基于WRF的郑州市暴雨中心最大时降雨过程模拟分析

为探究WRF模式对郑州市暴雨中心雨量最大时降雨过程的模拟能力,选用该模式常用的5种微物理过程方案,模拟郑州市2011-2018年发生的14场短时暴雨,结合时空分布、雨型、雨峰和降雨集中度等降雨特征进行分析。结果表明：WRF模式可以模拟出对应场次的降雨,但雨区位置有所偏移;60%以上场次降雨过程时间偏差在180 min内;模式对累积雨量模拟较好,模拟的降雨过程与实际过程相关性较高,但对过程雨量的模拟有所欠缺;采用模糊识别法分析雨型发现,WRF模式对郑州市单峰雨型模拟较好,对均匀类雨型模拟较差;WRF模式对单峰类雨型模拟时,其雨峰偏差基本控制在±30%内;13场降雨模拟结果的降雨集中度与实测结果基本相同。WRF模式总体模拟结果较为理想,可为郑州市短时暴雨研究提供数值方法的支撑。     

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R_f为11.30%,能够准确反映洪峰量级,峰现时间提前2 h,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...     

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TOPSIS的长江上游流域降水模拟与预报研究

为研究长江上游流域高精度的短期降水模拟和预报,优选适宜于流域的WRF模式参数化方案组合,构建了模式中不同微物理过程、陆面过程和积云参数化方案组合,建立了包含平均绝对误差、布莱尔评分、TS评分和合格率多个指标的定量综合评价体系,提出了基于TOPSIS多属性决策的最优参数化方案优选方法,并在长江上游流域选取了4场典型强降雨过程进行模拟分析。研究结果表明:在长江上游流域采用微物理过程WSM3方案、陆面过程Noah方案、积云参数KF方案条件下,WRF模拟降水与实测降水的空间分布和降水量级更为相符。     

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。     

适合云南地区风功率预测的数值天气预报系统研究

为了探寻适合云南地区风功率预测的数值天气预报系统,利用 GFS 资料为中尺度模式 WRF提供初始场和边界条件,评估了不同模式分辨率、参数化方案对云南地区风速模拟结果的影响。结果表明: 对于云南地区,3 km 分辨率风速模拟效果总体上优于 9 km 分辨率; 不同参数化方案对于风速模拟效果影响较大,其中第 3 套参数化方案( 长波辐射方案选用 Earth Held － Suarez,短波辐射方案选用 RRTMG,陆面过程选用 Noah,积云对流方案选用 Kain － Fritsch,行星边界层方案选用 YSU) 为云南地区的最优化方案,其模拟结果与观测资料均方根误差最小( 区域平均均方根误差约为 1. 67 m / s,17 个观测站点平均均方根误差约为 3. 30 m / s) 。进一步结合功率预测模型分析表明,较优的分辨率 －参数化组合方案可以提升云南地区风电场功率预测合格率达 9. 68% ～ 38. 71% 。研究成果对提高云南地区风电场功率预测水平、制定合理消纳风电计划具有一定的指导意义。     

山洪预警WRF模式不同物理方案组合对比试验

为了获得致灾山洪降水预报的最佳物理方案组合,基于WRF模式,采用不同物理方案组合对长江流域历史山洪过程,进行了对比试验和检验。采用TS评分法,评估了不同试验方案对各量级降水的预报能力,综合得出了最佳物理过程。结果表明:微物理参数化采用WSM6,对流参数化采用Kfeta模拟的雨带范围和降水强度与实况吻合的最好,预报效果最稳定。证明了物理模式的合理选择对山洪预报结果影响较大。     

基于WRF的北京副中心强降水模拟

以北京副中心北运河生态带、城北、河西和两河片区为研究区,选取典型强降水过程,基于新一代中尺度天气研究和预报模式（weather research and forecasting model,WRF）,通过对物理参数化方案的优选,构建适用于北京副中心的数值天气模型。通过区域大气模式可以实现定量降水模拟与预报,为缺乏降水资料地区的相关研究提供数据支撑。研究结果表明：不同参数化方案的模拟结果差异较大,积云参数化方案对研究区强降水模拟效果的影响最大;当云微物理过程取WRF Single-Moment 5-class方案,积云对流过程取Grell-Freitas方案,行星边界层过程取Yonsei University方案,长、短波辐射过程取newer version of the Rapid Radiative Transfer Model方案,表层取Revised MM5 Monin-Obukhov方案,陆地表面取Noah land surface model方案,城市表面取Urban canopy model方案时,模拟结果最优。     

WRF模式在大渡河流域的定量降雨预报试验

为了更好地满足大渡河流域水库预报调度需要,利用中尺度WRF模式在大渡河流域进行了高分辨率的定量降雨预报试验,并对预报结果进行评定。结果表明,WRF模式对大渡河流域的降雨空间分布有较好的预测能力,能预测出流域发生的明显降雨过程,对流域降雨过程的主要雨带和强度有较好的预报效果,在降雨的空间分布上与实况基本吻合。但WRF模式对中雨及以上强度的降雨存在较大的空报率,还有待继续针对大渡河流域开展模式参数化方案优化和资料同化试验。     

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。     

MM5模型及其面向长江流域降雨预报应用试验

基于对MM5数值天气模型(一种中小尺度高分辨率数值天气预报模型)的介绍,阐述了MM5模型面向长江流域实现定量降雨预报的应用设计,其中,重点阐述MM5模式的初始资料、后处理、MM5主模块的物理参数方案选择以及整个系统运行计算机环境、性能等,对MM5的一次降雨预报个例进行定性检验,初步提出MM5模式面向长江流域应用存在的不足等。进一步探讨并改进MM5模型的降雨预报效果,对实现水文气象模型耦合等方面提供一种重要手段,具有较大的科研和应用参考价值。     

基于WRF模式的大渡河流域径流预报模型

针对大渡河流域地形复杂,高差悬殊,气候垂直差异大等特点,构建基于四层嵌套网格的大渡河流域WRF模型:采用四维变分(4DVar)和集合卡曼滤波(EnKF)混合同化技术降低初始场误差,根据统计最优组合方法确定年内不同时期WRF模式参数方案集.将WRF输出作为预见期内新安江模型的输入,构建大渡河流域WRF-新安江来水预报模型...     

