目前开发的两个黄河中游地区中尺度数值降水预报模式,总体上来说,模式采用了相当多世界上先进的研究成果和技术,和其他模式相比,既有其独到之处,预报结果也相当满意。但对于黄河防汛的客观要求、洪水预报对降水预报的需求来说,首先,模式的预报精度尚需要进一步提高,模式的水平格距尚需进一步提高,同时也需要继续丰富物理过程,减少物理过程参数化。其次,数值模式预报是复杂而先进的预报方法,它所提供的中间和最终结果产品是丰富的,进一步利用、开发这些信息、资源需要做大量的工作。另外,对于MM5模式来说,还存在一个比较严重的问题就是地形,中尺度模式MM5在对黄河河套地区的降雨进行模拟时,很明显受地形影响比较严重,还有待继续调试改进。对于ETA 模式,尚未结合其他气象预报探测工具,如卫星云图多通道资料、雷达信息等作合成分析,即未增加四维同化功能,一定程度上影响了模式的预报精度。

卫星资料实时校正降水的时空分布和强度变化极不均匀,常规观测手段难以获取其三维时变信息,遥感技术的应用便成了降水监测方法研究不可缺少的内容。多年来,气象学家在全球范围内广泛地开展了利用卫星云图资料进行降水估算的研究工作,形成了各具特色的降水估计方法。据AIP(降水估计方法比较计划)的资料介绍,全世界有影响的降水估算方法有30多个,降水估算技术得到了很大的发展,利用红外云图和可见光云图资料进行降水估算已经成为监测降水的重要方法之一。

对于用卫星云图估算降水来说,由于卫星云图估计降水建立在两点基础上:第一,根据降水天气系统云系的特征演变和降水强度之间的关系估计降水；第二,除极端情况外,把可见光云图和红外线云图结合起来,判断对流云发展的强弱程度,再考虑其他一些因素就可能用卫星图像估计降水。总的来讲,卫星图像与降水并没有直接的物理联系,主要是根据云的形状、亮度、种类、面积与降水之间的关系作为统计因子用统计方法间接求得的,降水估计就是要从错综复杂的云图上找出可降水的云,从而得到降水的空间和时间分布。研究已经表明,通过分析卫星图像上云的形状、类型、变化或通过提取图像上有关辐射及纹理特征做降水估计是完全可能的。

然而,利用卫星云图资料进行降水估算在以下几个方面仍然遇到了较大的困难。第一,强对流云团的发展速度很快,以小时为单位的卫星观测不足以监测云团的快速变化。第二,卫星资料的空间分辨仍显不够,在中纬度地区,一个GMS红外像素覆盖几十甚至上百平方公里的面积,在这几十甚至上百平方公里的范围内,强对流云团的云顶表现以及地面降水都会有很大差异,显然,仅靠一个或几个像素辐射值是不足以反映这种差异的。第三,由于红外与可见光扫描辐射仪无法直接获取来自降水粒子的辐射信息,各种方法都存在一定的误差。第四,不同地理区域的降水特性相差甚大,各地的估算模型都需要一定的校正时间。第五,利用卫星资料估算降水从根本上还是基于统计和经验的降水反演,而不是基于物理过程的模式反演,必然存在一些统计方法所无法避免的误差,比如对于很强的降水过程估计偏小,而对于很弱的降水过程估计偏大等。

在本次实验中,2000年大多数强降水不是在我们的研究区内,因此没有相应的雨量计资料,即使在实验区中的降水,持续时间也不到24h,并且有效配对的资料(即雨量计资料和雷达资料匹配)也不到12h,因此无法计算出12h和24h的雷达估测面降雨量。此外,由于资料的缺乏,样本不够,我们无法通过窗概率配对的方法获得校准区Z—I 关系,希望今后能收集到足够的资料进行计算。另外,在2000年的实验中,由于某些时次雨量计和雷达观测的误差以及雷达雨量计的不匹配,给实际计算带来了很大的误差。比如两个站相距不超过10km,一个站1h降水量高达30mm,而另一个站仅为0.1mm,从雷达回波图上看来两个站位于同一降水区内,而且相差不应该超过1mm。另外,雷达回波接收质量不太好,一是受到较多的阻挡,另外就是发生遗失径向数据,从而造成回波不连续,也容易造成雷达雨量计观测的不匹配。希望在以后的观测中尽量提高观测质量,减少这种误差。还有一个问题是工厂提供的资料是原始的dB数码资料不是dBZ资料,而工厂并没有给出雷达标定后的参数以及其dB转化成dBZ的公式,因此我们的系统在实际应用中采用的计算是根据其出厂714CD 统一的参数计算得来的,这也可能在校正过程中产生误差,希望以后工厂能提供这方面的资料。最后一个问题是,目前改进的卡尔曼滤波法考虑了测量过程中的噪声是高斯白噪声,在以后的工作中将考虑滤除有色噪声的情况,对我们的算法作进一步改进。(www.daowen.com)

在雷达估测降雨量中,雷达反射因子Z—R 之间的关系已经应用了几十年。虽然反射因子的高值与高的降雨强度相对应,但是这两者之间不存在唯一的关系。降雨强度和雨滴大小分布有关系,通常雨滴大小分布可以用一个多参数的函数来描述,而在Z—R 关系中常常把雨滴大小分布定为一个单参数。当然雨滴谱的变化只是影响雷达测雨精度的许多因子中的一个,而且未必是最重要的影响因子。

由于受计算机模式识别技术的限制,目前对天气系统的判别尚需要人工完成,三花间暴雨预报专家系统不能自动运行。

暴雨是在有利的大尺度环流背景下,由中小尺度天气系统所产生,从本质上来说,暴雨是一系列中小尺度天气系统活动的产物,暴雨的范围和生命史一般取决于组成对流云团的一系列小对流云系的累积范围和时间,而小对流云系的空间尺度一般是几公里到几十公里,生命史只有十几分钟到几小时,所以,从气象学的角度来说,雷达测雨以及实时校正雨量采集频度,即地面雨量计的数据发送频度最好控制在十几分钟以内,才能够取得较好的精度。但目前两方面均存在一定的问题,首先是雷达观测问题,目前我们使用的是河南省气象局714CD 多普勒天气雷达,由于受运转费限制,国家气象局规定3h观测一次,基于为地方服务的需要,有天气过程时,雷达1h观测一次。2000年,在国家防汛指挥系统淮河黄河暴雨流域洪水监测预报系统支持下,雷达在三花间出现强降水时,每10min观测一次。第二,地面降水观测资料,目前主要是人工观测、报汛,报汛时段是2h,不能和雷达资料匹配。我们在模型研制阶段使用的10min一次的地面降水资料,是国家防汛指挥系统淮河黄河暴雨流域洪水监测预报系统收集的非实时资料,并不能实时得到,即雷达估算降水不能得到实时地面降水观测网的支持,影响业务降水估算精度。