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“三道防線”之測雨雷達與OTT Parsivel2雨滴譜儀

2024-07-16，星期二

背景

我國地理氣候條件特殊，降雨時空分布極不均勻，由此帶來水旱災害多發(fā)頻發(fā)重發(fā)。為此，水利部門著重強調(diào)要加快補齊水旱災害防御短板，加快推進水文現(xiàn)代化建設(shè)，完善國家水文站網(wǎng)，推進“天空地”一體化監(jiān)測，加快構(gòu)建氣象衛(wèi)星和測雨雷達、雨量站、水文站組成的雨水情監(jiān)測預報“三道防線”，進一步延長雨水情預見期、提高精準度1。

什么是“三道防線”

“三道防線”是以流域為單元，由氣象衛(wèi)星和測雨雷達、雨量站和水文站組成的雨水情監(jiān)測預報體系。通過“天空地”立體監(jiān)測手段對流域雨水情進行實時監(jiān)測和預報預警，以便及時采取措施應(yīng)對可能出現(xiàn)的洪澇等災害。第一道防線是氣象衛(wèi)星和測雨雷達系統(tǒng)，獲取大范圍的天氣信息、流域高分辨率面雨量監(jiān)測和短臨暴雨預警為主要目標，提早對洪水和山洪災害進行預警。第二道防線是雨量站網(wǎng)，以精準監(jiān)測流域暴雨時空分布和面平均降雨量為主要目標，通過“降雨—產(chǎn)流—匯流”計算，滾動流域洪水預報，動態(tài)調(diào)整預警閾值，在第一道防線的基礎(chǔ)上進一步提高洪水預報精準度和預警有效性。第三道防線是水文站網(wǎng)，是兜底措施，以洪水告警、災害警示為主要目標。根據(jù)水文站的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過洪水實況告警、洪水“演進”預報，可為洪水防御提供最精準的支撐，具有底線防守的重要意義2。

測雨雷達

雨水情監(jiān)測預報“第一道防線”——氣象衛(wèi)星和測雨雷達系統(tǒng)中，氣象衛(wèi)星主要由氣象部門承擔，測雨雷達主要由水利部門負責建設(shè)。水利測雨雷達以地面以上2km垂直高度大氣中的液態(tài)水為主要探測目標物，通過以雷達站為中心、半徑≥45km水平范圍內(nèi)、地面以上2km垂直高度大氣中無縫的連續(xù)仰角步進掃描作業(yè)，實現(xiàn)近地面層液態(tài)水含量的精細化測量，提高面雨量監(jiān)測精度3。

測雨雷達根據(jù)雷達回波強度推算降水強度和降水量。它具有能夠大面積遙測的優(yōu)點。測量方法主要有兩種：

• 利用雷達反射因子Z（見雷達方程）和降水強度I 的關(guān)系測雨強；

• 利用雨使雷達波衰減的效應(yīng)和降水強度I 的關(guān)系測雨強。

由于眾多難以克服的原因，與地面雨量計相比，雷達的測量結(jié)果還有較大的誤差，為了減少這種誤差，提高雷達測量的準確性，需要其它配套設(shè)備進行雨量修正。

OTT雨滴譜儀

OTT Parsivel2雨滴譜儀是基于降水粒子對激光衰減原理，精確測量降水（液態(tài)、固態(tài)、混合）粒子直徑、速度、分布密度、雨強、累積雨量、天氣現(xiàn)象、能見度等氣象參數(shù)的集雨滴譜分析儀、高精度全天候雨量計、天氣現(xiàn)象識別儀和 能見度儀等功能于一體的高性能氣象傳感器。

Parsivel2 廣泛應(yīng)用于天氣現(xiàn)象自動監(jiān)測、人工增雨評估、降水測量、路況及機場天氣預警、洪水早期預警和測雨雷達校準等多個領(lǐng)域。

Parsivel2 提供地面的雨滴粒徑分布以及導出地面Z/R 關(guān)系的功能——這一功能用于調(diào)整測雨雷達的讀數(shù)。將Parsivel2和測雨雷達一起使用，可大大提高測雨雷達的遙測精度。

研究表明：在雨量雷達和配套的OTT Parsivel2激光雨滴譜儀運行正常情況下，與傳統(tǒng)遙測雨量站相比，該系統(tǒng)測雨優(yōu)點如下：

• 分辨率高，面雨量監(jiān)測精度高，有效解決了傳統(tǒng)遙測雨量站在局部降雨情況下產(chǎn)生的測量盲區(qū)問題；

• 監(jiān)測范圍廣， 彌補了部分地區(qū)由于移動、電信等公網(wǎng)不能覆蓋導致的雨量數(shù)據(jù)缺失問題；

• 雨量雷達和激光雨滴譜儀監(jiān)測的降雨量受風影響較小，克服了傳統(tǒng)遙測雨量站受大風影響雨量數(shù)據(jù)偏小的缺陷，有效提高降雨量測量精度，在臺風暴雨期間監(jiān)測雨量更有優(yōu)勢4。

1，2，3 林祚頂，劉志雨. 加快構(gòu)建雨水情監(jiān)測預報“三道防線”工作思考[J].中國水利，2023（12）：5-10.
4 莊英杰. OTT Parsivel2  激光雨滴譜儀 在高分辨面雨量監(jiān)測預警系統(tǒng)中的應(yīng)用. 水利科技，2023（4）