引言

淮河流域由于其特殊的地形条件，暴雨常造成严重的洪涝灾害，给国民经济和社会发展造成严重影响。因此，加强对淮河流域致洪暴雨的研究，及时准确地进行降雨量的估测和预报对于科学指挥防汛抗洪、减轻灾害损失具有特别重要的意义。

新一代S波段多普勒天气雷达(CINRAD)的业务应用，有利于提高暴雨监测和预报方面的能力^[1-5]。GMS-5卫星作为国内气象台站普遍接收的一颗静止卫星，利用其对水量进行估算也得到了较大范围的业务应用^[6-9]，但是在精度上与CINRAD雷达相比却有所逊色。但CINRAD雷达不能保证无时间限制的正常运行，在有效范围以外也不能对降水量进行估算，GMS-5卫星对降水的估测是一个较好的补充。在时间和空间上都保证了对降水量估算的完整性。为此，开发淮河流域致洪暴雨预警系统，结合这两种手段对淮河流域的降水进行估测，同时根据HLAFS数值预报产品，对未来淮河流域可能出现的致洪暴雨进行预警。

1 资料处理

由于资料所处坐标系的差异，在利用雷达资料前有必要对雷达估测数据进行重采样。系统采用间接法^[10]进行雷达资料的重采样，重采样后雷达估测数据的空间分辨率为0.01°×0.01°。

雷达资料重采样转换公式如下：

(1)

(2)

G₀、W₀是合肥站点所在位置的经纬度。G_i、W_i是网格点的经纬度。L是网格点到合肥站点的地面距离。C是网格点的方位角。R_m为地球半径取值6371km。

在利用历史资料进行统计回归计算集成参数时，为避免将实际观测雨量插值到网格点上的过程中引入误差，系统将雷达和卫星估算降水资料插值到观测站点上，使之与站点上实测雨量相对应。

2 降水量的估算

鉴于雷达和卫星在分辨率上的不一致性，为了保持雷达在估测降水分辨率上的优势，系统将卫星估测数据进行插值，从而达到与雷达估测的分辨率一致。

考虑到关心的重点是致洪暴雨，因此在集成时为简化运算，当雷达估测雨量小于10mm时，不进行集成运食而简单地用雷达或者卫星估测的雨量作为集成雨量。从历史资料(2000—2002年合肥CINRAD雷达和GMS-5降水量估算资料)统计得：雨量小于10mm时，雷达估测雨量总体平均误差为0.6, 而卫星估测雨量的总体平均误差为0.8。雷达估算精度高于卫星估算的精度，因此在小于10mm时选用雷达估测雨量作为集成的雨量。

当只有一种估测雨量(雷达估测降水或者是卫星估测降水)时，不进行集成运算，而仅仅用这种估测雨量作为集成雨量。

当雷达估测雨量大于10mm时，集成区域任一计算点(x，y)的实际雨量尺R(x，y)可以由该计算点的雷达估测方法确定的估值r₁(x, y)和卫星估测方法确定的估值r₂(x, y)通过线性组合获得，即有：

其中a₀是常数，a₁和a₂分别是r₁(x, y)和r₂(x, y)的系数，通过对历史资料的最小二乘法线性拟和，得出参数a₀、a₁和a₂

通过以上分析，总体集成公式如下：

r₁(x, y, t) < 10mm或没有卫星资料

没有雷达资料

3 致洪暴雨预瞀标准

根据历史案例分析，以王家坝水位作为参考系较好。通常将能使王家坝水位达到警戒水位(28.0m)以上的降水，称为淮河流域致洪暴雨。我们经对1950年以来淮河致成暴雨的研究证实，淮河致洪暴雨一般是连续3天以上的降水过程，当3天累计降水量的区域平均值大于100mm，王家坝水位将达到警戒水位。因此，可以通过估算72小时面雨量平均值是否达到100mm来对淮河流域是否出现洪灾进行预警。

4 个例分析

在回归计算上述方程的3个参数时，所用的资料有三类：雷达估测的降水量、卫星估测的降水量以及实测的雨量，时间为2000年6月2日、3日、21日、27日和7月12—14日。表 1给出各类估测降水量的比较。从表 1可以看出集成的结果明显有所改进，相对误差有所减小。对于面上的误差而言，集成估测的最好，其次是雷达估测，最差的是卫星估测(说明：2002年7月23日过程中不满足集成条件样本没有利用拟和参数进行集成运算)。

表 2为2002年6月23日03时(北京时)降水估算个例，从表中17个站集成雨量与实况雨量相比可以看出：实况雨量小于1mm的站点共有7个，而集成估算雨量中与之相对应的7个站点中有6个点的雨量小于1mm，仅有一个站点雨量大于1mm。对于雨量大于10mm的情况，实际观测有4个站点雨量满足条件。但是相对应的集成估算的结果中仅有两个大于10mm。这主要是由于另两个与实际雨量差异较大的站点雷达估算的结果，亦差异较大没能满足大于10mm的条件，系统没有对其进行集成运算而是仅仅用雷达雨量替代之。误差主要来源于雷达估算降水的误差。从满足集成运算条件的两站点的集成结果来看，估算结果与实际观测结果相接近，相对误差分别为0.065和0.319。此外，还可以看出对于那些雨量介于1mm与10mm之间的站点来说，估算结果与实际观测结果差异不大。

5 淮河流域致洪暴雨预瞀系统

利用雷达每6分钟间隔的体扫资料，采用最优判别系数法建立的Z-I关系^[11]来估算每6分钟的降水量。通过逐次累加得到每小时的雷达估算降水量。由卫星接收处理系统获取间隔约1小时的卫星资料经过定位以及可见光波段的太阳高度角订正后，利用经验公式^[12]进行1小时降水量估算。在得到雷达与卫星1小时估算雨量的基础上，根据由历史资料统计得到的三者之间的统计关系式(该统计关系式可以根据历史样本量的增加而改变，即根据历史资料重新计算参数)来计算一小时集成雨量。进一步通过对降水量的累加得到一定时段内的总降水量。

在HLAFS数值预报产品释用方面，采用多因子综合指数法对HLAFS产品进行分析，通过对历史个例的回归分析建立综合指.数与雨量的统计方程^[13]，从而实现对降水量的预报。

在得到一定时段内的总降水量以及降水预报的基础上，累加72小时淮河流域总降水量预报。从而根据致洪暴雨标准来进行致洪暴雨预警。

6 结语

在暴雨监测方面，相对于卫星观测而言，CINRAD雷达具有较高的精度和空间分辨率。但是，单部CINRAD雷达的观测范围有限，并且不能保证无时间限制的运行。在单部CINRAD雷达的观测范围外以及出现故障时，利用气象卫星资料进行暴雨的监测是一种较好的补充。本系统充分考虑了这一点，综合利用两类遥感资料进行淮河流域致洪暴雨的监测。在此基础上结合数值预报产品的释用进行致洪暴雨预警。

但是，由于目前在业务应用中使用的卫星为FY-2B/C和GOES-9，系统中针对GMS-5卫星资料的一些雨量计算参数在FY-2B/C和GOES9卫星资料上的应用需要进行一定量的修正。因此，系统在卫星降水估算的实际应用中尚存在一定的缺陷。但是，这不影响系统的正常运行，在2003年的淮河流域出现的致洪暴雨期间，系统得到了较好的应用，对淮河流域出现的几次致洪暴雨进行了预警。