多源降雨信息质量评估遇到的基本问题是:①各类降雨信息的空间特征不同；②信息采集的时间频次不同；③降雨真值不明。信息采集时间频次的差异可以认为是通信手段问题,理论上可做到一致。而空间特征的不同则涉及更本质问题:点和面的问题。因此可据此将降雨信息分为两类:点雨量和连续网格雨量。人工水情站网降雨、气象站网降雨可归为点雨量；卫星云图估算降雨、雷达观测降雨及数值预报产品降雨可归为连续网格雨量。两类信息还有本质上的其他差异:前者为地面直接观读雨量信息；后者则为经分析计算后的雨量信息,可称为产品。

降雨真值问题是多源降雨信息质量评估的关键问题,其实质是,点雨量和连续网格雨量各有优势,在无法得到降雨真值的情况下,以何为评估依据。为实现降雨信息的质量评估,需提出如下基本假定。

假定1:地面站为某坐标系(平面直角、经纬度、某种投影)中的点,本身面积为0；地面站雨量为该点降水真值。

假定2:产品与连续网格相应,网格点本身有面积属性；经地面站校正后的雷达观测产品反映了降雨真值的空间分布。

雨量评估质量体系分为五个层次:单点雨量评估、区域点雨量综合评估、面雨量评估、降雨空间分布评估、洪水预报系统产品质量评估。进行质量评定所用的时段可取为1h、次、日、旬、月。

一、单点雨量评估

依据假定1,对产品进行点雨量质量评估。若地面观测站落在某网格中,则对该网格的产品进行单点评估。评估指标有:

(1)绝对误差与相对误差。

(2)过程确定性系数。视地面站雨量为点降水真值,产品为其拟合值,则可用确定性系数进行降雨过程的拟合优度评估。

(3)统计分析。对地面站的观测序列和产品序列进行统计分析,用相关系数进行产品质量评估。

(4)假设检验。分别计算地面观测序列和产品序列的统计特征,构造相关统计量,选定置信水平,进行假设检验。

1)均值检验。假设地面观测序列ξ和产品序列η 均服从正态分布,即ξ—N(a1,σ1),η—N(a2,σ2),若两样本的子样数n1 和n2 相等,可用配对试验的t检验法进行数学期望比较检验。若两样本的子样数n1 和n2 不相等,则可用斯切非(Scheffe)方法构造统计量进行假设检验。

2)方差检验。假设地面观测序列ξ和产品序列η 均服从正态分布,即ξ—N(a1,σ1),η—N(a2,σ2),据此可方差F 检验。

3)分布函数检验。用斯米尔诺夫检验法对两总体的分布函数进行相同性检验。该法考虑最大偏差,原假设被否定的可能性较大。同时该法最终采用的是极限分布,要求n1 和n2 较大。

(5)单点综合评估。用同一时段(1h、次降雨或日降雨等)多个优度指标的均值综合评估该站点的单点产品质量。

二、区域点雨量综合评估(www.daowen.com)

设区域内有n个地面站,对相应的n 个网格的产品进行点雨量综合评估。区域单点综合评估可用区域内有关网格单点评估结果的平均值表示,可按类似于TS(ETS)的体系进行评估。

三、面雨量评估

由于无法得到面雨量真值,故不能直接进行面雨量拟合优度评估,但可以从不同的侧面对面雨量质量进行比较判别。

(1)一致性判别。分别计算不同资料系列的面雨量,按与前述单点质量评估相同的统计分析、假设检验方法,对资料系列间的一致性进行判别。如此虽不能判别系列的优劣,但可从各系列间(如单纯地面站系列、单纯雷达观测系列、单纯预报系列、综合系列)一致性的差异(如置信水平的差异)来比较判别系列的可信程度。这里用到如下假定:

假定3:如果某两系列的一致性较好(如计算的面雨量值较为接近、面雨量系列的相关系数较高或假设检验的原假设成立或其置信水平较高等),则可认为该两系列较其他系列可信。

(2)暴雨调查。

假定4:地面观测和调查的综合结果能够反映暴雨总量的真值。

对较大的暴雨进行事后调查,一般可以得到某点的总降雨量。因此可按过程总面雨量进行计算评估,评估方法同前。

四、降雨分布

雨区、降雨中心位置、中心雨量、降雨走向等是降雨分布的主要特征。

按照假定2,可将经地面站校正后的雷达观测产品作为真值,对数值预报产品的空间特征进行评估判别。

五、洪水预报系统产品

以某次暴雨洪水过程的不同降雨资料系列作为洪水预报系统的输入,如果下垫面条件相同,则可以认为洪水预报系统产品质量较高时,其相应的降雨资料系列最接近真值,如此可判别各资料系列的优劣。

洪水预报系统应能体现资料系列之间的变化。如地面站资料可得到精确的点雨量,而雷达观测产品可得到更详尽的降雨空间信息。如用集总型水文模型可能无法充分体现雷达观测产品的优势,因此应避免用单一水文预报模型进行判别,同时流域区(块)、单元的划分也应有所不同。合理的做法是针对不同资料系列的优势,选择设计相应的模型和系统,分别进行洪水预报(拟合)。也可设计若干模型,对同一降雨资料系列用不同的模型进行计算,选择质量最高的洪水预报结果进行对比判别。