Adjustment of rainfall estimates from weather radars using in-situ stormwater drainage sensors

Publikation: Bog/antologi/afhandling/rapportPh.d.-afhandlingForskning

Abstract

Emnet for denne Ph.D.-afhandling er justering af vejrradar regnestimater til afløbsteknisk anvendelse ved brug af afstrømningsmålere i afløbssystemet. Ved brug af vejrradarer er det muligt at måle regnen med den stedslige og tidslige opløsning, som ønskes for avanceret afløbsteknisk modellering af distribuerede afløbssystemer. Det er nødvendigt at anvende data, som repræsenterer den stedslige og tidslige variabilitet af regnen, for at kunne modellere regnafstrømning korrekt i distribuerede afløbssystemer samt anvende realtidsstyring til at styre disse distribuerede systemer.

Vejrradarer måler regnen indirekte i atmosfæren, hvilket giver nogle udfordringer i forhold til at anvende vejrradardataene i afløbstekniske sammenhænge. Der kan oftest observeres afvigelser mellem det radarmålte regn i atmosfæren og hvad der måles ved jordoverflade. Vejrradardata er derfor ofte justeret til regnmålere for bedre at repræsentere regnen ved overflade. Når de justerede vejrradardata anvendes til afløbsteknisk modellering, observeres der oftest afvigelser mellem den estimerede regnafstrømning og den målte regnafstrømning. I afløbstekniske sammenhænge er det mere vigtigt at kunne estimere regnafstrømning, og derved flow og vandstande i kritiske punkter af afløbssystemet, end det er at kunne estimere regnen korrekt ved overflade. Det giver derfor mening at undersøge muligheden for at justere vejrradardata til afstrømningsmålinger for at forbedre forudsigelsen af flow og vandstanden.

Dette Ph.D.-studie har undersøgt, hvordan målinger af regnafstrømning kan anvendes til at justere vejrradarer. To justeringsmetoder baseret på afstrømningsmålinger er blevet udviklet. Metoderne er baseret på to traditionelle radar-regnmåler justeringsmetoder. Den første metode er baseret på Z-R forholdet, som beskriver forholdet mellem radar refleksivitet (Z) og radar regnintensitet (R). Et Z-Q forhold blev udviklet, som beskriver forholdet mellem radar refleksivitet (Z) og radar regnafstrømning (Q). Den anden metode er baseret på en radarregnmåler bias justering (mean field bias adjustment). En radar-regnafstrømning bias justering blev udviklet. Den anden metode er mindre beregningstung og nemmere at implementere for et større komplekst opland. Det er ikke nødvendigt at bruge en afstrømningsmodel til at beskrive forholdet mellem regn og regnafstrømning ved anvendelse af den anden metode.

De to justeringsmetoder baseret på afstrømningsmålinger blev testet under praktiske forhold ved brug af to forskellige oplande. Begge metoder præsterede på samme niveau som radar-regnmåler justeringsmetoderne. Sammenligningen var baseret på radar estimeret og målt regnafstrømning. Niveauet faldt dog for regnmåler justeringsmetoderne, hvis de kun blev baseret på regnmålere uden for oplandet. Dette Ph.D.-studie har vidst, at det er muligt at justere vejrradarer ved brug af regnafstrømningsmålinger.

Den største udfordring ved at bruge justeringsmetoder baseret på regnafstrømning er at lukke massebalancen for regnafstrømningen. Hvis oplandet indeholder overløbsbygværker, bassiner, pumper ol. kan dette være meget besværligt. En stor del af Ph.D.-studiet er brugt på at udvikle metoder til at lukke massebalancen. En lukket massebalancen er også vigtig for præcis kalibrering af afløbstekniske modeller anvendt til analyse og realtidsstyring. En del af arbejdet i dette studie kan derfor også anvendes til at forbedre kalibreringen af afløbstekniske modeller.
Luk

Detaljer

Emnet for denne Ph.D.-afhandling er justering af vejrradar regnestimater til afløbsteknisk anvendelse ved brug af afstrømningsmålere i afløbssystemet. Ved brug af vejrradarer er det muligt at måle regnen med den stedslige og tidslige opløsning, som ønskes for avanceret afløbsteknisk modellering af distribuerede afløbssystemer. Det er nødvendigt at anvende data, som repræsenterer den stedslige og tidslige variabilitet af regnen, for at kunne modellere regnafstrømning korrekt i distribuerede afløbssystemer samt anvende realtidsstyring til at styre disse distribuerede systemer.

