TIGGE多模式降水预报产品检验与集成研究

数值预报产品的检验与集成是使用和发展数值预报的重要环节。以TIGGE数据中心的NCEP、ECMWF、JMA和KMA等4种模式控制预报产品为基础资料,选取福建池潭水库流域为研究对象,从降水分级预报、降水量级和过程预报等方面对数值预报产品进行了综合评估,同时采用回归集成、TS集成和Nash系数集成等3种方法对多模式产品开展了降水集成预报,在此基础上,探讨了不同集成方法对最终降水预报效果的影响。结果表明,4种产品对无雨和小雨的预报效果均较好,在不同量级降水预报中,JMA模式更适合于25 mm以下量级的降水预报,而ECMWF对25 mm以上量级的降水预报效果较好。对于日降水量预报,NCEP模式的预报效果较差,而ECMWF模式的预报相对更准确。对于降水过程预报,KMA的预测性能则明显差于其他3个模型。集成预报对降低预报误差并提高降水过程预报有较好的效果,其中针对不同量级分类加权的TS集成方法预报效果最优,且提升了高量级降水预测效果。     

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、     

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。     

基于ECMWF和WRF的嘉陵江流域面雨量预报精度评估

将降雨数值预报产品运用到水文预报中已经逐渐成为提高洪水作业预报的预见期的重要手段。为充分了解ECMWF(European Centre for Medium Range Weather Forecasts)和WRF(Weather Research and Forecasting model)2种数值天气预报产品对嘉陵江研究区面雨量预报的预报精度和误差分布,且为增强洪水预报精度的稳健性提供科学支持,采用TS评分、空报率、漏报率、正确率等指标,对嘉陵江地区7个气象分区内的2016年汛期面雨量预报结果进行了检验,分析了不同分区内各检验指标与预报时效的关系。结果表明:ECMWF数值预报产品和WRF数值预报产品均可用于该地区晴雨预报,且2种产品的预报精度随降水等级的增大呈增大趋势,随预报时效的增加呈减小趋势。综合而言,ECMWF数值预报产品对嘉陵江研究区的预报效果更好。     

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。     

基于TIGGE多模式的6 h降雨预报精度对比分析

降雨数值预报是预防极端天气导致灾害事件的重要手段,其预报精度是预报产品是否被采用的依据。以跋山水库流域为研究对象,选取了TIGGE系统中的ECMWF、NCEP、CMA、JMA、UKMO共5个预报模式的控制预报与集合预报,分别从降雨分级预报检验和降雨量预报检验两个角度,利用Brier评分和Talagrand分布图,分析了2007—2019年5—9月控制预报和集合预报降雨数据的精度。结果表明:(1)就降雨分级预报而言,对于无雨、小雨和中雨量级,5个预报模式控制预报和集合平均预报效果相差不大;对于大雨量级,JMA和NCEP的控制预报效果最佳,JMA和UKMO的集合平均预报效果最佳;对于暴雨及以上量级,NCEP的控制预报和集合平均预报均效果最佳;(2)针对降雨量预报,UKMO控制预报和集合平均预报效果最佳;(3)无雨等级的Brier评分最高,且Brier评分随着降雨等级的提升而降低,表明大量级降雨时Brier评分较好;CMA的评分在无雨、小雨、中雨、大雨4个等级表现最好;(4)5个模式Talagrand分布形态均呈粗略的“U”字型,表明5个预报模式集合成员的分散不够。综合来看,UKMO和NCEP的预报效果最佳。据此研究可选出高精度的降雨预报产品。     

桃林口水库灾害性天气预警系统的功能与特点

桃林口水库灾害性天气预警系统利用第五代区域（MM5）中尺度数值模式,以美国NCEP的GFS全球预报资料为背景场,提供预报时间段为0～48h的天气形势及多种物理量的精细预报,通过GIS技术及雨量分析算法,精确的计算各个降雨过程产生的面雨量和水量,可以计算出流域、整个地区及各个分区的降雨信息。还可以利用数值预报系统或国家气象部门的雨量预报数据计算未来24～48h各区域的面雨量和水量。在雷暴、降水、大风、大雾等重要天气预报中发挥作用。     

