珠海X波段双偏振相控阵雷达定量降水估测产品质量评估

梅雨菲; 陈生; 刘陈帅; 肖柳斯

doi:10.16032/j.issn.1004-4965.2023.053

珠海X波段双偏振相控阵雷达定量降水估测产品质量评估

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.053

梅雨菲^{1, 2},
陈生^{3, 4, ,},
刘陈帅^{1, 4},
肖柳斯⁵

1.
中山大学大气科学学院，广东珠海 519082
2.
斗门区气象局，广东珠海 519125
3.
中国科学院西北生态环境资源研究院黑河遥感站和甘肃省遥感重点实验室，甘肃兰州 730000
4.
南方海洋实验室（珠海），广东珠海 519000
5.
广州市气象台，广东广州 511430

基金项目:

国家自然科学基金 41875182

广州科技局计划 201904010162

详细信息

通讯作者:
陈生，男，广西壮族自治区人，教授，主要从事遥感定量降水产品的不确定分析。E-mail: chensheng@nieer.ac.cn

中图分类号: P412
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出版历程
- 收稿日期: 2022-08-06
- 修回日期: 2023-07-03
- 网络出版日期: 2023-10-24
- 刊出日期: 2023-08-20

QUALITY EVALUATION OF X-BAND POLARIMETRIC PHASED ARRAY RADAR QPE PRODUCT IN ZHUHAI

MEI Yufei^{1, 2},
CHEN Sheng^{3, 4
, ,},
LIU Chenshuai^{1, 4},
XIAO Liusi⁵

1.
School of Atmospheric Sciences, Sun Yat-sen University, Zhuhai, Guangdong 519082, China
2.
Zhuhai Doumen Meteorological Service, Zhuhai, Guangdong 519125, China
3.
Key Laboratory of Remote Sensing of Gansu Province, Heihe Remote Sensing Experimental Research Station, Northwest Institute of Eco-Environment and Resources, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China
4.
Key Laboratory of Tropical Atmosphere-Ocean System (Sun Yat-sen University), Ministry of Education, Zhuhai, Guangdong 519000, China
5.
Guangzhou Meteorological Observation, Guangzhou 511430, China

摘要

摘要: 以地面雨量站观测资料为基准，选取2021年6—8月的6个强降水过程，利用珠海4部X波段双偏振相控阵雷达QPE组网产品和对应区域雨量站逐小时降水资料，使用相关系数(CC，Correlation Coefficient)、相对偏差（RB，Relative Bias）、相对平均绝对误差（RMAE，Mean Relative Absolute Error）、均方根误差(RMSE，Root Mean Squared Error)、探测率（POD，Probability of Detection）、误报率（FAR，False Alarm Ratio）、临界成功指数（CSI，Critical Success Index），对相控阵雷达QPE产品质量进行评估。结果表明：QPE产品总体CC、RB、RMAE、RMSE分别为0.83、1.62%、47.59%、6.68 mm。有无降水探测率为88.66%，FAR为12.03%，CSI为83.99%；能够准确捕捉强降水落区、把握小时雨强变化趋势，雨强峰值谷值出现的时间匹配的较好。小时降水分级检验结果显示，QPE产品对于大雨强的评估效果相对较好，小时雨量≥16.1 mm时CC、POD、CSI均最大；雨强较小时，QPE产品明显高估降水强度，当小时雨强超过16.0 mm时，低估降水强度；RMAE随着雨强的增大逐渐减小，当雨强≥8.1 mm时，RMAE趋于稳定，为34% 左右。
- 相控阵雷达 /
- QPE产品 /
- 检验评估 /
- 强降水
Abstract: This study evaluates the QPE product of X-band Phased Array Radar in Zhuhai with hourly precipitation data covering 73 rain gauges. Six heavy rainfall cases were selected and seven statistical analysis indexes were used in this study. These indexes include Root Mean Squared Error(RMSE), Correlation Coefficient (CC), Relative Bias (RB), Mean Relative Absolute Error(RMAE), Probability of Detection(POD), False Alarm Ratio (FAR) and Critical Success Index (CSI). Results show that QPE product can well capture the spatial pattern of heavy rain and the trend of rainfall intensity in terms of time with CC about 0.83, RB about 1.62%, RMAE about 47.59%, and RMSE about 6.68mm; the accuracy rate of clear or rain is 88.66%, while the FAR and CSI is 12.03% and 83.99%. Additionally, the QPE product performs best when hourly rainfall rate exceeds16.0 mm / h, with bigger CC, POD and CSI. The deviation of QPE product is positive for the lower rainfall rate, and it turn negative as the hourly rainfall rate over 16.0 mm / h. RMAE decrease as rainfall rate increase, but it stabilizes at around 34% as hourly rainfall rate over 8.0 mm/h, which means that the quality of QPE product is better in heavy rain.
- Phased Array Radar /
- QPE product /
- evaluation /
- heavy rainfall

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图 1 相控阵雷达及雨量站分布示意图

黑点为雨量站、红点为雷达站、绿圈为雷达探测范围

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图 2 小时降水量散点分布

a. 全部过程；b~g. 分别为过程1~6。

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图 3 斗门站(a)、珠海站(b)小时雨量时序图，雨量站(c)和QPE产品累计雨量(d)空间分布图

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图 4 不同小时降水量级下POD、FAR、CSI评估指标比较

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表 1 珠海X波段相控阵天气雷达QPE产品评估个例情况

过程编号	时间（北京时）	数据对	最大小时雨量/mm
1	6月1日02—24时	1 270	148.6
2	6月24日05—14时	719	56.8
3	6月28日02—13时	849	89.0
4	7月18日22时—19日15时	1 314	39.5
5	8月10日02—8时	509	97.2
6	8月11日01—9时	646	51.8

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表 2 雨量站降水与QPE估测产品列联表

QPE估测产品	雨量站在阈值内	雨量站不在阈值内
QPE在阈值内	A	B
QPE不在阈值内	C	D

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表 3 QPE产品在不同雨强下的误差估计

小时雨量/mm	CC	RMSE/mm	RB	RMAE
0.1~1.0	0.28	1.15	257.74%	280.50
1.2~2.4	0.26	1.70	102.70%	118.49
2.5~8.0	0.34	1.88	42.72%	60.86
8.1~16.0	0.31	0.87	7.60%	34.93
≥16.1	0.54	9.02	-26.53%	34.91

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