山洪災(zāi)害測(cè)雨雷達(dá)25問(wèn)

何秉順 田濟(jì)揚(yáng) 劉昌軍

（水利部防洪抗旱減災(zāi)工程技術(shù)研究中心（水旱災(zāi)害防御中心），北京100038）

問(wèn)題1：山洪災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警為什么要建設(shè)測(cè)雨雷達(dá)，相比地面雨量站，測(cè)雨雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)是什么？

答：雨量監(jiān)測(cè)是山洪災(zāi)害防治的重要環(huán)節(jié)。各級(jí)水利部門通過(guò)2010—2022年的山洪災(zāi)害防治項(xiàng)目，共建設(shè)山洪災(zāi)害自動(dòng)雨水情監(jiān)測(cè)站點(diǎn)7.7萬(wàn)個(gè)，布設(shè)簡(jiǎn)易監(jiān)測(cè)站32萬(wàn)個(gè)，與氣象、水文部門實(shí)現(xiàn)了信息共享，形成了山洪災(zāi)害防治區(qū)的水雨情自動(dòng)監(jiān)測(cè)站網(wǎng)和鄉(xiāng)村簡(jiǎn)易監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，但仍存在如下問(wèn)題：①自動(dòng)雨量監(jiān)測(cè)站點(diǎn)只能監(jiān)測(cè)局部點(diǎn)雨量，由于布局不合理、代表性不足，不能準(zhǔn)確把握小流域面雨量；②由于降雨的局地性或流域上游自然地理?xiàng)l件無(wú)法建站，依靠自動(dòng)雨量站監(jiān)測(cè)存在盲區(qū)或不能捕捉到最大點(diǎn)雨量，在流域下游村莊出現(xiàn)“有雨不漲水，無(wú)雨發(fā)山洪”的現(xiàn)象；③站點(diǎn)多而散，運(yùn)維難度大。

水利測(cè)雨雷達(dá)可以5 min為頻次、75 m 為網(wǎng)格，在半徑60 km 范圍內(nèi)直接輸出精度可靠的高分辨率網(wǎng)格降雨量，因而能夠監(jiān)測(cè)捕捉以局地短歷時(shí)強(qiáng)降雨誘發(fā)的山洪災(zāi)害，大大提高預(yù)報(bào)預(yù)警的精度和時(shí)效性，填補(bǔ)了地面雨量站監(jiān)測(cè)的盲區(qū)，提高了監(jiān)測(cè)的保障率。

問(wèn)題2：測(cè)雨雷達(dá)能夠測(cè)出降雨強(qiáng)度，其機(jī)理是什么？

答：測(cè)雨雷達(dá)是利用了雨滴對(duì)雷達(dá)電磁波的散射原理，實(shí)現(xiàn)對(duì)降雨的觀測(cè)。雷達(dá)發(fā)射的電磁波遇到雨滴時(shí)被散射，其中一部分向后的散射波返回雷達(dá)，被雷達(dá)天線接收，接收后的后向散射電磁波可用振幅和位相表示，從一系列回波振幅和位相中可以提取目標(biāo)物的反射率因子、差分傳播相移率等，進(jìn)而采用下述方法進(jìn)行降雨反演：

（1）Z-R法。其原理是：雷達(dá)發(fā)射電磁波，雨滴對(duì)電磁波的散射，散射后其中一部分向后的散射波會(huì)被雷達(dá)天線接收，通過(guò)反射率因子反演降雨強(qiáng)度。

式中：R為降雨強(qiáng)度，Zh為反射率因子，B和β為系數(shù)。

利用單一的反射率因子Zh估測(cè)降水時(shí)，都是假定雨滴呈球形分布的，忽略了大雨滴非球形帶來(lái)的影響，同時(shí)Z-R關(guān)系隨雨滴譜譜型變化很明顯，故利用單一的反射率因子Zh估測(cè)降水精度不高。在差分反射率因子ZDR誤差小于0.2 dB 時(shí)，可增加ZDR，利用(Zh,ZDR) -R法，提高Z-R關(guān)系反演雨量的精度。

（2）KDP-R法。X 波段雙極化（也稱“雙偏振”或“雙線偏振”）雷達(dá)的出現(xiàn)為雨強(qiáng)定量推求提供了一種新的可靠路徑。其原理是：X 波段雙極化測(cè)雨雷達(dá)發(fā)射兩個(gè)方向的極化波（水平極化波和垂直極化波），見(jiàn)圖1。兩個(gè)方向的極化波穿過(guò)雨滴時(shí)相位發(fā)生變化，通過(guò)接收反射回波的相位差與雨滴扁平度（圖2）的關(guān)系式，進(jìn)而獲取降雨強(qiáng)度。

圖1 極化波相位差

圖2 不同大小雨滴扁平度

反射回波的相位差可用差分傳播相移ΦDP（水平極化波與垂直極化波通過(guò)相同長(zhǎng)度降水區(qū)后散射回雷達(dá)天線的相位差值）、差分傳播相移率KDP（單位長(zhǎng)度上的差分傳播相位值）表示。

式中：r為徑向位移，根據(jù)KDP推求雨強(qiáng)的公式為：

式中：a1和a2是系數(shù)，使用雨滴粒徑分布的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行散射計(jì)算而導(dǎo)出，通過(guò)觀測(cè)仰角的三次方來(lái)近似表達(dá)。陜西洛南測(cè)雨雷達(dá)采用以下的公式計(jì)算a1和a2。

式中：EL為仰角。

采用KDP推求雨強(qiáng)，具有以下優(yōu)勢(shì)：①KDP不受雷達(dá)接收機(jī)、發(fā)射機(jī)標(biāo)定誤差的影響；②KDP受雨區(qū)雷達(dá)回波衰減影響??；③即便雷達(dá)波束存在部分阻擋，對(duì)KDP值影響也很??；④相對(duì)于Z-R法，用KDP估測(cè)降水時(shí)，因其對(duì)雨滴譜變化更不敏感，所以能夠得到更為精確的結(jié)果；⑤濾除地物雜波等質(zhì)量控制算法對(duì)KDP的影響較小。

采用KDP-R法時(shí)，即使不進(jìn)行地面雨量站修正，也能夠?qū)崟r(shí)獲得一定精度的雨強(qiáng)測(cè)算結(jié)果。在ZDR誤差小于0.2 dB 時(shí)，可增加ZDR，利用(KDP，ZDR)-R 法，提高KDP-R關(guān)系反演雨量的精度。

在實(shí)踐中，可將KDP-R法和Z-R法共用，在KDP-R法不適應(yīng)的情況下（如弱雨、雷達(dá)外邊緣部位）采用Z-R法，以提升整體觀測(cè)的精度。