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TIGGE数据的中期降水预报在江苏省的应用效果评估

预见期长达14d的中期降水预报对于旱涝预测与水资源调度管理等具有重要意义,全球多模式集合预报(TIGGE)资料为区域中期降水预报提供了新基础。基于2008-2013年江苏省实测降水数据,采用TS、BS评分、平均偏差和均方根误差等评估指标,重点评估了CMA、CMC、ECMWF、JMA和NCEP这五个TIGGE代表模式在江苏省的中期预报效果。结果表明:整个预见期内各模式对于中小雨的预报评分都较高,小雨的TS评分值最高多在0.5左右,中雨以上等级降水存在较明显的漏报。预见期长达15d的日累积降水量预报只存在3d的衰减期,之后各项误差指标值能维持稳定,3d以上预见期的误差主要为预报值偏大。同时,5d以上累积降水量预报也较实际偏大,且冬季预报效果最好夏季最差,苏北地区好于苏南地区。就各代表模式而言,ECMWF与JMA模式分别在降水分级预报和日累积降水量预报中表现最好。     

MM5在黄河流域降水和气温预报中的应用

基于NCEP再分析资料,利用中尺度数值预报模式MM5开展了黄河流域降水和气温预报工作,对其在2011年渭河流域典型降水过程及2011年宁蒙河段和黄河下游的气温预报效果进行分析检验。结果表明:MM5对渭河流域雨区分布、强度及强降水中心位置和量级的预报与实况比较吻合,模式能够正确反映渭河流域汛期降水的空间分布特征;对于气温预报,随着预报时效的延长,误差增大,但平均误差范围均在允许的误差范围内,尤其是对内蒙古河段凌情预报的关键站点-包头站,预报效果最佳。     

基于气象模式的汉江流域洪水预报系统

针对现行洪水预报方法的不足与汉江流域的特点,建立了汉江流域MM5气象预报模式和VIC分布式水文模型,耦合集成3种预报模式并开发了基于气象模式的汉江流域洪水预报系统。应用2005~2007年汛期日水文气象资料进行验证,结果表明所建VIC分布式水文模型具有较高的模拟与预报精度。基于气象模式的汉江流域洪水预报系统可为汉江流域的中长期水文预报和水资源综合管理提供技术支撑和决策参考。     

EC模式对北盘江流域降水的预报能力检验

为检验EC模式在北盘江流域降水的预报情况,针对北盘江流域一次极端降水过程,检验不同起报时次的预报效果,以及2020年汛期整体预报效果。结果如下:(1)对于极端降水过程的500 hPa环流场的预报、降雨的落区预报,EC雨量预报和实况的相关系数,以及暴雨的TS评分,都是随着预报时效的缩短,预报效果越理想。对于过程最大雨量的预报调整最为明显,且调整后与实况更为接近,对大暴雨也有一定的预报能力。(2)2020年汛期整体预报效果,无雨、小雨和中雨的预报效果优于大雨和暴雨,EC数值模式对于大暴雨基本没有预报能力。(3)不同流域的暴雨预报能力并不相同,董箐流域的暴雨预报效果优于其余流域。得出以下结论:EC模式在整个北盘江流域的预报和实况的相关系数在0.9左右,预报的标准差和实况的标准差之比为0.77,说明对于降水变化的趋势EC模式有较好的预测能力,但是在落区和量级上有一定的偏差,需要进行一定的订正后使用。     

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。     

基于区域气候模式RegCM4的长江流域降水预报效果分析

为更好地开展长江流域气候预测业务工作,进一步提高气候模式预测水平,采用距平符号一致率、空间距平相关系数、均方根误差及趋势检验等评分方法对区域气候模式RegCM4在长江流域的预报效果进行检验。评估检验区域气候模式RegCM4对长江流域2016年主汛期6～8月、秋汛期9～10月及2017年主汛期6～8月的降水预报效果。结果表明:主汛期6～8月,clm 3. 5陆面方案的预报效果最好,clm 4. 5的陆面方案预报效果次之,但均明显优于bat陆面方案的预报效果。bat陆面方案对长江中游的预报效果较好。clm 3. 5及clm 4. 5陆面方案对长江上中游、汉江的预报效果较好。按预报起始时间来看,中、下旬的预报效果优于上旬的预报效果。秋汛期9～10月,对长江上游的预报,bat陆面方案的预报效果要优于clm 3. 5及clm 4. 5陆面方案;对汉江流域的预报,这3种陆面方案的效果均较差。     

