淮河流域面雨量多模式预报效果比较及典型过程检验分析

面雨量预报是洪水预报非常重要的参数,也是各级政府组织防汛抗洪以及水库调度等决策的重要依据。在面向江河流域的水文气象服务中,利用数值预报模式降水输出客观化的面雨量产品,并在检验评估的基础上进行集成应用,是提高流域面雨量预报水平的重要手段。本文基于ECMWF全球模式、JMA全球模式、     

汉江流域多模式面雨量预报效果评估及集成应用

为探明不同数值模式预报产品对汉江流域降水的预报效果，利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)、德国气象局(GERMAN)、美国国家环境预报中心(NCEP)、日本气象厅(JMA)与中国国家气象局的GRAPES数值模式，分析了汉江流域面雨量的分布特征，并利用TS评分检验了多种数值模式对汉江流域不同分区、季节、量级的面雨量预报效果，提出了多模式降水预报集成应用方案。结果表明：汉江流域各分区中，皇庄以下区间出现大雨及以上量级强降水次数最多且强度最大，白河-丹江口区间的次数最少且强度最弱。各模式中，GERMAN模式对汉江流域面雨量的预报效果整体最好，其次为ECMWF模式，再次为NCEP模式，而JMA和GRAPES模式相对较差。不同季节中，模式预报在主汛期的降水预报效果整体最好，其次为秋汛期，枯季相对较差；其中，秋汛期的空报率和漏报率相对较低，主汛期的漏报率相对较高。采用动态加权的方法对多模式预报产品进行集成，发现集成预报可以综合各模式预报信息，其预报效果在各模式中位于前列。     

基于遥测系统的大别山区水库预报调度系统应用分析

在遥测系统的基础上建立的大别山区预报调度系统,充分利用计算机技术和水文预报技术。实现了雨量、水文的自动插补和水库调度的自动化,并在“05．9”大别山暴雨洪水中得到检验。系统的建成满足了当前水库防汛信息化、预报精度、时效高要求的需要,可以应用于类似山区水库。     

集合降雨预报在柬埔寨区域的应用研究

为了在分析研究区域内降雨变化趋势的基础上,探讨不同预见期的集合降雨预报数据在柬埔寨地区的可利用性及降雨集合预报数据的准确性,以柬埔寨境内3S河流域和湄公河流域上段为研究区域,分别采用滑动平均和数理统计法(M-K检验、Kendall检验、Spearman检验和LRT检验)分析研究区域内降水量的变化趋势。结果表明该区域内降雨呈缓慢增长趋势。采用ECMWF提供的降雨集合预报信息对比分析了1,3,5,7 d集合降雨预报对实测降雨的覆盖程度,并采用3个指标评价了集合降雨预报控制值的精度。结果表明随着预见期的延长,1~7 d集合降雨预报精度逐渐降低,但中短期集合降雨预报整体精度较高,推荐在研究区域采用1~5 d预报数据。     

赤山湖流域TIGGE降水预报精度评价研究

为了提高赤山湖流域洪水预测预报的能力,对赤山湖流域TIGGE降水预报精度进行了评价研究。将TIGGE的ECMWF、KMA、JMA、UKMO、CMA等5个模式应用于赤山湖流域,基于2015—2019年汛期降雨预报数据和流域实测降雨资料,采用均方误根差指标RMSE和降雨预报三率综合评价指标对这5个模式的预报精度进行了评价。结果表明:在赤山湖流域TIGGE的5个模式中,JMA模式的降水预报精度最高,其次是ECMWF。     