問(wèn)題3：測(cè)雨雷達(dá)在國(guó)際上應(yīng)用情況如何？有什么經(jīng)驗(yàn)？

答：美國(guó)、日本和歐盟在山洪災(zāi)害防治領(lǐng)域已實(shí)現(xiàn)雙極化測(cè)雨雷達(dá)普遍應(yīng)用。

美國(guó)于2013 年完成了Nexrad 網(wǎng)雙極化改造（圖3），使之能夠?qū)崿F(xiàn)降雨定量估算，開(kāi)發(fā)了山洪預(yù)警系統(tǒng)（FFMP），將雷達(dá)監(jiān)測(cè)到的流域面降雨量對(duì)比流域山洪預(yù)警指標(biāo)（FFG），來(lái)確定山洪的危險(xiǎn)性和嚴(yán)重性。美國(guó)專家甚至發(fā)展了一門學(xué)科“雷達(dá)水文學(xué)”。

圖3 美國(guó)雷達(dá)布局示意圖

2008—2013 年，日本國(guó)土交通省水管理·國(guó)土保全局建設(shè)了39 個(gè)X 波段雙極化測(cè)雨雷達(dá)（圖4），2016 年開(kāi)始面向社會(huì)公眾提供降雨監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（www.river.go.jp），見(jiàn)圖5，并廣泛應(yīng)用于山洪預(yù)警和水庫(kù)預(yù)報(bào)調(diào)度。

歐洲天氣雷達(dá)網(wǎng)共有30 個(gè)成員國(guó)提供的超過(guò)200 部天氣雷達(dá)進(jìn)行組網(wǎng)（圖6），大部分天氣雷達(dá)是C波段（169臺(tái)），少部分是S波段（29臺(tái)）和X波段（8臺(tái)），其中110臺(tái)屬于多普勒雷達(dá)，超過(guò)一半已升級(jí)為雙偏振。OPERA（Operational Programme on Exchange of weather RAdar information）是歐洲雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)組織的一個(gè)項(xiàng)目，主要用于各國(guó)雷達(dá)數(shù)據(jù)的共享和交換，其主要產(chǎn)品為2 km 水平分辨率的3 種不同雷達(dá)組網(wǎng)產(chǎn)品（雷達(dá)反射率、雨強(qiáng)、累計(jì)雨量），這些產(chǎn)品每15 min更新一次，并在數(shù)據(jù)采集開(kāi)始后大約15 min發(fā)布。

問(wèn)題4：水利部對(duì)山洪災(zāi)害測(cè)雨雷達(dá)建設(shè)有什么要求？

答：水利部辦公廳《關(guān)于加快構(gòu)建雨水情監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)“三道防線”實(shí)施方案》（辦水文〔2023〕202 號(hào)）明確要求，到2025 年底，在重要流域暴雨洪水集中來(lái)源區(qū)、山洪災(zāi)害易發(fā)區(qū)及大型水庫(kù)工程、重大引調(diào)水防洪影響區(qū)等開(kāi)展測(cè)雨雷達(dá)建設(shè)與應(yīng)用先行先試。水利部辦公廳《水利測(cè)雨雷達(dá)系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用技術(shù)要求（試行）》（辦信息〔2022〕337號(hào)），對(duì)測(cè)雨雷達(dá)系統(tǒng)組成、部署要求等做了明確規(guī)定。

水利部防御司將測(cè)雨雷達(dá)作為山洪災(zāi)害防治項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容之一，要求在山洪風(fēng)險(xiǎn)高、水文氣象和地形地貌條件復(fù)雜、自動(dòng)雨量監(jiān)測(cè)站點(diǎn)建設(shè)和運(yùn)維困難的區(qū)域，試點(diǎn)建設(shè)X 波段測(cè)雨雷達(dá)站并配套開(kāi)發(fā)降雨反演和臨近降雨預(yù)報(bào)軟件，將降雨監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)接入省級(jí)山洪災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警平臺(tái)，提高小流域面雨量監(jiān)測(cè)分析能力，消除降雨監(jiān)測(cè)盲區(qū)。

問(wèn)題5：水利部門已經(jīng)建設(shè)了多少測(cè)雨雷達(dá)？

答：據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，至2023年9月，安徽、福建、江西等13 個(gè)?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）水利部門已建或在建測(cè)雨雷達(dá)36 臺(tái)，通過(guò)山洪災(zāi)害防治項(xiàng)目資金、用于山洪災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警的已建（含在建）測(cè)雨雷達(dá)共有25臺(tái)，所選的設(shè)備大多為X 波段雙極化機(jī)械式測(cè)雨雷達(dá)?？傮w看，水利測(cè)雨雷達(dá)建設(shè)和應(yīng)用尚處于起步階段，但是隨著業(yè)務(wù)目標(biāo)明確、各地積極探索，相信短時(shí)間水利測(cè)雨雷達(dá)會(huì)有快速發(fā)展。

值得一提的是，中國(guó)水利水電科學(xué)研究院在河南欒川縣建設(shè)中國(guó)唯一一部X 波段調(diào)頻連續(xù)波全極化測(cè)雨雷達(dá)（發(fā)射和接收4 個(gè)方向極化波，10 W 發(fā)射功率），已運(yùn)行5 年，在雷達(dá)運(yùn)行管理、雨量反演、與分布式水文模型結(jié)合方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

國(guó)內(nèi)雷達(dá)主要供貨商分為老牌的軍工院所企業(yè)和新興的民營(yíng)企業(yè)。無(wú)論是選擇哪家企業(yè)設(shè)備，功能和技術(shù)參數(shù)均應(yīng)滿足《水利測(cè)雨雷達(dá)系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用技術(shù)要求（試行）》規(guī)定。

問(wèn)題6：用于山洪災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警的測(cè)雨雷達(dá)建設(shè)應(yīng)達(dá)到什么目標(biāo)？

答：應(yīng)達(dá)到以下6個(gè)目標(biāo)。①以不大于75 m網(wǎng)格、5 min頻次輸出降雨強(qiáng)度；②與地面雨量站相比，偏差不大于15%；③應(yīng)能進(jìn)行組網(wǎng)觀測(cè)，實(shí)現(xiàn)雨量組網(wǎng)拼圖；④消除重點(diǎn)小流域防治單元降雨監(jiān)測(cè)盲區(qū)；⑤以測(cè)雨雷達(dá)監(jiān)測(cè)信息為依據(jù)，滾動(dòng)開(kāi)展未來(lái)0～3 h 降雨臨近預(yù)報(bào)；⑥降雨監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)信息實(shí)時(shí)接入省級(jí)山洪災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警平臺(tái)，用于山洪災(zāi)害預(yù)警。