长江流域分区面雨量特征分析

面雨量达到中雨以上级别的降雨对防汛至关重要。采用1960～2017年期间长江流域气象和水文站降雨量资料进行逐日分区面雨量计算,对面雨量达到中雨、大雨、暴雨、大暴雨量级的降雨进行分类和统计分析。通过分析不同雨量级别降雨发生的时间、空间分布特征和发生频次,探索长江流域各分区不同面雨量特点和规律。研究结果表明:(1)长江中下游东南部全年都出现暴雨,而雅砻江全年没有暴雨量级的降雨;(2)长江上游降水在时间上较中下游更为集中;(3)鄱阳湖水系中雨、大雨、暴雨频次最高;(4)嘉陵江、渠江、三峡区间、汉江上游秋汛期9月降雨具有高强度的特点,乌江、三峡区间10月降雨更多是绵绵秋雨;(5)长江上游面雨量最大值依次出现在三峡区间、涪江、渠江,中下游依次为滁河、陆水、青弋水阳江。研究成果可为长江流域水旱灾害防御、水库群联合调度及水资源综合利用等决策提供科学依据。     

基于大气环流和海温场的降水组合预报模型

针对降水具有混沌性和随机性,准确进行长期降水预报难度高的问题,提出时变海温多极指数和因子预报意见指数,基于大气环流和海温场构建长期降水组合预报模型,以三峡水库流域为例进行了验证。结果表明：组合预报模型在三峡水库流域1961—2020年汛期的月降水预报中有较好的适用性,特别在6月和9月降水预报上表现优异;与多因子回归、随机森林数理统计模型和CFSv2、ECMWF system 4动力数值模型相比,该模型更为稳健、预报精度提高显著。     

ADAS-WRF中尺度数值降水预报在海河流域洪水预报中的应用及分析

随着数值预报技术的飞速发展,特别是数据同化技术的应用,中尺度数值降水预报精度得到进一步提高.对目前在海河流域洪水预报中应用的ADAS-WRF中尺度数值降水预报技术进行了介绍,对中国气象局、日本、天津3家数值降水预报产品进行了对比分析,得出基于ADAS-WRF中尺度数值预报模式的定量降水预报能够较好地模拟出海河流域降水的分布及量级的结论.     

基于机器学习模型的短期降雨多模式集成预报

短期降雨预报对洪水预报和水库调度极为重要,提高短期降雨预报精度有着重要的意义。以TIGGE资料中心的ECMWF、CMA及NCEP三个集合预报中心发布的桓仁水库流域预报降雨数据为基础,利用ANN、ELM以及SVM模型对桓仁水库流域未来1～3d降雨进行多模式集成预报,以期提高预报精度,并从绝对平均误差、均方根误差、相对误差、纳什系数、预报准确率等多个方面分析了集成预报的效果。试验结果表明,基于SVM和ELM的多模式集成预报模型预报效果均优于单一模式,基于ANN的集成预报模型在输入因子选择合适的情况下,其预报效果也优于单一模式,三种模型中,SVM模型对降雨预报精度改善最为明显。说明基于机器学习模型的多模式降雨集成预报方法可行且能够提高短期预报降雨精度。     

基于分区产汇流的红水河中下游梯级水电在线流量预报技术研究

针对红水河中下游梯级水电流域产汇流特性,结合该梯级在广西电网中的主力调峰调频运行模式,利用电网气象分区面雨量监测预报信息开展梯级区间径流预报,与梯级电站出库流量叠加汇流,得出梯级各断面短临入库流量,为短临调整梯级水电经济运行提供依据。介绍了红水河中下游梯级水电在线流量预报总体思路、预报流程以及技术参数配置,对梯级区间产汇流进行了技术分析,并对自动实现在线流量预报系统功能模块设计进行了阐述。     

太湖流域汛期面雨量多模式预报检验评估

基于太湖流域报汛雨量,根据中国国家气象中心T639等4种数值模式预报资料,以2016年汛期(5~9月)为例,评估太湖流域面雨量预报效果。结果表明,各模式预报效果均表现出随降水等级(小雨、中雨、大雨、暴雨)增大而下降的趋势;各模式对小雨、中雨的预报均存在预报范围和等级偏大的现象,而对大雨和暴雨的预报则存在预报范围和等级偏小的现象。欧洲模式对无降水有一定的指示意义,而日本、上海模式对降水有一定的指示意义。中央、欧洲模式对强降水预报技巧较高,而日本、欧洲模式对典型弱降水具有较高的参考价值。