长江流域多模式降雨预报效果检验

2016年夏季,长江流域暴雨过程频繁,数值模式预报在防汛预报中起到了重要作用。回顾了2016年6~7月长江流域的降雨过程,对长江水利委员会水文局运行的WRF模型、中国气象局T639模式、欧洲中心细网格降雨预报、日本气象厅数值模型降雨预报与降雨实况进行了对比分析,并选取了一次典型强降雨过程进行个例分析,比较了多种数值模式对长江流域分区面雨量的预报效果。结果表明,长江流域26个分区的预报评分差别较大,区间越小,TS评分越低。总体而言,分辨率较高的ECMWF和WRF模式对强降雨过程的模拟较为精确,尤其是ECMWF的预报具有较高的参考价值。     

石羊河流域面雨量预报方法研究

利用1996-2008年ECMWF数值预报格点场资料和石羊河流域内6个气象站降水资料、2007-2008年47个加密自动区域站降水资料,采用Press准则进行预报因子初选,用逐步回归方法进行预报因子精选,运用最优子集回归建立石羊河流各县区域冷、暖季1～7 d降水量预报方程。以各县区降水客观预报产品为基础,采用线性插值方法,将县区降水预报插值到各县区内的区域站点上,使用算术平均法,制作了石羊河流域1～7 d面雨量预报模式。面雨量预报模式投入业务试应用,预报能力较强,取得了较好的预报服务效果,为流域面雨量预报提供了客观有效的指导产品。     

WRF模型在山洪灾害预警预报中的试验应用

为了给无气象观测资料地区提供气象数据,提高定量降雨预报的精度。利用中尺度WRF模式建立了面向长江流域的降雨自动化预报系统,该系统分为气象数据自动下载、模式预报和产品输出3个主要部分,且其运行和产品处理全部实现了自动化。对系统2012年11月至2013年2月的预报能力进行了检验,结果表明,WRF模式能较好预报降水的时间演变,24 h晴雨预报、一般性降雨预报和小雨预报的TS评分较高。个例分析表明,WRF模式能较好地预报降水的时空演变特征,但对极端降水的时空变化特征预报还有欠缺。该系统实现了精细化和定量化的防洪降雨预报,可使预报结果与洪水预警相结合,为山洪灾害预警平台的搭建提供了技术支持。     

降水预报产品在不同水文气象分区中小流域的 适应性评估

以位于不同水文气象分区的屯溪流域和绥德流域为研究对象,选取 TIGGE(THORPEX?Interactive?Garnd Global?Ensemble) 数 据 集 中 NCEP（ National?Centers?for?Environmental?Prediction） 、 ECMWF（ European?Centre?for Medium-range?Weather?Forecasts）、CMA（China?Meteorological?Administration）3 种预报产品的 2010—2015 年控制 预 报 数 据 , 基 于 分 位 数 映 射 法 中的 QUANT（ non-parametric ?quantile ?mapping ?using ?empirical ?quantiles） 法 和 RQUANT（non-parametric?quantile?mapping?using?robust?empirical?quantiles）法进行预报降雨修正,并采用多分类预报 检验、连续型预报检验和概率型预报检验等方法,对不同水文气象分区、不同预报产品和不同修正方法进行比较 与适用性分析;同时,以屯溪流域实测降雨为例,通过增加噪声项对降雨重采样,基于新安江模型分析降雨不确定 性对水文模拟结果的影响。结果表明：在研究流域,所选的预报产品对无雨和小雨期的预报精度都较高,但随着 降雨量的增加,各产品的预报能力均出现较为明显的下降。多分类和连续型检验表明绥德流域的降雨预报效果 更佳,NCEP 和 ECMWF 在研究流域的整体预报精度较高,CMA 的整体预报精度在研究流域略低于其他产品。各 产品在修正后大部分检验指标预报精度提高,其中：ECMWF 在绥德流域修正后预报精度最高,对两种修正方法都 有很好的适用性;在屯溪流域,NCEP 和 ECMWF 在不同修正方法后各指标预报精度各有高低,CMA 在修正后仅 在大雨量级的 TS 评分预报精度高于其他产品。降雨的不确定性会对水文模拟产生消极影响,并导致参数的不确 定性和水文模拟精度的下降。     