Vejrradarer måler regnen indirekte i atmosfæren, hvilket giver nogle udfordringer i forhold til at anvende vejrradardataene i afløbstekniske sammenhænge. Der kan oftest observeres afvigelser mellem det radarmålte regn i atmosfæren og hvad der måles ved jordoverflade. Vejrradardata er derfor ofte justeret til regnmålere for bedre at repræsentere regnen ved overflade. Når de justerede vejrradardata anvendes til afløbsteknisk modellering, observeres der oftest afvigelser mellem den estimerede regnafstrømning og den målte regnafstrømning. I afløbstekniske sammenhænge er det mere vigtigt at kunne estimere regnafstrømning, og derved flow og vandstande i kritiske punkter af afløbssystemet, end det er at kunne estimere regnen korrekt ved overflade. Det giver derfor mening at undersøge muligheden for at justere vejrradardata til afstrømningsmålinger for at forbedre forudsigelsen af flow og vandstanden.

Dette Ph.D.-studie har undersøgt, hvordan målinger af regnafstrømning kan anvendes til at justere vejrradarer. To justeringsmetoder baseret på afstrømningsmålinger er blevet udviklet. Metoderne er baseret på to traditionelle radar-regnmåler justeringsmetoder. Den første metode er baseret på Z-R forholdet, som beskriver forholdet mellem radar refleksivitet (Z) og radar regnintensitet (R). Et Z-Q forhold blev udviklet, som beskriver forholdet mellem radar refleksivitet (Z) og radar regnafstrømning (Q). Den anden metode er baseret på en radarregnmåler bias justering (mean field bias adjustment). En radar-regnafstrømning bias justering blev udviklet. Den anden metode er mindre beregningstung og nemmere at implementere for et større komplekst opland. Det er ikke nødvendigt at bruge en afstrømningsmodel til at beskrive forholdet mellem regn og regnafstrømning ved anvendelse af den anden metode.

De to justeringsmetoder baseret på afstrømningsmålinger blev testet under praktiske forhold ved brug af to forskellige oplande. Begge metoder præsterede på samme niveau som radar-regnmåler justeringsmetoderne. Sammenligningen var baseret på radar estimeret og målt regnafstrømning. Niveauet faldt dog for regnmåler justeringsmetoderne, hvis de kun blev baseret på regnmålere uden for oplandet. Dette Ph.D.-studie har vidst, at det er muligt at justere vejrradarer ved brug af regnafstrømningsmålinger.

Den største udfordring ved at bruge justeringsmetoder baseret på regnafstrømning er at lukke massebalancen for regnafstrømningen. Hvis oplandet indeholder overløbsbygværker, bassiner, pumper ol. kan dette være meget besværligt. En stor del af Ph.D.-studiet er brugt på at udvikle metoder til at lukke massebalancen. En lukket massebalancen er også vigtig for præcis kalibrering af afløbstekniske modeller anvendt til analyse og realtidsstyring. En del af arbejdet i dette studie kan derfor også anvendes til at forbedre kalibreringen af afløbstekniske modeller.
OriginalsprogEngelsk
Udgivelses stedAalborg
ForlagDepartment of Civil Engineering, Aalborg University
Antal sider166
StatusUdgivet - 2015
PublikationsartForskning
NavnDCE Thesis
Nummer73
ISSN1901-7294

    Forskningsområder

  • Nedbørsprognoser, Vejrradar, Nedbørssensorer

Download-statistik

Ingen data tilgængelig
ID: 226562181