[论文解读] IowaRain: A Statewide Rain Event Dataset Based on Weather Radars and Quantitative Precipitation Estimation

Muhammed Sit, Bong‐Chul Seo+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 7, 2021

Meteorological Phenomena and Simulations参考文献 10被引用 35

一句话总结

IowaRain 是一个用于爱荷华州的降雨事件数据集（2016–2019），源自 NEXRAD 雷达网络和 IFC QPE 系统，提供 5 分钟、500 m 的降水量地图和 1242 个分类降雨事件。

ABSTRACT

Effective environmental planning and management to address climate change could be achieved through extensive environmental modeling with machine learning and conventional physical models. In order to develop and improve these models, practitioners and researchers need comprehensive benchmark datasets that are prepared and processed with environmental expertise that they can rely on. This study presents an extensive dataset of rainfall events for the state of Iowa (2016-2019) acquired from the National Weather Service Next Generation Weather Radar (NEXRAD) system and processed by a quantitative precipitation estimation system. The dataset presented in this study could be used for better disaster monitoring, response and recovery by paving the way for both predictive and prescriptive modeling.

研究动机与目标

• 提供一个全面的、预处理的爱荷华州降雨事件数据集，以支持气候变化建模、灾害规划和数据驱动的水文学研究。
• 描述基于 NEXRAD 的 QPE 在爱荷华州的端到端数据获取、处理、质量控制和事件提取。
• 提供一个基准资源，使环境科学和灾害应对领域的预测性和处方性建模成为可能。

提出的方法

• 从覆盖爱荷华州的七台 WSR-88D 雷达收集原始雷达观测量。
• 使用衰减校正和融化层分析，通过 IFC QPE 系统处理数据，生成 5 分钟、500 m 的降雨速率图。
• 利用融化层信息和基于高程的 QPE 产品将降水分类为对流性和层状。
• 将来自各个高程和雷达的二维降雨速率图合成为一个具有时空同步的爱荷华域产品。
• 将降雨快照序列化并规范化为 gzip 压缩包，并基于连续快照满足 0.5 mm/hr 和 10% 域标准来定义降雨事件。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何从多雷达 QPE 产品构建一个覆盖全州的基于雷达的降雨事件数据集？
• RQ2 使用该处理流程，2016–2019 年爱荷华州降雨事件的特征（持续时间、覆盖范围、强度）是什么？
• RQ3 该数据集如何构建以支持诸如帧预测和降雨径流研究等数据驱动任务，同时保持可扩展性？

主要发现

• IowaRain 数据集包含 2016–2019 年的 1242 个降雨事件。
• 事件来自由七台 WSR-88D 雷达生成的 5 分钟、500 m 分辨率的 QPE 图。
• 每个事件存储为一个 gzip 压缩包，包含起始日期、快照数量和快照列表。
• 数据集包括按年份的事件计数和持续时间的变化，平均事件长度约为 6–8 小时，并提供月度覆盖统计。
• 数据处理流程包括质量控制、融化层分析、雷达数据融合和归一化步骤，以为爱荷华域生成一致的 2D 降雨速率图。