問(wèn)題7：測(cè)雨雷達(dá)應(yīng)選擇什么類型？

答：《水利測(cè)雨雷達(dá)系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用技術(shù)要求（試行）》指出，水利測(cè)雨雷達(dá)分為相控陣型和機(jī)械型兩個(gè)類型，均采用X波段、全固態(tài)、雙極化體制。

機(jī)械型雷達(dá)采用拋物面反射天線，通過(guò)機(jī)械旋轉(zhuǎn)和俯仰的方式調(diào)整單波束方向進(jìn)行空間掃描。雷達(dá)可以同時(shí)發(fā)射水平和垂直極化電磁波，可探測(cè)到降雨目標(biāo)的雙極化信息，從而實(shí)現(xiàn)較為精細(xì)的面雨量監(jiān)測(cè)。相控陣?yán)走_(dá)由數(shù)量眾多、獨(dú)立控制的小型天線收發(fā)單元排列成天線陣面，通過(guò)控制陣列各個(gè)單元的饋電相位來(lái)改變波束指向。水利雙極化相控陣型測(cè)雨雷達(dá)將相控陣技術(shù)與雙極化偏振技術(shù)相結(jié)合，既具備相控陣?yán)走_(dá)快速電子掃描的特點(diǎn)，又擁有雙極化雷達(dá)獲取天氣系統(tǒng)豐富探測(cè)信息的優(yōu)勢(shì)。機(jī)械式雷達(dá)和相控陣?yán)走_(dá)時(shí)間分辨率分別在5 min 和1 min 以內(nèi)，據(jù)市場(chǎng)調(diào)查，機(jī)械式雷達(dá)設(shè)備價(jià)格為250 萬(wàn)～350 萬(wàn)元，相控陣?yán)走_(dá)設(shè)備為650萬(wàn)～800萬(wàn)元。

X波段，雷達(dá)波的頻率一般有C、S、X波段。對(duì)比C、S波段，X 波段雷達(dá)因其波長(zhǎng)短，可提供更高的時(shí)空分辨率，更適用重點(diǎn)區(qū)域的高精度降雨定量監(jiān)測(cè)；另外，X 波段天氣雷達(dá)天線尺寸相對(duì)較小，站點(diǎn)建設(shè)、雷達(dá)架設(shè)均更為便捷；同時(shí)，X 波段雷達(dá)的造價(jià)較低廉，用少量的資金即可建設(shè)更多的雷達(dá)。當(dāng)然，X 波段雷達(dá)也存在探測(cè)范圍短、易受雨區(qū)衰減的影響等限制。

全固態(tài)，即雷達(dá)內(nèi)元器件均采用固態(tài)器件。相比于真空器件，全固態(tài)器件具有長(zhǎng)壽命、大帶寬、工作電壓低、體積小、重量輕、可靠性高等諸多優(yōu)勢(shì)，可大大提高雷達(dá)系統(tǒng)的可靠性。

雙極化，即雷達(dá)向外輻射電磁波及接收空間返回電磁波的通道，具有獨(dú)立的水平極化波與垂直極化波收發(fā)通道。

問(wèn)題8：河南省欒川縣建設(shè)的國(guó)內(nèi)首部X 波段調(diào)頻連續(xù)波全極化測(cè)雨雷達(dá)是一種什么雷達(dá)？取得了哪些經(jīng)驗(yàn)？

答：在河南欒川縣全國(guó)山洪災(zāi)害防治試驗(yàn)示范基地建設(shè)的測(cè)雨雷達(dá)，是荷蘭MetaSensing公司生產(chǎn)的X波段QX-60 雷達(dá)，該雷達(dá)是一部X 波段調(diào)頻連續(xù)波全極化測(cè)雨雷達(dá)。全極化，即雷達(dá)能夠同時(shí)發(fā)射接收HH、HV、VV、VH4種極化方式電磁波（比雙極化又增加了兩種極化方式），能夠顯著增強(qiáng)對(duì)云層混合相態(tài)層的觀測(cè)精度，特別是提升了微雨和小雨分辨檢測(cè)能力（雷達(dá)5 km 以內(nèi)達(dá)到0.01mm/h）。

除全極化之外，QX-60 雷達(dá)還有獨(dú)到的特點(diǎn)：①采用收發(fā)分置的雙天線（圖7）。雷達(dá)回波信號(hào)延時(shí)遠(yuǎn)小于發(fā)射信號(hào)時(shí)寬，因此雷達(dá)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)可以同時(shí)工作。②發(fā)射功率較低僅為10 W，（常規(guī)雙極化機(jī)械式雷達(dá)一般在200 W），低功耗使得整個(gè)系統(tǒng)集成度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積較小、重量較輕。③配套的信號(hào)處理軟件采用先進(jìn)的光譜極化雷達(dá)處理方式，可以更好地濾除雜波，在復(fù)雜天氣環(huán)境下也能保持觀測(cè)的高分辨率。

經(jīng)過(guò)多年持續(xù)不斷的摸索，欒川縣X 波段全極化測(cè)雨雷達(dá)取得了以下經(jīng)驗(yàn)：①提出了基于地面雨量站估測(cè)降雨強(qiáng)度的率定校準(zhǔn)方法；②提出了全極化測(cè)雨雷達(dá)降水量估算方法和流程；③基于X 波段測(cè)雨雷達(dá)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)完善了山洪災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警流程。該雷達(dá)在欒川縣多年業(yè)務(wù)化運(yùn)行，建立了X 波段雷達(dá)測(cè)雨技術(shù)流程，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)行，準(zhǔn)確預(yù)報(bào)預(yù)警了欒川縣多場(chǎng)的暴雨山洪過(guò)程，對(duì)復(fù)雜山區(qū)局地高分辨率暴雨監(jiān)測(cè)、水文預(yù)報(bào)和洪水預(yù)警等工作起到了典型示范作用（圖8）。

圖8 欒川縣雷達(dá)覆蓋范圍地面雨量站雨量分布及等值面示意圖

問(wèn)題9：據(jù)了解，氣象部門制定了X波段天氣雷達(dá)建設(shè)規(guī)劃，正在大量建設(shè)X 波段天氣雷達(dá)，在此背景下，水利部門還有必要建設(shè)X 波段測(cè)雨雷達(dá)嗎？水利測(cè)雨雷達(dá)與氣象部門建設(shè)的X波段天氣雷達(dá)有什么區(qū)別？

