1. 引言
多普勒天气雷达在我国已经基本完成整体布网和全面应用[1]。对多普勒天气雷达在强对流方面的研究较多，适宜的湿球温度0℃层高度与−20℃层高度、超过55 dBz的强回波、VIL值跃升骤降变化等可判别冰雹的发生[2]-[5]。对超级单体强对流及强降水的雷达双偏振产品速度场演变和ZDR柱演变特征有较多研究[6]-[14]，使双偏振雷达产品在强对流强降雨预报预警中发挥重要作用。杨春艳[15]和罗林勇[16]对ROSE2.0进行了评估。对雷达在台风及强降雨中的产品识别和回波演变特征进行了研究[17]-[19]。以2022年气象质量提升年为契机，对雷达数据和产品质量进行评估，用以改善雷达算法或参数设置，发挥雷达在强对流和强降雨中的预警作用意义重大。
2. 评估方法及个例站点评估图例
把烟台地区按距雷达站的距离划分为D ≤ 25.0、25.0 < D ≤ 50.0、50.0 < D ≤ 100.0、100.0 < D ≤ 150四级(单位KM)，把降水量级划分为5~20、20~50、50以上三级(单位mm)，天气过程结束后，据一体化平台实况数据，在烟台11个大监站和129个区域站中，给每个距离圈选出最大值、次大值和第三大值站，下载雷达产品数据后用PUP打开，对OHP、THP降水产品进行检验评估，根据基本评估数据组合统计分析出想要的准确、错误、空报、漏报率数据(图1、图2)。
3. 一小时降雨量产品(OHP)检验评估
3.1. OHP产品(一小时降雨量)降雨量值同级距雷达站距离同级评估
表1的评估结果是：一级距离圈(D ≤ 25.0 km)内，降雨量值5~20 mm，共选取了42个站次，准确率
Figure 1. (a) is the OHP map of Longkou Station at 23:00 on June 28, 2023, and (b) is the corresponding integrated 1-hour precipitation fact map
图1. (a)是2023年6月28日23点龙口站OHP图，(b)是对应的一体化1小时降水实况图
Figure 2. (c) is the THP map of Longkou Station at 23:00 on June 28, 2023, and (d) is the corresponding integrated 3-hour precipitation reality map
图2. (c)是2023年6月28日23点龙口站THP图，(d)是对应的一体化3小时降水实况图
Table 1. First stage range circle (D ≤ 25.0 km) Yantai Radar OHP No. 169 product evaluation results
表1. 一级距离圈(D ≤ 25.0 km)烟台雷达OHP第169号产品评估结果
降雨量级 |
评估站数 |
准确站数
及百分比 |
错误站数
及百分比 |
偏大站占错误站百分比 |
偏小站占错误站百分比 |
空报站数 |
漏报站数 |
5~20 mm |
42 |
40与95.2% |
2与4.8% |
0与0.0% |
2与100% |
0 |
0 |
20~50 mm |
27 |
26与96.3% |
1与3.7% |
1与100% |
0与0.0% |
0 |
0 |
≥50 mm |
4 |
3与75.0% |
1与25.0% |
0与0.0% |
1与100% |
0 |
0 |
95.2%，错误率4.8%，PUP产品值偏大率0.0%，PUP产品值偏小率100%，无空报、漏报。降雨量值20-50mm，共选取了27个站次，准确率96.3%，错误率3.7%，PUP产品值偏大率100%，PUP产品值偏小率0.0%，无空报、漏报。降雨量值 ≥ 50 mm，距离雷达D ≤ 25 km，共选取了4个站次，准确率75.0%，错误率25.0%，PUP产品值偏大率0.0%，PUP产品值偏小率100%，无空报、漏报。
Table 2. Secondary range circle (25.0 < D ≤ 50 km) Yantai Radar OHP No. 169 product evaluation results
