大规模降雨监测数据异常识别方法

为实现大规模降雨监测数据的异常识别和快速处理,基于Hampel法、格拉布斯准则、周边测站分析法和雷达辅助校验等方法,建立了递进式异常站点筛查体系,通过K-d tree(K-dimension tree)高级数据结构和并行计算方法提高计算效率,并以福建省5234个具有雨量监测功能的地面站2015—2021年雨量数据进行了验证,结果表明福建省地面站雨量监测数据质量逐年提升;各类测站中,雨量站异常站点占全部异常站点的比例最高,各类异常站点在全省相应类型站点中,雨量站异常站点的占比也最高;雷达辅助校验能够有效解决在雨区与非雨区边界、雨强差异较大的雨区边界的正常站点易被误判为异常值的问题,校验前异常识别准确率为90%左右,校验后准确率提高为95%左右。通过K-d tree和并行计算,全省测站完成一次异常识别需约5~8 min,为大规模降雨监测数据异常识别、充分利用雨量监测站有效信息提供可靠的方法。     

山洪灾害监测预报预警云平台及应用

以延长山洪预警预见期、提高预警精度为目标,综合应用并行云计算、大数据、人工智能和移动互联网技术,设计开发了省级山洪灾害预报预警云平台.省级云平台集成了流域分布式水文模型和实测降雨、预报降雨信息,实时驱动流域内各河段山洪水文模拟,实现基于小流域的洪水预报和基于流量指标的山洪灾害预警.结合山洪灾害气象预警和基于雨量/水位监...     

山洪灾害防治理论技术研究进展

我国山洪灾害防治基础薄弱,在支撑全国山洪灾害防治项目建设过程中,中国水利水电科学研究院成立项目组,组织开展山洪灾害防治理论技术研究和产品研发,取得了一系列重要成果,初步建立了山洪灾害防治理论技术体系,应用于我国山洪灾害防治实践,对此进行总结介绍,主要包括:①形成了基于山洪灾害自然和社会双重属性山洪灾害防治方略和理论技术框架;②分析了山洪灾害时空分布特征和山洪灾害形成机理;③系统研究了山丘区小流域水文特征,创建了全国小流域基础数据集;④提出了有中国特色的山洪灾害群测群防模式;⑤研究制定了44项山洪灾害防治行业标准或规范性技术文件;⑥提出了山洪灾害调查评价和风险评估技术方法;⑦开发了X波段测雨雷达强降雨监测技术和非接触式水位-流速-流量一体化山洪监测新方法;⑧研发了时空变源混合产流模型和中国山洪水文模型;⑨提出了多阶段渐进式山洪监测预报预警技术路线和动态预警指标分析方法。     

大清河流域水循环影响因素演变特征分析

以海河流域的重要支流大清河流域为研究区,从气象因素和土地利用的角度对该流域水循环影响因素的演变特征进行分析。采用滑动平均法、Mann-Kendall非参数检验和小波分析法,分别对气象要素的趋势性、突变性和周期性进行了分析;同时,基于大清河流域四期的土地利用数据,分析了不同土地利用类型的演变规律。结果表明:(1)1970—2011年,大清河流域年降水量呈不显著的"减—增—减—增"的变化趋势,年均气温则变现为显著增加的态势;年潜在蒸散量在近54年来变化也较显著,呈"减—增"的变化;(2)流域年降水量几乎未发生突变,年均气温和年潜在蒸散量分别在1991年和1973年发生突变;(3)年降水量、年均气温以及年潜在蒸散量的演变周期分别以22年、28年和28年为主;(4)大清河流域土地利用类型以耕地、草地和林地为主,而土地利用类型的转化则处于耕地与城乡、工矿、居民用地,林地与草地之间。通过对大清河流域水循环影响因素演变规律的分析,可为进一步在该流域开展基于水循环理论的科学研究提供依据和支撑。     

近50年来京津唐地区降水时空演变特征分析

研究京津唐地区降水量的时空分布对于认清该地区水资源的数量变化趋势、合理配置水资源及降低旱涝灾害均具有重要意义。基于京津唐地区6个国家级气象站点50年逐日降水资料,利用滑动均值法、M-K检验法及空间插值法等,分析了京津唐地区降水的空间分布、变化特征及近50年的降水变化趋势。结果表明,该地区降水在时空上分布不均匀,整体上西南降水少,东北降水多,年内降水主要集中在6~9月,50年来降水量整体呈减少趋势,但自2005年以来,年降水量出现回升迹象。     