答：水利部門建設(shè)X 波段測(cè)雨雷達(dá)符合國(guó)家總體規(guī)劃。國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)印發(fā)的《2016—2025 年氣象雷達(dá)發(fā)展規(guī)劃》明確指出，水利部門在重點(diǎn)防汛區(qū)域設(shè)立專項(xiàng)，建設(shè)高時(shí)空分辨率面雨量雷達(dá)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

水利測(cè)雨雷達(dá)與氣象部門建設(shè)的X 波段天氣雷達(dá)區(qū)別如下。

（1）目的不同。水利部門建設(shè)X 波段測(cè)雨雷達(dá)目的是降雨定量監(jiān)測(cè)，即輸出降雨強(qiáng)度，所有技術(shù)參數(shù)和指標(biāo)都圍繞這個(gè)目標(biāo)展開(kāi)。氣象部門則同時(shí)關(guān)注不同氣象要素和天氣形勢(shì)，雷達(dá)觀測(cè)模式不利于獲得“定時(shí)、定點(diǎn)、定量”的雨量觀測(cè)數(shù)據(jù)，降雨監(jiān)測(cè)精度差。

（2）任務(wù)不同。水利部門建設(shè)X 波段測(cè)雨雷達(dá)是為了進(jìn)行山洪災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警、江河洪水預(yù)報(bào)、水庫(kù)入庫(kù)洪水預(yù)報(bào)等，而氣象部門主要監(jiān)測(cè)地面至高空大氣的各種天氣的發(fā)生、發(fā)展變化及風(fēng)場(chǎng)、大氣湍流狀況，捕捉大范圍的天氣系統(tǒng)，一般在大城市周邊布設(shè)較為密集。

（3）探測(cè)區(qū)域和頻次不同。測(cè)雨雷達(dá)專注于近地面降雨，也就是落在空中的雨（圖9），其關(guān)注區(qū)域?yàn)樵频椎降乇淼拇髿膺吔鐚樱s2 km 以下）。在雨區(qū)要加密高頻掃描，按照《水利測(cè)雨雷達(dá)系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用技術(shù)要求（試行）》，在地表垂直高度2 km以下俯仰掃描步進(jìn)≤0.5°，仰角層數(shù)≥12層。氣象雷達(dá)掃描區(qū)域?yàn)檎麄€(gè)對(duì)流層，垂直厚度范圍約0～20 km，一般在仰角0～19.5°，掃描9層（圖10、圖11）。

圖9 測(cè)雨雷達(dá)觀測(cè)降雨層雨滴

圖10 水利測(cè)雨雷達(dá)觀測(cè)模式

圖11 氣象雷達(dá)觀測(cè)模式

問(wèn)題10：測(cè)雨雷達(dá)選址建設(shè)有什么注意事項(xiàng)？

答：雷達(dá)選址需要考慮地理環(huán)境、凈空環(huán)境、電磁環(huán)境、通信環(huán)境等，簡(jiǎn)單說(shuō)就是場(chǎng)地須寬敞堅(jiān)實(shí)、視野要開(kāi)闊、沒(méi)有同頻電磁干擾、網(wǎng)絡(luò)和供電環(huán)境要良好。

（1）空間要求。布設(shè)場(chǎng)地應(yīng)有足夠地面面積、空間體積容納雷達(dá)樣機(jī)和配套設(shè)備（電子方艙），布設(shè)場(chǎng)地地質(zhì)條件良好，應(yīng)避開(kāi)山洪、泥石流、滑坡易發(fā)區(qū)。

（2）防遮擋要求。布設(shè)場(chǎng)地應(yīng)處于地勢(shì)較高、周邊空曠的區(qū)域，雷達(dá)的方位和俯仰可視范圍內(nèi)無(wú)高層建筑、山體、植被等遮擋；在雷達(dá)周圍半徑150 m范圍內(nèi)無(wú)架空動(dòng)力線，雷達(dá)周圍半徑500 m范圍內(nèi)無(wú)3 500 V以上高壓架空線。

（3）防電磁干擾要求。雷達(dá)避免與其他無(wú)線電設(shè)施產(chǎn)生相互電磁干擾。視角內(nèi)沒(méi)有金屬，反射棱鏡等其他強(qiáng)反射物體；距離機(jī)場(chǎng)和軍用設(shè)施20 km以上。

（4）方便施工要求。雷達(dá)站宜選址在交通道路通達(dá)的地方，便于施工、運(yùn)輸以及安裝，同時(shí)便于日后設(shè)備的運(yùn)維保障工作。

（5）無(wú)線電頻段要求。建設(shè)雷達(dá)需要當(dāng)?shù)責(zé)o線電管理委員會(huì)批準(zhǔn)頻段使用，無(wú)線電管理委員會(huì)收到建設(shè)單位提供的相應(yīng)材料，審核后給予頻段批復(fù)。

（6）防雷要求。雷達(dá)建設(shè)要進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)，在雷達(dá)旁邊設(shè)計(jì)安裝避雷針，避雷針的高度應(yīng)高于雷達(dá)設(shè)備，防止雷電直接導(dǎo)入雷達(dá)設(shè)備損壞雷達(dá)。雷達(dá)站防雷應(yīng)滿足《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》等規(guī)范要求。

（7）覆蓋要求。雷達(dá)選址應(yīng)統(tǒng)籌考慮已建地面雨量站、雷達(dá)站，優(yōu)先填補(bǔ)降雨監(jiān)測(cè)盲區(qū)，盡可能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

因雷達(dá)站選址有上述要求，導(dǎo)致雷達(dá)站施工建設(shè)費(fèi)用因征地、修路、電力線和網(wǎng)絡(luò)線搭建等有較大彈性，建設(shè)費(fèi)用為100萬(wàn)～400萬(wàn)元。

問(wèn)題11：測(cè)雨雷達(dá)為什么要組網(wǎng)建設(shè)？

答：有以下原因：①地球是圓的，由于地球曲率的影響，單部雷達(dá)遠(yuǎn)距離探測(cè)時(shí)存在大量的低空盲區(qū)；②天氣雷達(dá)受到山地等地物遮擋會(huì)產(chǎn)生盲區(qū)，通過(guò)多部雷達(dá)組網(wǎng)，可以有效地互相彌補(bǔ)探測(cè)盲區(qū)；③X 波段雷達(dá)在降雨區(qū)域的衰減較為嚴(yán)重，通過(guò)多部雷達(dá)組網(wǎng)相互訂正，可以有效地對(duì)強(qiáng)降雨區(qū)的衰減作用進(jìn)行訂正，獲得準(zhǔn)確的反射率信息；④單部雷達(dá)難以有效覆蓋保障區(qū)域（如山洪災(zāi)害易發(fā)重點(diǎn)流域、水庫(kù)上游產(chǎn)流區(qū)等），通過(guò)多雷達(dá)組網(wǎng)可以擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)全流域的大面積監(jiān)測(cè)；⑤測(cè)雨雷達(dá)采用極坐標(biāo)觀測(cè)，在雷達(dá)探測(cè)范圍的邊緣，一個(gè)網(wǎng)格的大小約為150 m×1.68 km（80 km半徑），需要其他雷達(dá)對(duì)此部位加密觀測(cè)。