表2. 二级距离圈(25.0 < D ≤ 50 km)烟台雷达OHP第169号产品评估结果
降雨量级 |
评估站数 |
准确站数及百分比 |
错误站数及百分比 |
偏大站占错误站百分比 |
偏小站占错误站百分比 |
空报站数 |
漏报站数 |
5~20 mm |
38 |
37与97.4% |
1与2.6% |
0与0.0% |
1与100% |
0 |
0 |
20~50 mm |
12 |
11与91.6% |
1与8.4% |
1与100% |
0与0.0% |
0 |
0 |
≥50 mm |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
表2的评估结果是：二级距离圈(25.0 < D ≤ 50 km)内，降雨量值5~20 mm，共选取了38个站次，准确率97.4%，错误率2.6%，PUP产品值偏大率0.0%，PUP产品值偏小率100%，无空报、漏报。降雨量值20~50 mm，共选取了12个站次，准确率91.7%，错误率8.3%，PUP产品值偏大率100%，PUP产品值偏小率0.0%，无空报、漏报。降雨量值 ≥ 50 mm，无够条件降雨站。
Table 3. Three-stage range circle (50.0 < D ≤ 100.0 km) Yantai Radar OHP No. 169 product evaluation results
表3. 三级距离圈(50.0 < D ≤ 100.0 km)烟台雷达OHP第169号产品评估结果
降雨量级 |
评估站数 |
准确站数及百分比 |
错误站数及百分比 |
偏大站占错误站百分比 |
偏小站占错误站百分比 |
空报站数 |
漏报站数 |
5~20 mm |
39 |
37与94.9% |
2与5.1% |
2与100% |
0与0.0% |
0 |
0 |
20~50 mm |
30 |
30与100% |
0与0.0% |
0与0.0% |
0与0.0% |
0 |
0 |
≥50 mm |
9 |
7与77.8% |
2与22.2% |
1与50.0% |
1与50.0% |
0 |
0 |
表3的评估结果是：三级距离圈(50.0 < D ≤ 100.0 km)内，降雨量值5~20 mm，共选取了39个站次，准确率94.9%，错误率5.1%，PUP产品值偏大率100%，PUP产品值偏小率0.0%，无空报、漏报。降雨量值20~50 mm，共选取了30个站次，准确率100%，错误率0.0%，PUP产品值偏大率0.0%，PUP产品值偏小率0.0%，无空报、漏报。降雨量值 ≥ 50 mm，共选取了9个站次，准确率77.8%，错误概率22.2%，PUP产品值偏大率50.0%，PUP产品值偏小率50.0%，无空报、漏报。
Table 4. Four-stage range circle (100.0 < D ≤ 150.0 km) Yantai Radar OHP No. 169 product evaluation results
表4. 四级距离圈(100.0 < D ≤ 150.0 km)烟台雷达OHP第169号产品评估结果
降雨量级 |
评估站数 |
准确站数及百分比 |
错误站数及百分比 |
偏大站占错误站百分比 |
偏小站占错误站百分比 |
空报站数 |
漏报站数 |
5~20 mm |
21 |
18与85.7% |
3与14.3% |
3与100% |
0与0.0% |
0 |
0 |
20~50 mm |
18 |
17与94.4% |
1与5.6% |
1与100% |
0与0.0% |
0 |
0 |
≥50 mm |
4 |
4与100% |
0与0.0% |
0与0.0% |
0与0.0% |
0 |
0 |
表4的评估结果是：四级距离圈(100.0 < D ≤ 150.0 km)内，降雨量值5~20 mm，共选取了21个站次，准确率85.7%，错误率14.3%，PUP产品值偏大率100%，PUP产品值偏小率0.0%，无空报、漏报。降雨量值20~50 mm，共选取了18个站次，准确率94.4%，错误率5.6%，PUP产品值偏大率100%，PUP产品值偏小率0.0%，无空报、漏报。降雨量值 ≥ 50 mm，共选取了4个站次，准确率100%，错误率0.0%，PUP产品值偏大率0.0%，PUP产品值偏小率0.0%，无空报、漏报。