尼尔基水库上游格点降水数据适用性评估

以尼尔基水库上游流域为研究对象,评估了国家气象信息中心空间分辨率为0. 5°×0. 5°格点的逐日降水产品数据在该流域的适用性。基于格点降水产品提供的逐日降水量资料和该流域17个雨量站的相应资料,应用相关系数R、相对误差RE和均方根误差RMSE 3个指标分别对应用格点降雨产品数据的流域面雨量值及旬径流预报值进行精度分析。结果表明:基于格点数据的面雨量值与实测面雨量间相关系数R为0. 70,相对误差RE为16. 64%,均方根误差RMSE为4. 09 mm,精度满足检验标准,可以用于描述该流域的面雨量值;基于格点面雨量值预报旬径流量时,预报径流值与实测径流值间高度相关;拟合期、检验期径流预报值略微偏大,而外推期存在低估的现象,误差相对较大,但与应用实测面雨量得到的预报径流值误差相差仅3%,该格点降水数据可以替代实测站点的雨量数据用于研究流域。     

ECMWF集合降水预报在长江流域应用性能评估

欧洲中期天气预报中心(ECMWF)集合预报系统被广泛应用于降水预报中,但由于长江流域地形、气候条件复杂,该系统在长江流域的应用性能有待进一步评估。利用2015年4月至2018年6月汛期(4～10月)ECMWF集合预报系统(EPS)输出的降水预报结果和全国2 000多个站日降雨观测资料,基于Brier评分、Talagrand分布、ROC分析等方法,研究了ECMWF集合预报在长江流域降水的预报性能。结果表明:①Talagrand分布表明,模式对小量级的降水预报概率偏高,而对大量级的降水预报概率偏低;ECMWF集合预报系统存在短期预报发散度不够的情况。②Brier评分表明,在同量级降水预报中,预报时效越长,准确性越低;ECMWF集合系统在近4年的降水预报有相对稳定的Brier评分。③ROC分析表明,各个时效,同量级降水预报的准确性差异不大。总体来说,不论离散度还是准确性,ECMWF集合预报系统还存在一定的系统性偏差,需要进行统计后处理订正来消除此类偏差。     

基于防汛需求的降雨预报精度评估方法

针对现有研究对降雨预报精度评价大多着眼于测站或流域的总量误差,很少考虑降雨预报的空间分布、时程分配误差这一问题,提出一种综合时程、空间、总量等3个维度的降雨预报精度评价方法。在量级上,建立以相对误差为基础的量级评价指标;在空间上,引入容差区间,考虑全流域网格后得出空间分布评价指标;在时程上,采用确定性系数评价时程的匹配度,得到时程分配评价指标。选取甬江流域近年的预报和实测数据为例,采用上述方法对多种数值预报模式的进行了综合评价。结果表明:提出的评价方法能够挖掘出传统评价方法未充分关注的时程分配等要素。因此,该方法能够较好地基于防汛场景需求评价流域降雨预报精度,也可为多种预报模式的融合应用提供依据。     

基于HBV模型的高寒区径流模拟研究

高寒区产汇流规律复杂,且水文实测资料稀缺,给流域径流分析带来诸多挑战。以宗通卡坝址以上流域为研究对象,采用传统的水文比拟法,依据干流上下游水文站资料,推求坝址1960~2009年月径流系列。同时基于全球气象数据产品,考虑融雪径流的影响,构建了适用于该流域的HBV半分布式水文模型,模拟坝址1960~2009年月径流系列。通过对比两种方法的径流成果,分析其异同,认为HBV模型可用于高寒区径流模拟。     

