响半径距离系数(g
i
)。7.根据权利要求5所述一种适用于山前迎风坡X波段雷达和雨量站的降雨融合方法，其特征在于：所述降雨本地化特征下雨量站调整系数(P
i
)由待融合网格点区域本地化特征响应系数(k
i
)乘影响待融合网格雨量评估的雨量站本地化特征调整系数(v
i
)确定；P
i
＝k
i
×
v
i
所述待融合...

【专利技术属性】
技术研发人员：田济扬，邱庆泰，郁章涛，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：