3.2. 距离和降雨量组合评估OHP产品(一小时降雨量)准确率(图3~5)
Figure 3. Rainfall 5~20 mm OHP assessment map for four distance circles
图3. 降雨量5~20 mm四个距离圈OHP评估图
Figure 4. Rainfall 20~50 mm OHP assessment map for four distance circles
图4. 降雨量20~50 mm四个距离圈OHP评估图
Figure 5. Rainfall ≥ 50 mm OHP assessment map for four distance circles
图5. 降雨量 ≥ 50 mm四个距离圈OHP评估图
3.2.1. 同距离不同降雨量OHP产品准确率评估
同级距离圈中准确率值和的平均：一级距离圈(D ≤ 25 km)准确率平均值88.85%；二级距离圈(25.0 < D ≤ 50 km)准确率平均值94.52%；三级距离圈(50.0 < D ≤ 100.0 km)准确率平均值90.88%；四级距离圈(100.0 < D ≤ 150.0 km)准确率平均值93.38%，显然，准确率较高；准确率受距离远近影响不明显；可依据评估结果改进算法或参数设置，进一步提高准确率。
3.2.2. 不同距离同降雨量OHP产品准确率评估
各距离圈中同降雨量准确率值和的平均：5~20 mm准确率平均值是93.30%；20~50 mm准确率平均值是95.60%；50 mm及以上准确率平均值是84.26%。显然，准确率较高；准确率受降雨量大小影响不明显；可依据评估结果改进算法或参数设置，进一步提高准确率。
3.2.3. 降雨量和距雷达站距离同时影响概率评估
不分距离和降雨量，所有同类的概率值求和后平均值：准确率平均值是91.67%，错误率平均值是8.33%；错误值偏大概率平均值是61.11.00%，错误值偏小概率平均值是38.89%；显然，准确率较高；错误值偏大概率高于错误值偏小概率；无空报和漏报；可依据评估结果改进算法或参数设置，进一步提高准确率。
3.3. 不同天气系统影响2023年准确率评估
2023年除4月4日白天气旋影响，6月26日1点到7点气旋影响外，其余12次过程是西风槽与副高边缘作用或冷涡与副高边缘作用，依据以上数据和评估结果得出，不同天气系统降雨对雷达OHP产品准确率影响不明显。
4. 三小时降雨量产品(THP)检验评估
4.1. THP产品(三小时降雨量)降雨量值同级距雷达站距离同级评估
表5的评估结果是：一级距离圈(D ≤ 25.0 km)内，降雨量值5~20 mm，共选取了42个站次，准确率88.1%，错误率11.9%，PUP产品值偏大率40.0%，PUP产品值偏小率60.0%，无空报、漏报。降雨量值20~50 mm，共选取了42个站次，准确率78.6%，错误率21.4%，PUP产品值偏大率33.3%，PUP产品值偏小率66.7%，无空报、漏报。降雨量值 ≥ 50 mm，共选取了18个站次，准确率88.9%，错误率11.1%，PUP产品值偏大率0.0%，PUP产品值偏小率100%，无空报、漏报。
Table 5. First stage range circle (D ≤ 25.0 km) Yantai Radar THP No. 170 product evaluation results
表5. 一级距离圈(D ≤ 25.0 km)烟台雷达THP第170号产品评估结果
降雨量级 |
评估站数 |
准确站数及百分比 |
错误站数及百分比 |
偏大站占错误站百分比 |
偏小站占错误站百分比 |
空报站数 |
漏报站数 |
5~20 mm |
42 |
37与88.1% |
5与11.9% |
2与40.0% |
3与60.0% |
0 |
0 |
20~50 mm |
42 |
33与78.6% |
9与21.4% |
3与33.3% |
6与66.7% |
0 |
