雷達回波應用於颱風降雨空間分佈與總量之研究—以納莉颱風為例

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楊政潭(Cheng-Tan Yang) 查詢紙本館藏

畢業系所

水文與海洋科學研究所

論文名稱

雷達回波應用於颱風降雨空間分佈與總量之研究—以納莉颱風為例
(The Application of Radar Echo on Estimating the Spatial Distribution andAmount of Rainfall during Typhoon—A case study of Typhoon Nari)

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摘要(中)

本研究利用雷達資料在時間與空間的高解析特性，以描述雷達估計降雨在空間上的分佈，發現以石門集水區15個雨量站而言，其地面雨量站雨量與雷達降雨率之相關係數，大致落於0.4-0.7之間，且其回波有修正5-7dBZ 現象；而以台北市區13個雨量站，則其相關係數大約為0.6-0.8之間，而回波有修正3-5dBZ現象。
首先利用空間統計方法，計算石門水庫集水區及台北市各網格之降雨量，以描述地面降雨分佈。本研究發現各種空間統計方法，通常都只採用網格點與雨量站之距離作為分析依據，因此所描述之降雨空間分佈特性也較接近。
之後使用雷達回波換算量結合地面雨量站方法，計算石門集水區及台北市之各網格之降雨量。結果顯示，以各種雷達回波配合地面雨量站之方法計算之二十五小時總量都較地面雨量站使用空間統計方法所計算之總量為高，其主要原因為不論以任何空間統計方法估計集水區總量，最大網格降雨量一定發生於地面雨量站所在網格，而最強雷達回波發生位置不一定位於雨量站上方。

摘要(英)

The purpose of this study is to investigate the high resolution of radar data in space and time to describe the spatial distribution of radar echo estimated rainfall. The correlation between rainfall rates retrieved from radar echo and ground-truth measured from 15 gauge station of Shiemen watershed was found to be in a range of 0.4 to 0.7;and the radar echo was corrected 5 to 7dBZ. For the 13 rain-gauge in Taipei, the correlation was found to be in a range of 0.6 to 0.8;and the radar echo was corrected 3 to 5dBZ.
To calculate the grid rainfall in Shiemen watershed and Taipei was firstly applied by spatial statistic methods to describe the distribution of rainfall. The results show that the characteristics of rainfall distribution was similar from the spatial statistic methods based on the distance between the grid point and the rain-gauge to analyze.
Then, total rainfall amount estimated by several radar-rainfall integrated gauge station is higher than that the rain-gauge data adopting spatial statistic methods. The reason was the maximum grid rainfall always on the grid of the rain-gauge by applying statistic method, while the strongest radar echo observed was not necessarily on the spot of the rain-gauge.

關鍵字(中)

★ 雷達
★ 降雨總量
★ 降雨空間分佈

關鍵字(英)