基于分布式水文模型的“尼伯特”台风暴雨洪水反演

台风暴雨具有强度大、降雨集中的特点,容易在沿海地区中小流域形成局地破坏性洪水灾害,基于高精度地形地貌数据构建分布式水文模型,是实现中小流域洪水模拟和预报的重要手段。以福建闽清县梅溪流域为研究区,基于高精度DEM、土壤和土地利用数据,采用中国山洪水文模型(CNFF-HM),构建了梅溪流域分布式水文模型,以56场实测水文气象资料对模型进行率定和验证,并对2016年7月9日发生的"尼伯特"台风带来的暴雨洪水进行反演。结果显示,构建的分布式水文模型验证和率定效果良好,对"尼伯特"台风暴雨洪水模拟的洪峰流量误差小于20%,确定性系数达到0.96,因此模型能够很好地反映流域短历时强降雨引发的洪水特征,为流域防洪减灾提供可靠的技术支撑。     

基于不同物理参数化方案的中小流域 降雨径流集合预报

气象水文耦合预报能够延长洪水预报预见期,针对预报结果不确定性大的问题,选取东南沿海地区的梅溪流域为研究区,以2012年8月3日“苏拉”台风和2014年6月17日“海贝思”台风引发的降雨洪水为例,开展气象水文耦合下的集合预报研究。依托WRF（weather research and forecasting）模式建立基于36种物理参数化方案组合的降雨集合预报集,并通过耦合WRF模式和梅溪流域分布式水文模型,实现降雨径流集合预报。结果表明：在不同物理参数化方案下,数值降雨预报结果有一定差异,且对降雨空间分布的预报效果优于降雨时间分布,更容易准确描述时空分布均匀的降雨,很难捕捉短历时强降雨;采用集合预报的方式能够有效降低洪水预报的不确定性,当预见期超过6 h时,对于时空分布均匀的降雨,相应洪水过程的洪峰流量预报误差Rf为11.30%,能够准确反映洪峰量级,峰现时间提前2h,相比基于“落地雨”开展的洪水预报有一定优势;基于异方差扩展型Logistic算法对预报降雨进行处理后,能够有效提高降雨预报精度,但对于时空分布不均匀的降雨,洪峰流量误差R f由处理前的-86.89%降低至-48.95%,仍有较大的提升空间。     

基于数据同化的降雨数值空间分布模拟研究

降雨数值模拟是延长水文预报预见期的重要方法,但由于降雨数值模拟中驱动数据所提供的初始场和边界场条件和大气的实际状态并不是完全吻合,导致模拟结果存在误差。减小降雨数值模拟的误差是提高水文预报精度的关键问题,特别是在大气数值模式和分布式水文模型耦合模拟过程中,高精度的降雨信息是准确模拟的关键。本文基于WRF模式和三维变分数据同化方法,选取雷达反射率和GTS(Global Telecommunication System)数据作为同化资料,开展基于数据同化的降雨数值空间分布模拟研究,从降雨的空间展布和指标评价两方面对同化前后的模拟结果进行对比。结果表明:同化后的模拟数据在CSI指标和RMSE指标上都优于同化前的模拟数据,说明同化后模拟数据的误差小于同化前的误差;将同化前后的数据展布在网格图中,发现同化后的数据可以更加准确地刻画降雨的空间分布规律,说明通过数据同化方法提高了模拟降雨和实际降雨空间分布的一致性,改善了WRF模式模拟降雨空间分布的能力。     

基于不同物理参数化方案的中小流域降雨径流集合预报

气象水文耦合预报能够延长洪水预报预见期,针对预报结果不确定性大的问题,选取东南沿海地区的梅溪流域为研究区,以2012年8月3日"苏拉"台风和2014年6月17日"海贝思"台风引发的降雨洪水为例,开展气象水文耦合下的集合预报研究.依托WRF(weather research and forecasting)模式建立基于3...