短期降雨预报失误对安康水库防洪预报调度的影响

针对应用短期降雨预报信息实施水库防洪调度问题,研究降雨预报失误对水库调度的影响。以安康水库为例,分析了未来24 h短期降雨预报精度及分布规律,利用贝叶斯定理,计算考虑降雨预报信息的防洪调度风险发生事件寄予各个量级降雨预报失误造成的概率。结果显示:在当前的降雨预报水平下,安康水库利用不同量级降雨预报信息实施防洪调度时,Ⅰ量级(预报无雨) 降雨预报失误对水库调度影响不大,可用于指导水库优化调度;Ⅱ量级(“预报小雨”)降雨预报失误对小洪水调度影响较大;Ⅲ量级(预报中雨及以上)降雨预报失误对大洪水调度影响较大,可作为汛期水库优化调度的参考指标。     

2010年嘉陵江亭子口水利枢纽洪水预报

2010年7月23，25日，受上游流域强降雨影响，嘉陵江亭子口水利枢纽出现了两次较大洪水。亭子口水利枢纽水情中心在分析亭子口水利枢纽以上流域特性的基础上，根据实测水文资料，对流域暴雨、洪水实况、洪水预报方案进行了分析，制定了亭子口水利枢纽洪水预报方案，并根据预报方案及时、准确地进行了洪水预报。亭子口上游围堰2次洪水的水位预报误差仅为0.2, 0.21 m，为亭子口水利枢纽工程建设的安全度汛提供了有力的保障，也为下游地区的地方防汛工作起到了耳目和参谋作用。     

基于LSTM实时校正的WRF/WRF-Hydro耦合径流预报

为改进WRF/WRF-Hydro陆气耦合系统的径流预报效果,减小耦合系统在峰现时间、洪峰流量预报上的误差,本文在使用变分数据同化技术充分降低预报降雨误差水平的基础上,采用长短期记忆人工神经网络LSTM对WRF/WRF-Hydro耦合系统的径流预报过程开展了实时校正研究,并与自回归滑动平均模型ARMA实时校正结果进行对比。研究结果表明,通过数据同化技术可有效提升WRF模式降雨预报精度,降低WRF-Hydro模式的输入误差,但径流预报准确性仍有待提升。对比LSTM和ARMA两种实时校正模型对耦合径流预报结果的实时校正：在前3 h预见期,两种模型在中国北方半湿润、半干旱地区山区小流域6场典型洪水预报中的表现基本接近,除场次4外,LSTM和ARMA两种模型在3 h预见期的衰减速率分别为2.04~23.08和9.18~36.47,随着预见期的延长,LSTM径流预报精度的衰减速度在整体上慢于ARMA模型,预报效果优于ARMA模型。     

2010年“7.18”岷江暴雨洪水浅析及预报实践

2010年7月中旬,岷江流域发生了自2003年以来的最大洪水。通过对本次岷江流域洪水成因及洪水组合等因素的分析,认为岷江流域的强降雨过程是导致该次大洪水的直接原因,该次大洪水对长江上游年最大洪水影响较大,起了造峰作用。此外,还对此次洪水的预报实践进行了总结,认为要提高洪水预报的精度,除加强对流域的暴雨洪水特征的分析研究、增强对其成因及特性认识外,还应加强与流域内各大中型水电站调度的沟通与技术合作。     

基于预报调度规则的云峰水库特大洪水调度研究

针对当前极端天气频发的形势,对极端暴雨洪水进行准确预报、合理调度是水库调度管理不可回避的问题。以应对云峰水库流域特大暴雨洪水、提前建立预报及调度预案为目标,基于现有的预报方案及精度,将云峰水库防洪调度规则中引入累积净雨量判别指标,提前预报入库洪水,采取预泄手段提前腾空库容,消纳入库洪水,使整个泄洪的流量过程比较平缓,并对典型年及各频率设计洪水过程线的洪峰值与对应的累积净雨量进行了相关分析。研究表明:洪峰滞后于净雨量峰值约18 h,同时累积净雨量与洪峰流量呈较好的线性相关性;采用累积净雨量作为防洪调度的判别指标可以延长调度的预见期,并提高防洪与兴利互相结合的程度。研究成果为优化云峰水库特大洪水调度方案创造条件。