第四章 資料處理及研究方法
4.3 雷達資料處理
表4-3 石門雨量站各站基本資料
站號 氣象局
站號 站名 座標位置TWD67 TM2 通用之 Z-R 關係式 1140P022 21C050 石門 X: 273451.160, Y: 2745102.141
1140P114 21C140 霞雲 X: 286071.193, Y: 2743036.136 1140P015 21C080 高義 X: 285756.194, Y: 2734046.107 1140P012 21C070 巴稜 X: 289171.203, Y: 2731180.098 1140P088 21C090 嘎拉賀 X: 289656.206, Y: 2726343.082 1140P007 21D150 玉峰 X: 279651.179, Y: 2728319.087 1140P003 21D160 白石 X: 275537.169, Y: 2720441.059 1140P001 21D170 鎮西堡 X: 280237.182, Y: 2718814.054 1140P150 21D350 西丘斯山 X: 284618.581, Y: 2719875.506 2560P011 21U110 池端 X: 297236.226, Y: 2727448.087
Z = 32.5R1.65 (Xin et al., 1997)
第二個部份為雷達產品產生器(Radar Product Generator，RPG)，其功能為接收 自雷達資料接收單元的雷達基本資料，利用各種演算處理後，產生 39 種不同種類 的氣象水文分析產品供即時觀測作業用。
第三個部份為主使用者處理器(Principal User Processor，PUP)，其為使用者與產 品之間的界面使用者可以要求雷達產品產生器產生產品亦可掩飾儲存加註解及傳送 產品。(中央氣象局)
該雷達的掃描方式為以正北為起點，順時針一圈作360 度圓錐面掃描，而依每 次觀測所得不同仰角的圓錐面資料組成一完整的體積掃描(Volume Scan)。而五分山 雷達對於降水系統可分為VCP11(分別有 0.5、1.45、2.4、3.35、4.3、5.25、6.2、7.5、
8.7、10、12、14、16.7、19.5 度等 14 個掃描仰角)以及 VCP21(分別有 0.5、1.45、
2.4、3.35、4.3、6、9.9、14.6、19.5 度等 9 個掃描仰角)共有兩種掃描策略。本次 納莉颱風的觀測多採用 VCP21 策略，大約六分鐘完成一整體體積掃瞄(林宏聖，
1997)。
本研究所採用的範圍雨量資料區域自(121.156, 24.256)開始，往東 76.5 公里、往 北94.5 公里，雨量資料維度為 52x64 (水平解析度為 1.5 公里)，資料單位為 mm，為 逐時累積雨量(時間解析度 1 小時/LST) ;回波資料除了時間解析度不同(約 6 分鐘一 筆)及資料單位為 dBZ(dummy 值為-999.)，其餘格式、讀法皆與雨量資料相同。若有 缺資料，是因為五分山雷達資料無觀測資料所導致。其中缺最多資料的時段為(馬莎 (MATSA)個案)2005-08/04-14:00 LST 之前大約三天的時間，五分山雷達站因雷達維 修，故無觀測資料。
圖 4-3 台灣氣象雷達涵蓋圖 (中央氣象局)
4.3.2 二度分帶坐標網格
由於中央氣象局所提供之 QPESUMS 雷達雨量是以經緯度為基準觀測坐標，
資料起始點為24.256o N, 121.156o E，網格間距：1.5 km。而中央氣象局及水利署所 提供之地面雨量站坐標則是以橫麥卡托投影台灣二度分帶坐標為主，坐標單位為公 尺，且以TWD67 係採用橫麥卡托投影經差二度分帶，台灣本島之中央子午線為 121。 坐標系為參考，因此欲進行地面雨量測站與對應之QPESUMS 雷達網格前，必須先 將坐標系統一致化。考慮到台灣全島 DTM 資料之平面坐標系統採用二度分帶橫麥 卡脫投影(Transverse Mecator Projection)，平面坐標以及高程之單位為公尺，為顧及 之後水文相關領域上之使用便利性，本研究將QPESUMS 坐標系統自經緯度轉至以 台灣二度分帶坐標。
本研究為了擷取地面雨量站位置與選取之雷達網格資料之相對應座標網格位 置，當所有雨量中心點轉換成二度分帶坐標點皆確定完成後，以雨量站座標位置為
主，選取空間相鄰之8 個座標點加上雨量站點共 9 點，對應雷達網格的坐標 N 及 E 點找出相對應的座標點位，網格繪製節點內九個空間點之回波值，簡單之計算規則 如下：
九點平均值=( XN1(雨量站點)+x1+x2+x3+x4+x5+x6+x7+x8)/9 九點平均值=(YN1(雨量站點)+y1+y2+y3+y4+y5+ y6+y7+y8)/9
上式中， x 代表各雷達資料點之二度分帶 X 坐標， y 代表各雷達資料點之二 度分帶Y 坐標，而 XN、YN為雨量站中心點X，Y 坐標，總共九的座標點，將網格 內九個雷達回波數據平均，代表此一雨量站之空間降雨總量，如圖4-4。
圖4-4 雨量站與空間網格對應點位流程圖
4.3.3 雷達回波轉換降雨量
本研究資料所選取時間點為 2000-2010 年間前十大颱風總降雨量之場次為主要 選取資料，雷達回波Z 值(單位為 dBZ)，利用此最低仰角合成回波 dBZ 值轉成線性 單位Z 值(經由 dBZ =10logZ → Z =10dBZ /10之關係式) 與降雨量 R(mm) ，擬合屬於台 灣地區之Z−R 關係式。
本研究參考QPESUMS 於現階段所使用之 Z−R 關係式( Z = 32.5R1.65 )建立不同 的a、b 係數關係式，主要是依據 Alberta,Canada 之夏季對流降雨與雷達觀測資料之 關係(Xin et al. 1997)，在定量降水估計方面，由 2003 年各月份最低仰角合成回波
(Hybrid Reflectivity) 與降雨量所擬合之 Z−R 關係顯示，降雨粒子分布隨季節不同而 有顯著差異，欲使用單一Z−R 關係式來進行台灣地區不同降雨型態之降雨量估計，
存在有極高的不確定性。由文獻指出2003 年梅雨鋒面個案與 2004 年冬季鋒面個案 分析顯示，兩個案擬合(fitting)之 Z−R 關係式的係數 a 與 b 相差甚大，可能與個案 的季節、區域、降雨型態的不同及雷達觀測差異有關。未來需藉由統計方式，循序 漸進求出台灣地區各降雨型態相對適用之Z−R 關係式，以利作業中之定量降雨估計 方面能降低其不確定性；並利用地面雨量站校正衛星、雷達降雨估計，並整合雷達、
衛星及雨量計等觀測資料，以提高QPESUMS 降雨估計之準確性(丘台光等，2004)。
為尋求相對適合台灣地區具地域性的Z−R 關係，提高雷達降雨估計之正確性，
本研究使用 2000-2010 年之雷達觀測資料與實測降雨量，初步對於個案進行 Z=aRb 關係式的迴歸、遺傳演算法GAOT 進行研究探討。