《水利測(cè)雨雷達(dá)系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用技術(shù)要求（試行）》提出，為充分發(fā)揮水利測(cè)雨雷達(dá)監(jiān)測(cè)預(yù)警能力，要求根據(jù)監(jiān)測(cè)流域面積確定雷達(dá)組網(wǎng)方式（三角式、四方式、菱形式等），組網(wǎng)觀測(cè)雷達(dá)數(shù)應(yīng)≥3 臺(tái)；各雷達(dá)站間距應(yīng)在30～60 km距離的范圍內(nèi)進(jìn)行選址布設(shè)。

問(wèn)題12：周邊已經(jīng)有氣象部門建設(shè)的X波段雙極化天氣雷達(dá)，水利部門應(yīng)怎樣建設(shè)和應(yīng)用測(cè)雨雷達(dá)，實(shí)現(xiàn)對(duì)局地強(qiáng)降雨的協(xié)同觀測(cè)？

答：目前，由于氣象部門建設(shè)的X 波段雙極化天氣雷達(dá)和水利部門建設(shè)的X 波段雙極化測(cè)雨雷達(dá)兩者在應(yīng)用目的和監(jiān)測(cè)對(duì)象上不同，在觀測(cè)模式上也存在著一定的差異。如果不能協(xié)調(diào)氣象部門的天氣雷達(dá)按照水利測(cè)雨雷達(dá)的觀測(cè)模式運(yùn)行，可與氣象部門協(xié)商建立數(shù)據(jù)共享機(jī)制、數(shù)據(jù)處理與組網(wǎng)方式，利用兩者之間的探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行組網(wǎng)拼圖，以實(shí)現(xiàn)對(duì)局地強(qiáng)降雨的組網(wǎng)觀測(cè)。

問(wèn)題13：水利部門自建了測(cè)雨雷達(dá)，但觀測(cè)效果不佳，需要從哪幾個(gè)方面著手檢查以提升觀測(cè)效果？

答：需要從以下5個(gè)方面檢查：①檢查雷達(dá)硬件設(shè)備是否存在故障，重點(diǎn)查看雷達(dá)基數(shù)據(jù)是否處于正常取值范圍；②檢查雷達(dá)天線方位是否準(zhǔn)確，可與氣象部門已建雷達(dá)回波或星載雷達(dá)回波對(duì)比；③判斷是否掃描模式有誤，按照要求，測(cè)雨雷達(dá)在地面以上2 km垂直高度大氣中應(yīng)采用無(wú)覆蓋盲區(qū)的連續(xù)仰角步進(jìn)掃描模式，測(cè)雨雷達(dá)仰角設(shè)置步進(jìn)幅度小于等于0.5°，在雨區(qū)要加密高頻掃描；④判斷是否采用了非雨區(qū)雷達(dá)波信號(hào)（如地面2 km 以上）用于降雨反演；⑤判斷是否主要利用Z-R關(guān)系進(jìn)行雨量估算，而沒(méi)有充分發(fā)揮雙極化雷達(dá)多參數(shù)的效能，利用KDP-R法或聯(lián)合ZDR、Z等參數(shù)建立測(cè)雨方程。

如上述誤差來(lái)源均已排除，效果仍不佳，則需要檢視雷達(dá)自身誤差。一方面需要對(duì)雷達(dá)硬件進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)試和定標(biāo)，以提高雷達(dá)的探測(cè)精度；另一方面還需要盡可能濾除地物雜波，充分考慮探測(cè)目標(biāo)差異性（如雷達(dá)探測(cè)高度和地面降水的差異）等因素的影響。

問(wèn)題14：用測(cè)雨雷達(dá)進(jìn)行降雨定量觀測(cè)，其誤差來(lái)源主要有哪些？

答：①雷達(dá)硬件故障或標(biāo)定不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生很大誤差。②地面以上一定高度存在融化層（零度層），融化層根據(jù)季節(jié)和大氣條件而波動(dòng)，并隨區(qū)域而變化。在冬天，其可能距離地面不到1 km。在融化層（及以上部分）使用的Z-R或KDP-R關(guān)系方程式，將把實(shí)際發(fā)生的降雪誤以為降雨，降低降雨的估算量值。③測(cè)雨雷達(dá)可能會(huì)接收其他雷達(dá)等外部輻射源產(chǎn)生的同頻率電磁波，會(huì)導(dǎo)致條形或螺旋形的電磁干擾回波。④接收到達(dá)并返回雷達(dá)觀察區(qū)之外的電磁波，可能會(huì)產(chǎn)生二次回波。⑤由于大氣層化，電磁波會(huì)異常傳播（折射），在晴朗的天氣中，可能會(huì)發(fā)生弱的反射回波。⑥隨著雷達(dá)探測(cè)距離增加，測(cè)雨雷達(dá)會(huì)遇到衰減問(wèn)題，且大雨會(huì)比晴空或小雨引起更大的衰減。⑦測(cè)雨雷達(dá)觀測(cè)的是空中的降雨，在墜落過(guò)程中降雨可能會(huì)受到風(fēng)引起的對(duì)流的影響。因此，雷達(dá)觀測(cè)降雨不一定與其正下方的地面降雨1∶1 相對(duì)應(yīng)。⑧雜波可能是由從地面或海面返回的散射波產(chǎn)生的。從地面返回的散射波稱為地雜波，其強(qiáng)度會(huì)根據(jù)地面狀態(tài)、季節(jié)和其他因素而波動(dòng)；從海面返回的散射波被稱為海雜波，會(huì)因臺(tái)風(fēng)和低壓引起的膨脹而變得明顯。⑨當(dāng)強(qiáng)降雨區(qū)域直接經(jīng)過(guò)雷達(dá)站上方時(shí)，在覆蓋雷達(dá)的天線罩表面會(huì)生成水膜，并且無(wú)線電波會(huì)被水膜衰減，從而導(dǎo)致整個(gè)觀測(cè)區(qū)域的觀測(cè)量值偏小。因此，需要對(duì)天線罩進(jìn)行防水涂裝處理，且防水涂裝受大氣狀態(tài)和日照等環(huán)境影響，2～3年就會(huì)變質(zhì)，需要定期維護(hù)。