0 |
≥50 mm |
18 |
16与88.9% |
2与11.1% |
0与0.0% |
2与100% |
0 |
0 |
Table 6. Secondary range circle (25.0 < D ≤ 50 km) Yantai Radar THP No. 170 product evaluation results
表6. 二级距离圈(25.0 < D ≤ 50 km)烟台雷达THP第170号产品评估结果
降雨量级 |
评估站数 |
准确站数及百分比 |
错误站数及百分比 |
偏大站占错误站百分比 |
偏小站占错误站百分比 |
空报站数 |
漏报站数 |
5~20 mm |
39 |
30与76.9% |
9与23.1% |
6与66.7% |
3与33.3% |
0 |
0 |
20~50 mm |
29 |
24与82.8% |
5与17.2% |
1与20.0% |
4与80.0% |
0 |
0 |
≥50 mm |
6 |
4与66.7% |
2与33.3% |
2与100% |
0与0.0% |
0 |
0 |
表6的评估结果是：二级距离圈(25.0 < D ≤ 50 km)内，降雨量值5~20 mm，共选取了39个站次，准确率76.9%，错误率23.1%，PUP产品值偏大率66.7%，PUP产品值偏小率33.3%，无空报、漏报。降雨量值20~50 mm，共选取了29个站次，准确率82.8%，错误率17.2%，PUP产品值偏大率20.0%，PUP产品值偏小率80.0%，无空报、漏报。降雨量值 ≥ 50 mm，共选取了6个站次，准确率66.7%，错误率33.3%，PUP产品值偏大率100%，PUP产品值偏小率0.0%，无空报、漏报。
Table 7. Three-stage range circle (50.0 < D ≤ 100.0 km) Yantai Radar THP No. 170 product evaluation results
表7. 三级距离圈(50.0 < D ≤ 100.0 km)烟台雷达THP第170号产品评估结果
降雨量级 |
评估站数 |
准确站数及百分比 |
错误站数及百分比 |
偏大站占错误站百分比 |
偏小站占错误站百分比 |
空报站数 |
漏报站数 |
5~20 mm |
39 |
23与59.0% |
16与41.0% |
12与75.0% |
4与25.0% |
0 |
0 |
20~50 mm |
39 |
30与76.9% |
9与23.1% |
7与77.8% |
2与22.2% |
0 |
0 |
≥50 mm |
19 |
19与100% |
0与0.0% |
0与0.0% |
0与0.0% |
0 |
0 |
表7的评估结果是：三级距离圈(50.0 < D ≤ 100.0 km)内，降雨量值5~20 mm，共选取了39个站次，准确率59.0%，错误率41.0%，PUP产品值偏大率75.0%，PUP产品值偏小率25.0%，无空报、漏报。降雨量值20~50 mm，共选取了39个站次，准确率76.92%，错误率23.08%，PUP产品值偏大率77.8%，PUP产品值偏小率22.2%，无空报、漏报。降雨量值 ≥ 50 mm，共选取了19个站次，准确率100%，错误率0.0%，PUP产品值偏大率0.0%，PUP产品值偏小率0.00%，无空报、漏报。
Table 8. Four-stage range circle (100.0 < D ≤ 150.0 km) Yantai Radar THP No. 170 product evaluation results
表8. 四级距离圈(100.0 < D ≤ 150.0 km)烟台雷达THP第170号产品评估结果
降雨量级 |
评估站数 |
准确站数及百分比 |
错误站数及百分比 |
偏大站占错误站百分比 |
偏小站占错误站百分比 |
空报站数 |
漏报站数 |
5~20 mm |
33 |
25与75.8% |
8与24.2% |
8与100% |
0与0.0% |
0 |
0 |
20~50 mm |
19 |
13与68.4% |
6与31.6% |
6与100% |
0与0.0% |