★ Radar
★ total rainfall amount
★ spatial distributi

論文目次

目錄
頁次
中文摘要…………………………………………………………….. Ⅰ
英文摘要…………………………………………………………….. Ⅱ
目錄………………………………………………………………….. Ⅲ
表目錄……………………………………………………………….. Ⅵ
圖目錄……………………………………………………………….. Ⅶ
第一章緒論………………………………………………………… 1
1-1研究動機……………………………………………………… 1
1-2研究目的……………………………………………………… 2
1-3本文架構……………………………………………………… 2
第二章文獻回顧…………………………………………………… 4
2-1以雷達回波估計降雨………………………………………… 4
2-2降雨空間分佈及總量………………………………………… 6
第三章理論分析……………………………………………………9
3-1空間統計方法概述…………………………………………… 9
3-2雷達回波估計降雨概述……………………………………… 13
第四章資料處理及分析方法……………………………………… 15
4-1研究區域……………………………………………………… 15
4-1-1台北市簡介……………………………………………… 15
4-1-2石門水庫集水區簡介…………………………………… 15
4-2雷達資料處理………………………………………………… 15
4-2-1五分山氣象雷達簡介…………………………………… 15
4-2-2資料之內插過程…………………………………………. 17
4-2-3雷達回波轉換降雨量……………………………………. 17
4-3地面雨量站資料處理………………………………………… 18
4-4地面雨量站雨雷達降雨資料分析…………………………… 18
4-4-1雨量站與雷達降雨總量分析……………………………. 18
4-4-2雨量站空間統計與雷達降雨空間分佈分析……………. 20
第五章結果與討論………………………………………………… 21
5-1納莉颱風雨帶特性分析……………………………………… 21
5-1-1納莉颱風簡介……………………………………………. 21
5-1-2雷達回波分析……………………………………………. 22
5-2地面雨量站與雷達回波特性探討…………………………… 25
5-2-1石門水庫集水區…………………………………………. 25
5-2-2台北市……………………………………………………. 27
5-3降雨空間分佈及集水區降雨總量探討……………………… 28
5-3-1集水區降雨總量探討……………………………………. 29
5-3-2降雨空間分佈……………………………………………. 31
5-3-3空間降雨推估方法差異之評估…………………………. 33
第六章結論與建議………………………………………………… 35
6-1結論…………………………………………………………… 35
6-2建議…………………………………………………………… 36
參考文獻…………………………………………………………….. 81
附錄A 雨帶之行進速度與方向……………………………………. 87
表目錄
頁次
表4-1台北市雨量站之基本資料………………………………….. 37
表4-2 石門水庫集水區雨量站之基本資料……………………….. 38
表5-1-1石門集水區雨量站雨量與雷達回波換算值之相關係數… 39
表5-1-2以不同回波型式計算石門集水區雨量站之RMSE……… 40
表5-1-3以不同回波型式計算石門集水區雨量站之總量與雨量站真值表…………………………………………………….. 41
表5-2-1石門集水區雨量站雨量與雷達回波換算值之相關係數.... 42
表5-2-2以不同回波型式計算台北市雨量站之RMSE…………… 43
表5-2-3以不同回波型式計算台北市雨量站之總量與雨量站真值表………………………………………………………….. 44
表5-3-1石門集水區雨量站雷達回波修正程度…………………… 45
表5-3-2台北市雨量站雷達回波修正程度………………………… 46
表5-4各種方法估算石門集水區總量其公式……………………... 47
表5-5-1各項空間統計方法估計石門集水區總量………………… 48
表5-5-2各項雨量站配合雷達回波方法估計石門集水區總量…… 49
圖目錄
頁次
圖3-1球形模式示意圖……………………………………………... 50
圖4-1雷達處理軟體中CAPPI資料的內插方法………………….. 51
圖4-2雷達處理軟體中垂直剖面資料的內插方法………………... 51
圖4-3-1台北市雨量站之地理位置圖……………………………… 52
圖4-3-2石門集水區雨量站之地理位置圖………………………… 53
圖5-1納莉颱風路徑圖……………………………………………... 54
圖5-2-1納莉颱風於淡水河流域降雨組體圖……………………… 55
圖5-2-2納莉颱風於台北市降雨組體圖…………………………… 55