汉江“83·10”致洪暴雨重预报研究

受气象监测及预报能力限制,1983年10月3~6日汉江流域的致洪暴雨过程,普遍未能准确预报,从而对丹江口水库防洪调度形成了很大压力。通过比较2015年和1983年气象监测水平、降雨预报水平,利用中尺度数值模式WRF和区域气候模式Reg CM4分别对"83·10"暴雨过程以及1983年以来与"83·10"相似量级来水天气过程进行模拟,在当前技术条件下,重现"83·10"暴雨预报过程,并研究预报效果。研究表明:2015年气象监测预测水平较1983年有本质提高,中尺度数值模式能够提前3 d预测出该过程,区域气候模式能提前一个月预测出1983年10月上旬降雨集中;在当前技术条件下,充分运用现有各种观测资料,综合应用多种数值预报模式,可使汉江上游大范围强降雨过程基本不会漏报。     

青狮潭水库降水集合预报模式构建及应用

数值降水集合预报能够降低因单值预报带来的不确定性,是国内外关注的热点。但当前研究多将集合样本预报技巧等同对待,采用集合算数平均得到最终预报结论,这种集合预报方式较为粗放,难以有效区分不同集合样本的差异。针对该问题,本文选择位于广西暴雨中心的青狮潭水库为研究区,构建了基于ETS评分的综合定量评价模型,通过WRF模式21组参数化方案敏感性分析,以及样本数量与集合预报技巧的定量分析,依据ETS评价结果实现了青狮潭水库降水集合预报方案的构建。经验证,本文构建的集合预报方案较集合算数平均预报技巧更高,表现更加稳定。     

气象水文模型耦合研究及其在渭河流域的应用

在由工程和非工程措施构成的流域防洪减灾体系中,水文预报占据十分重要的地位。为了延长水文预报的有效预见期,同时保证水文预报的精度,需要对整个水循环过程进行综合模拟研究,因此大气模式和水文模型的耦合研究成为关键。论文分别建立并验证了数值天气预报模式WRF和分布式水文模型WEP,采用单向耦合的方式,构建了渭河流域陆气耦合模拟平台,在此基础上对渭河流域2000年9月下旬至10月下旬的降雨和径流过程进行耦合模拟,并与实测降雨及径流日过程进行了对比分析,取得了较好的效果。     

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。     

基于时效匹配法的融合降雨临近预报研究

基于天气雷达外推的降雨临近预报其有效预报期通常不超过3h,而数值天气预报的预热问题"Spin-up"往往导致短期内的预报能力较差.鉴于此,本研究通过"取长补短"设计了一种依据临界成功率指标(CSI)和均方根误差(RMSE)的时效匹配方法,对两者的降雨预报进行融合,并选取了位于大清河水系的阜平、紫荆关流域的4场时空分布均...     

MM5模式及其在长江流域降雨预报业务中的应用

主要针对长江流域防汛降雨预报业务的需要，基于一种中小尺度高分辨率数值预报模型MM5的介绍，阐述了该天气模型面向长江流域，开展数值天气预报业务的计算机环境、性能、模式前后分析处理及模式的主要物理参数等方案设计和考虑，其中，主要介绍了利用MM5实现业务试运行的全部过程、试验预报的初步检验情况，并初步提出该系统面向长江流域试运行期间所存在的不足及建议。MM5数值预报模型在长江流域防汛降雨预报业务中的成功实现及应用，对流域其它防汛和水文部门开展定量降雨预报、实现水文气象模型的耦合应用等具有较大的借鉴和参考价值：     

区域气候模式RegCM3 初始和侧边界条件的敏感性分析

不同初始和侧边界条件的选取对区域气候模式的模拟结果有着直接影响。本文分别采用NNRP1和ERA40两套应用广泛的全球再分析资料作为区域气候模式RegCM3的初始场和侧边值,采用20km水平分辨率和An thes-Kuo积云对流参数化方案对海河流域1998年夏季(6—8月)降雨和温度进行了模拟。结果表明:两套资料驱动下模式都能够模拟出海河流域降雨和温度的大尺度空间分布特征。从降雨中心、高(低)温中心位置和分布范围上,使用ERA40资料要好于NNRP1资料;从不同时间(日、月、季)尺度站点降雨和温度模拟与观测值上,ERA40资料也好于NNRP1资料,但两套资料驱动下对降水极值过程模拟效果均不理想。就本次模拟而言,ERA40再分析资料的可信度更高,更适合海河流域气候变化的数值模拟研究。     

三峡特大流域洪水预报方案运用与分析

三峡工程流域地质特征复杂,暴雨中心多,洪水组成类型多种多样,采用单一模型难以适应各种不同情况的来水预报,需要多模型、多方案的组合预报互为补充。基于572个遥测站点,制作了三峡工程以上覆盖面积约39万km2的流域洪水预报方案。通过2008年汛期7场洪水的检验,证明方案可行、满足需要。洪水预报实践经验表明：多模型多方案组合预报、半分布式模型选用和通过相关关系确定各单元河网汇流参数以及流域分级预报、逐级检验是大型、特大型流域预报方案成功制作的关键;同时未来降雨接入、实时校正是提高实时预报精度、增长预见期的有效手段。