0 |
0 |
≥50 mm |
11 |
11与100% |
0与0.0% |
0与0.0% |
0与0.0% |
0 |
0 |
表8的评估结果是：四级距离圈(100.0 < D ≤ 150.0 km)内，降雨量值5~20 mm，共选取了33个站次，准确率75.8，错误率24.8%，PUP产品值偏大率100%，PUP产品值偏小率0.00%，无空报、漏报。降雨量值20~50 mm，共选取了19个站次，准确率68.4%，错误率31.6%，PUP产品值偏大率100%，PUP产品值偏小率0.0%，无空报、漏报。降雨量值 ≥ 50 mm，共选取了11站次，准确率100%，错误率0.0%，PUP产品值偏大率0.0%，PUP产品值偏小率0.0%，无空报、漏报。
4.2. 距离和降雨量组合评估THP产品(三小时降雨量)准确率结论(图6~8)
Figure 6. Rainfall 5~20 mm four distance circle THP assessment map
图6. 降雨量5~20 mm四个距离圈THP评估图
4.2.1. 同距离不同降雨量THP产品准确率评估
同级距离圈中准确率值和的平均：
一级距离圈(D ≤ 25 km)准确率平均值85.19%；二级距离圈(25.0 < D ≤ 50 km)准确率平均值75.45%；三级距离圈(50.0 < D ≤ 100.0 km)准确率平均值78.63%；四级距离圈(100.0 < D ≤ 150.0 km)准确率平均值81.39%，显然，仍然需要改进算法或参数设置提高THP准确率，THP准确率受距离影响不明显。
Figure 7. Rainfall 20~50 mm four distance circle THP assessment map
图7. 降雨量20~50 mm四个距离圈THP评估图
Figure 8. Rainfall ≥ 50 mm four distance circle THP assessment map
图8. 降雨量 ≥ 50 mm四个距离圈THP评估图
4.2.2. 不同距离同降雨量THP产品准确率评估
各距离圈中同降雨量准确率值和的平均：5~20 mm准确率平均值是74.94%；20~50 mm准确率平均值是76.67%；50 mm及以上准确率平均值是88.89%。显然，仍然需要改进算法或参数设置提高THP准确率，THP准确率受降雨量影响不明显。
4.2.3. 降雨量和距雷达站距离同时影响概率评估
不分距离和降雨量，所有同类的概率值求和后平均值：准确率平均值是80.17%，错误率平均值是19.83%；错误值偏大概率平均值是61.28%，错误值偏小概率平均值是38.72%；显然，准确率远远大于错误率，但是仍然需要改进算法或参数设置提高准确率；错误值偏大概率大于错误值偏小概率。无空报和漏报。
4.3. 不同天气系统影响2023年评估
2023年除了4月4日白天气旋影响和6月26日1点到7点气旋影响外，其余12次过程是西风槽与副高边缘作用或冷涡与副高边缘作用影响，依据以上数据和评估结论得出，不同天气系统降雨对雷达THP产品准确率影响不明显。
5. 结论与讨论
本文依据2023年烟台双偏振雷达探测数据和结果，对ROSE2.1 PUP降雨产品进行了研究和评估，选取的数据距雷达中心0~150 km。对探测距离和降雨量大小同时影响雷达探测精度进行评估得出，一小时降雨估测OHP产品准确率较高，三小时降雨估测THP产品准确率偏低。通过对距雷达站不同距离圈的数据进行统计评估得出，回波距雷达站距离远近对雷达降雨探测质量影响不明显。通过对各距离圈降雨量数据进行统计评估得出，降雨量大小对雷达降雨探测质量影响不明显。据14次降雨过程天气系统结构不尽相同，得出不同天气系统对雷达探测降雨质量影响不明显。全文研究数据得出，一小时降雨估测OHP产品可信度高于三小时降雨估测THP产品。ROSR2.1错误站的数值偏大率减小了，错误站的数值偏小率增大了。以上评估数据和结果有一定局限性，可进一步扩大数据范围进行评估，根据评估结果，改善雷达算法和参数设置，进一步提高雷达探测准确率。
基金项目
烟台市气象局面上课题项目2023ytqxm02；山东省气象局引导类课题项目2023SDYD18。