圖5-2-3納莉颱風於石門水庫集水區降雨組體圖………………… 55
圖5-3-a納莉颱風九月十六日十九時2km CAPPI回波圖……….. 56
圖5-3-b納莉颱風九月十六日二十時2km CAPPI回波圖……….. 56
圖5-3-c納莉颱風九月十六日二十一時2km CAPPI回波圖……… 56
圖5-3-d納莉颱風九月十六日二十二時2km CAPPI回波圖……… 56
圖5-3-e納莉颱風九月十六日二十三時2km CAPPI回波圖……… 56
圖5-3-f納莉颱風九月十七日零時2km CAPPI回波圖…………… 56
圖5-3-g納莉颱風九月十七日一時2km CAPPI回波圖…………… 57
圖5-3-h納莉颱風九月十七日二時2km CAPPI回波圖…………… 57
圖5-3-I納莉颱風九月十七日三時2km CAPPI回波圖…………… 57
圖5-3-j納莉颱風九月十七日四時2km CAPPI回波圖…………… 57
圖5-3-k納莉颱風九月十七日五時2km CAPPI回波圖…………… 57
圖5-3-l納莉颱風九月十七日六時2km CAPPI回波圖…………… 57
圖5-3-m納莉颱風九月十七日七時2km CAPPI回波圖…………. 58
圖5-3-n納莉颱風九月十七日八時2km CAPPI回波圖…………… 58
圖5-3-o納莉颱風九月十七日九時2km CAPPI回波圖…………… 58
圖5-3-p納莉颱風九月十七日十時2km CAPPI回波圖…………… 58
圖5-3-q納莉颱風九月十七日十一時2km CAPPI回波圖………… 58
圖5-3-r納莉颱風九月十七日十二時2km CAPPI回波圖………… 58
圖5-3-s納莉颱風九月十七日十三時2km CAPPI回波圖………… 59
圖5-3-t納莉颱風九月十七日十四時2km CAPPI回波圖………… 59
圖5-3-u納莉颱風九月十七日十五時2km CAPPI回波圖………… 59
圖5-3-v納莉颱風九月十七日十六時2km CAPPI回波圖………… 59
圖5-3-w納莉颱風九月十七日十七時2km CAPPI回波圖………... 59
圖5-3-x納莉颱風九月十七日十八時2km CAPPI回波圖………… 59
圖5-3-y納莉颱風九月十七日十九時2km CAPPI回波圖………… 60
圖5-3-z納莉颱風九月十七日二十時2km CAPPI回波圖………… 60
圖5-4-1雷達小時平均回波與地面雨量站雨量圖(9/16 23:00)…… 61
圖5-4-2雷達小時平均回波與地面雨量站雨量圖(9/17 00:00)…… 61
圖5-4-3雷達小時平均回波與地面雨量站雨量圖(9/17 01:00)…… 62
圖5-4-4雷達小時平均回波與地面雨量站雨量圖(9/17 07:00)…… 62
圖5-4-5雷達小時平均回波與地面雨量站雨量圖(9/17 08:00)…… 63
圖5-4-6雷達小時平均回波與地面雨量站雨量圖(9/17 09:00)…… 63
圖5-4-7雷達小時平均回波與地面雨量站雨量圖(9/17 16:00)…… 64
圖5-4-8雷達小時平均回波與地面雨量站雨量圖(9/17 17:00)…… 64
圖5-4-9雷達小時平均回波與地面雨量站雨量圖(9/17 18:00)…… 65
圖5-5-1雷達小時降雨與地面雨量站雨量圖(9/17 00:00)………… 66
圖5-5-2雷達小時降雨與地面雨量站雨量圖(9/17 08:00)………… 66
圖5-6石門集水區雨量站與其上方上方回波降雨關係…………... 67
圖5-7台北市雨量站與其上方上方回波降雨關係………………... 69
圖5-8-1克利金法與線性迴歸法計算總量比較圖………………… 71
圖5-8-2克利金法與二次函數迴歸法計算總量比較圖…………… 71
圖5-8-3克利金法與比值法計算總量比較圖……………………… 72
圖5-8-4克利金法與客觀分析法計算總量比較圖………………… 72
圖5-9 各種地面雨量站配合雷達回波方法估計石門水庫集水區之時雨量…………………………………………………….. 73
圖5-10 不同空間統計方法估算九月十七日凌晨零時石門水庫集水區……………………………………………………….. 74
圖5-11 不同雷達回波換算值配合地面雨量站估算九月十七日凌晨零時石門水庫集水區網格降雨值…………………….. 75
圖5-12-1石門水庫集水區各項空間統計方法與客觀分析法之相關係數…………………………………………………….. 76
圖5-12-2台北市各項空間統計方法與客觀分析法之相關係數…. 76
圖5-13石門水庫集水區九月十六日二十時各高程小時平均雷達回波圖…………………………………………………….. 77
圖5-14-1 不同方法分析降雨量與機率(累積機率)之關係……….. 78
圖5-14-2 不同方法分析總延時降雨量與機率(累積機率)之關係.. 78

參考文獻

參考文獻
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指導教授

吳瑞賢(Ray-Shyan Wu)

審核日期

2003-7-15

推文