問(wèn)題15：測(cè)雨雷達(dá)仰角如何設(shè)置？遮蔽區(qū)域仰角如何設(shè)定？

答：《水利測(cè)雨雷達(dá)系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用技術(shù)要求（試行）》提出了水利測(cè)雨雷達(dá)的掃描模式。對(duì)于機(jī)械型雙極化雷達(dá)，體掃時(shí)間≤5 min，在地面以上2 km 垂直高度大氣中應(yīng)采用無(wú)覆蓋盲區(qū)的連續(xù)仰角步進(jìn)掃描模式（圖10），方位角度0～360°，方位掃描步進(jìn)≤1°，地表垂直高度2 km 以下俯仰掃描步進(jìn)≤0.5°，地表垂直高度2 km 以上俯仰掃描步進(jìn)≤2.0°，仰角層數(shù)≥12 層。其要點(diǎn)是在雨區(qū)要加密高頻掃描，為了精確計(jì)算降雨量，需要確保脈沖命中的數(shù)量為100 或更多。脈沖命中數(shù)的計(jì)算方法如下。

式中：N為脈沖命中數(shù)，V為天線旋轉(zhuǎn)速度，n為方位角方向劃分?jǐn)?shù)，PRF為重復(fù)頻率。

日本國(guó)土交通省國(guó)土技術(shù)綜合研究所河川研究部針對(duì)39 臺(tái)雙極化測(cè)雨雷達(dá)，提出了另外一種仰角模式，可供我們借鑒。日本設(shè)定了雨量測(cè)算的兩個(gè)仰角：距離雷達(dá)30 km 處的觀測(cè)高度為1 km 時(shí)的仰角被稱為“低仰角的最大仰角”（一般多為1.7°），距離雷達(dá)30 km 處的觀測(cè)高度為1.5 km（有時(shí)因屏蔽情況等而異）時(shí)的仰角被稱為“高仰角的最大仰角”（一般多為2.7°）。在一些雷達(dá)中，對(duì)高仰角進(jìn)行例外設(shè)置和微調(diào)，以改善遮擋問(wèn)題（最大可為4°）。為了減少地雜波的干擾，一些雷達(dá)的低仰角也進(jìn)行微調(diào)。日本設(shè)定了以5 min為周期各進(jìn)行5個(gè)頻次的掃描模式，天線轉(zhuǎn)速為3.5～4.5 rpm，在5 min 內(nèi)達(dá)到15 個(gè)層數(shù)，而雨量估算時(shí)采用每分鐘兩個(gè)仰角觀測(cè)數(shù)據(jù)的合成值（圖12）。

圖12 兩個(gè)仰角合成觀測(cè)模式

問(wèn)題16：低仰角帶來(lái)的大量地雜波怎么消除？

答：地雜波是由山地及其上的各種建筑物等對(duì)電磁波的散射所產(chǎn)生的回波。產(chǎn)生地物雜波的目標(biāo)體主要是地表（包括山脈、丘陵、樹(shù)林等）和地表上的人工建筑物。由于地物目標(biāo)是靜止的，其地雜波徑向速度接近零，可根據(jù)地雜波的這些特點(diǎn)采用移動(dòng)目標(biāo)指示法（Moving Target Indicator，MTI），包括快速傅里葉變換方式（Fast Fourier Transform，F(xiàn)FT）和無(wú)限脈沖響應(yīng)方式（Infinite Impulse Response，IIR）濾除。

問(wèn)題17：測(cè)雨雷達(dá)需要安裝部署什么軟件，傳輸什么數(shù)據(jù)？

答：在單個(gè)雷達(dá)側(cè)，需要部署運(yùn)行顯示和控制軟件，生成的數(shù)據(jù)包括：反射率因子Z、徑向速度V、譜寬W、差分反射率因子ZDR、差分傳播相位ΦDP、差分傳播相位率KDP、相關(guān)系數(shù)CC，以上數(shù)據(jù)通過(guò)光纖傳輸至省水利廳。

在省水利廳層級(jí)，需要建設(shè)雷達(dá)數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，配置測(cè)雨雷達(dá)數(shù)據(jù)處理軟件，軟件模塊構(gòu)成有質(zhì)控處理模塊、組網(wǎng)拼圖模塊、反演產(chǎn)品處理模塊、預(yù)報(bào)產(chǎn)品處理模塊、數(shù)據(jù)服務(wù)接口。通過(guò)反演產(chǎn)品處理模塊、預(yù)報(bào)產(chǎn)品處理模塊生成的雨量產(chǎn)品和預(yù)報(bào)產(chǎn)品要接入省級(jí)山洪災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警平臺(tái)。

根據(jù)《水利測(cè)雨雷達(dá)系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用技術(shù)要求（試行）》，省水利廳接收到雷達(dá)基數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)實(shí)時(shí)（延遲時(shí)間＜5 min）共享至水利部信息中心（圖13）。

圖13 組網(wǎng)雷達(dá)數(shù)據(jù)傳輸流程

問(wèn)題18：多個(gè)測(cè)雨雷達(dá)如何組網(wǎng)觀測(cè)，如何獲取組網(wǎng)合成雨量？

答：根據(jù)《水利測(cè)雨雷達(dá)系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用技術(shù)要求（試行）》，測(cè)雨雷達(dá)應(yīng)至少以3 臺(tái)起組網(wǎng)觀測(cè)（圖14）。組網(wǎng)雷達(dá)觀測(cè)重疊區(qū)域應(yīng)覆蓋重要流域暴雨洪水集中來(lái)源區(qū)、山洪災(zāi)害易發(fā)區(qū)以及大型水庫(kù)工程、重大引調(diào)水防洪影響區(qū)。

圖14 組網(wǎng)雷達(dá)觀測(cè)重疊區(qū)域

雷達(dá)組網(wǎng)獲得雨量產(chǎn)品有兩種方法：①對(duì)多部雷達(dá)基數(shù)據(jù)進(jìn)行組網(wǎng)，形成組網(wǎng)Z、KDP和KDP，之后反演降雨量；②也可對(duì)單個(gè)雷達(dá)反演單雷達(dá)降雨量，之后進(jìn)行插值合成。

第一種方式的優(yōu)勢(shì)是在雷達(dá)基數(shù)據(jù)層面可參考的觀測(cè)信息較多，可先行相互檢驗(yàn)、補(bǔ)充和調(diào)整，有助于提升雷達(dá)降雨反演的準(zhǔn)確性和一致性，缺點(diǎn)是花費(fèi)的時(shí)間和算力較多，且完全依賴算法進(jìn)行調(diào)整，可能導(dǎo)致與實(shí)際不符；第二種方式的優(yōu)勢(shì)是計(jì)算速度更快，缺點(diǎn)是如果組網(wǎng)的幾部雷達(dá)反演雨量相差較大時(shí)，無(wú)法判斷觀測(cè)數(shù)據(jù)的誤差來(lái)源。

單個(gè)雷達(dá)生成雨量數(shù)據(jù)后，可采用Cressman 內(nèi)插法合成區(qū)域內(nèi)多個(gè)雷達(dá)站和不同仰角觀測(cè)得到的降雨強(qiáng)度數(shù)據(jù)（極坐標(biāo)系），生成75 m網(wǎng)格（直角坐標(biāo)系）的合成雨量數(shù)據(jù)（圖15）。

圖15 Cressman內(nèi)插法示意圖

Cressman 插值基本原理是在空間上確定觀測(cè)點(diǎn)的影響圓，然后根據(jù)影響圓圓心與待插值點(diǎn)的距離確定權(quán)重，進(jìn)而進(jìn)行加權(quán)計(jì)算。對(duì)于遮擋、回波異常（孤立點(diǎn)）、受地雜波影響嚴(yán)重濾除效果不佳、電磁波消散、ΦDP不連續(xù)的區(qū)域應(yīng)進(jìn)行無(wú)效化處理，不參與本雷達(dá)的雨量反演，插值合成時(shí)僅采用其他雷達(dá)觀測(cè)成果。

問(wèn)題19：X波段雷達(dá)波降雨衰減嚴(yán)重，應(yīng)如何修正？

答：由于雷達(dá)回波相位差是固有屬性，不受降雨衰減和波束傳播阻擋的影響，故可以用KDP對(duì)反射率因子Z和ZDR進(jìn)行衰減訂正，使用KDP計(jì)算衰減率，并根據(jù)距離積分計(jì)算衰減損失，與探測(cè)的數(shù)據(jù)相加即可得到訂正后的Z和ZDR。

問(wèn)題20：為什么會(huì)存在雷達(dá)電磁波消散區(qū)域，該區(qū)域怎么判定？

答：由于衰減作用，雷達(dá)探測(cè)降雨區(qū)時(shí)電磁波能量沿發(fā)射路徑會(huì)逐漸減弱，直至消失。衰減大小主要取決于路徑上降雨強(qiáng)度和雨區(qū)范圍。當(dāng)測(cè)雨雷達(dá)探測(cè)強(qiáng)降雨區(qū)時(shí)，如果降雨足夠強(qiáng)且范圍足夠大，電磁波穿越雨區(qū)后會(huì)出現(xiàn)能量消失（低于雷達(dá)最小可測(cè)功率）的現(xiàn)象，導(dǎo)致雷達(dá)觀測(cè)不到強(qiáng)降雨后方的雨區(qū)。這種由于衰減而引起的觀測(cè)盲區(qū)，稱為電磁波消散區(qū)域。

電磁波消散區(qū)域（衰減盲區(qū)）采用下式進(jìn)行判定：

式中：PIA為雙程路徑累積衰減量，dB；r為觀測(cè)點(diǎn)與雷達(dá)站之間的距離；ZXmm(r)為沿路徑用最小可測(cè)降雨強(qiáng)度閾值（一般設(shè)為3 mm/h）反算得到的反射率因子，dBZ；Znosie(r)為距離r處的最小可測(cè)回波強(qiáng)度，利用雷達(dá)方程計(jì)算。

如果滿足上述公式，則距離r之后的徑向區(qū)域，判定為電磁波消散區(qū)，循環(huán)對(duì)所有方位進(jìn)行判定后，建立電磁波消散區(qū)域標(biāo)記圖。通過(guò)多雷達(dá)組網(wǎng)，利用其他雷達(dá)的有效觀測(cè)填補(bǔ)電磁波消散區(qū)域。

問(wèn)題21：如何通過(guò)雷達(dá)波反演降雨？

答：有兩個(gè)概念。第一個(gè)概念，要根據(jù)強(qiáng)弱雨選擇不同的公式。根據(jù)強(qiáng)弱雨區(qū)分。一般情況下，弱雨時(shí)選擇Z-R關(guān)系式，強(qiáng)雨時(shí)選擇KDP-R關(guān)系式。第二個(gè)概念，假設(shè)雷達(dá)掃描范圍內(nèi)地面雨量站量測(cè)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)，以此為標(biāo)準(zhǔn)校核調(diào)整關(guān)系式系數(shù)，通過(guò)多場(chǎng)降雨逐步摸索測(cè)雨雷達(dá)雨量反演規(guī)律。下面以日本國(guó)土交通省39 部X 波段測(cè)雨雷達(dá)為例，簡(jiǎn)要說(shuō)明。

（1）Z-R和KDP-R法適用范圍。2010年標(biāo)準(zhǔn)：在KDP=0.5°/km 以上（對(duì)應(yīng)雨強(qiáng)約為11 mm/h）、SNR=10 dB 以上（SNR為信噪比）、Zh=30 dBZ 以上的情況，采用KDP-R法；上述之外的情況，采用Z-R法。其中B和β的初始值可如下設(shè)置。

2013年以來(lái)，日本通過(guò)大量測(cè)試，進(jìn)一步擴(kuò)大了KDP-R法范圍，為KDP=0.1°/km 以上（對(duì)應(yīng)雨強(qiáng)約為4 mm/h），SNR=-50 dB 以上，Zh=30 dBZ 以上，KDP-R式的使用頻率平均增加了約2.5倍，降雨反演精度提高了10%左右。

（2）KDP-R法增設(shè)放大系數(shù)。日本國(guó)土交通省發(fā)現(xiàn)KDP-R法推求的降雨比實(shí)際降雨偏小20%～25%，故在R=a1KDPa2的基礎(chǔ)上加了一個(gè)放大系數(shù)α，大致為1.15～1.3：

通過(guò)放大系數(shù)α，反演降雨和實(shí)際降雨的回歸系數(shù)達(dá)到了0.9以上。

（3）Z-R法參數(shù)擬合（圖16）。將Z=BRβ對(duì)數(shù)化，logZ=βlogR+ logB，將反射率因子和地面雨量站降雨監(jiān)測(cè)數(shù)值繪制散點(diǎn)圖如下，該直線的斜率為β，截距為B（具體操作時(shí)可按反射率35 dBZ為節(jié)點(diǎn)分兩段分別擬合）。

圖16 通過(guò)線性擬合獲取Z - R法參數(shù)

此外，也有研究給出了KDP、ZDR和Z使用方式，具體參考下圖，即通過(guò)判斷KDP和ZDR的強(qiáng)弱，確定使用何種降雨反演方法。KDP較強(qiáng)（弱）時(shí)，使用與KDP有關(guān)（無(wú)關(guān)）的降雨反演關(guān)系式；在ZDR較強(qiáng)（弱）時(shí)，使用與ZDR有關(guān)（無(wú)關(guān)）的定量降水估計(jì)關(guān)系。但具體到某一個(gè)雷達(dá)，需要經(jīng)過(guò)不同降雨進(jìn)行驗(yàn)證，不斷嘗試確定降雨反演公式及其參數(shù)，以提高降雨反演精度（圖17）。

圖17 降雨反演方法選取流程示例

最后，對(duì)于鄰近雷達(dá)的區(qū)域（以雷達(dá)為中心，半徑1 km范圍內(nèi)），由于可不進(jìn)行雨量反演，采用鄰近雨量數(shù)據(jù)進(jìn)行插值。

問(wèn)題22：用什么指標(biāo)評(píng)估雷達(dá)反演雨量的精度？

答：將10 min 和60 min 時(shí)段長(zhǎng)的地面雨量、雷達(dá)反演雨量的繪制散點(diǎn)圖，計(jì)算出回歸系數(shù)、相關(guān)系數(shù)、雨量比、均方根誤差，將以上指標(biāo)作為精度指標(biāo)。一般可按距離雷達(dá)30 km 以內(nèi)、30～60 km 兩個(gè)范圍進(jìn)行精度評(píng)估?！端麥y(cè)雨雷達(dá)系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用技術(shù)要求（試行）》提出，60 min雨強(qiáng)≥20 mm 時(shí)，均方根誤差≤18 mm/h；60 min 雨強(qiáng)≥10 mm時(shí)，均方根誤差≤12 mm/h。

問(wèn)題23：在正式的雷達(dá)測(cè)雨產(chǎn)品的發(fā)布前，需要開(kāi)展哪些檢驗(yàn)測(cè)試工作？

答：雷達(dá)降雨監(jiān)測(cè)產(chǎn)品的發(fā)布前，需要經(jīng)歷雷達(dá)硬件調(diào)整、數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估、雨量反演參數(shù)調(diào)整、降雨監(jiān)測(cè)精度評(píng)估和降雨監(jiān)測(cè)產(chǎn)品發(fā)布5個(gè)過(guò)程，如圖18所示。

圖18 雷達(dá)降雨監(jiān)測(cè)產(chǎn)品發(fā)布流程

問(wèn)題24：如何利用測(cè)雨雷達(dá)數(shù)據(jù)開(kāi)展臨近預(yù)報(bào)，方法是什么？

答：（1）傳統(tǒng)方法：采用交叉相關(guān)法或光流法估計(jì)降水運(yùn)動(dòng)場(chǎng)，采用拉格朗日外推降水到2 h。這種方法不考慮降雨發(fā)生發(fā)展的物理機(jī)理。

（2）譜分解方法：采用變分光流法估計(jì)降水運(yùn)動(dòng)場(chǎng)，施加擾動(dòng)模擬估計(jì)誤差?；诓煌叨冉邓倪\(yùn)動(dòng)和演變規(guī)律不同的事實(shí)，采用譜分解技術(shù)將降水場(chǎng)分解為多個(gè)不同尺度場(chǎng)，分別外推后，再合成生成預(yù)報(bào)。優(yōu)勢(shì)在于方法更符合降水規(guī)律，外推結(jié)果更自然合理，評(píng)分也高于傳統(tǒng)方法。

（3）機(jī)器學(xué)習(xí)方法：當(dāng)雷達(dá)數(shù)據(jù)積累到一定程度，可以采用機(jī)器學(xué)習(xí)方法進(jìn)行預(yù)報(bào)。

問(wèn)題25：針對(duì)山洪災(zāi)害防御，雷達(dá)測(cè)雨產(chǎn)品有哪些要求？

答：面向水旱災(zāi)害防御部門，雷達(dá)測(cè)雨產(chǎn)品應(yīng)包括3類：①精細(xì)網(wǎng)格降雨產(chǎn)品；②小流域面雨量產(chǎn)品；③政區(qū)面雨量產(chǎn)品。

精細(xì)網(wǎng)格降雨產(chǎn)品網(wǎng)格分辨率為75 m×75 m，每5 min生成一個(gè)降雨產(chǎn)品（包括降雨監(jiān)測(cè)產(chǎn)品和0～3 h降雨預(yù)報(bào)產(chǎn)品）的nc 文件，雷達(dá)配套軟件系統(tǒng)應(yīng)能查看每一個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)、不同時(shí)段的雨量值。

小流域面雨量產(chǎn)品包括山洪災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)劃分的小流域面雨量和小流域防治單元面雨量，每5 min 生成一次小流域面雨量產(chǎn)品（圖19），包括降雨監(jiān)測(cè)產(chǎn)品和0～3 h降雨預(yù)報(bào)產(chǎn)品，雷達(dá)配套軟件系統(tǒng)應(yīng)能查看每一個(gè)小流域、不同時(shí)段的雨量值。

圖19 小流域面雨量變化

政區(qū)面雨量產(chǎn)品包括縣、鄉(xiāng)、村面雨量，每5 min 生成一次政區(qū)面雨量產(chǎn)品（包括降雨監(jiān)測(cè)產(chǎn)品和0～3 h降雨預(yù)報(bào)產(chǎn)品），雷達(dá)配套軟件系統(tǒng)應(yīng)能查看每一個(gè)縣、鄉(xiāng)、村，不同時(shí)段的雨量值。

面向社會(huì)公眾，雷達(dá)測(cè)雨產(chǎn)品應(yīng)包括縣、鄉(xiāng)、村等的政區(qū)面雨量，每15 min 生成一次政區(qū)面雨量產(chǎn)品（包括降雨監(jiān)測(cè)產(chǎn)品和0～3 h 降雨預(yù)報(bào)產(chǎn)品），雷達(dá)配套軟件系統(tǒng)應(yīng)能查看社會(huì)公眾關(guān)注政區(qū)不同時(shí)段的雨量值。

最重要的一點(diǎn)，要利用測(cè)雨雷達(dá)網(wǎng)格雨量和0～3 h 小時(shí)臨近預(yù)報(bào)成果，結(jié)合分布式水文模型，開(kāi)展小流域山洪預(yù)報(bào)（圖20）。

圖20 以測(cè)雨雷達(dá)網(wǎng)格雨量為輸入開(kāi)展山洪預(yù)報(bào)