破解海河流域洪水监测预报难题的措施

海河流域监测预报能力不足,文章通过梳理海河流域洪水监测预报现状及其与监测预报需求的差距,分析差距形成的主要原因,提出提升水文参量"面"监测能力、实施洪水在线监测、加强产汇流机理研究、推进精细化模型及预报调度一体化建设、应用短临降水预报、开展实时校正,推动大数据智能化分析应用等一系列措施以全方位提升监测预报能力,为破解海河流域洪水监测预报难题提供思路。     

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。     

三峡水库区间定量降水预报不确定性初探

在过去研究的基础上,对三峡水库区间流域随机降水模型与区间流域洪水预报模型耦合得到的模拟流量序列进一步研究,分析定量降水预报误差对水文预报结果的影响,得到区间流域定量降水预报不确定性的解析解;介绍了定量降水预报不确定性处理器(PUP),并且与区间流域随机降水模型进行比较分析.结果表明,两个模型的精度均高于确定性预报结果,且随机降水模型的精度要高于PUP.     

陆气耦合洪水预报技术应用研究

以大清河系阜平水文站以上流域为研究对象,采用中尺度数值大气模式,利用三维变分数据同化技术,以降雨数值预报信息为输入,建立耦合分布式河北雨洪模型,构建了陆气耦合实时洪水预报系统。该模型提高了降雨数值预报成果的精准度,在保证洪水预报成果精度的前提下,有效延长了洪水预报的预见期。该成果将为主动应对洪水、降低洪灾损失等提供科学技术支撑,在我国中小水利流域具有推广应用价值。     

基于数值预报模式的柘溪水库流域径流预报系统

水库的优化调度运行需要依赖预报准确率高、预见期长的径流预报结果。现有的柘溪水库流域径流预报系统由于未考虑水库流域未来时段的降水过程,径流预报的预见期和准确率无法满足汛期优化调度的要求。为此,在分析柘溪水库流域的水文和气候特征基础上,提出了数值预报模式和水文模型的耦合预报框架,设计了基于数值预报模式的柘溪水库流域径流预报系统架构,阐述了系统的主要功能与逻辑结构。通过系统的应用,可为提高汛期洪水的利用率、减少弃水、提高发电和防洪效益提供重要决策支撑。     

三峡水库区间流域定量降水预报不确定性初探

在文献[10]的基础上，对三峡水库区问流域随机降水模型与区间流域洪水预报模型耦舍得到的模拟流量序列进一步研究，分析定量降水预报误差对水文预报结果的影响，得到区间流域定量降水预报不确定性的解析解；介绍了定量降水预报不确定性处理器（PUP），并且与区间流域随机降水模型进行比较分析，结果表明，两个模型的精度均高于确定性预报结果，且随机降水模型的精度要高于PUP.     

基于数值天气预报模式的流域中期径流预报

研究耦合天气预报模式的径流预报对提高预报预见期及流域防洪减灾具有重要意义。以金溪池潭水库流域为例,通过尺度转换和气象要素联结实现GEM和GFS两种数值天气模式与新安江模型的单向耦合,进行流域水文模拟以及中期径流预报。日径流过程和次洪过程模拟结果发现耦合数值天气预报模式的流域中期径流预报能够较好地预估一段时间内的径流总量,而对洪峰以及洪水过程预报能力稍有不足。预报误差来源有水文模型误差和降水预报误差两种,且降水预报的误差在水文模型中会有放大的效应,这增加了中期径流预报的不确定性。     

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。     

基于多项式回归模型的枯季径流预报与分析

冶河流域径流的补给来源主要是大气降水,径流和降水主要集中在5月-10月.由于受地质环境条件、流域下垫面因素作用,汛期径流与枯季径流存在良好的相关关系.枯季径流预报采用汛期径流量与枯季径流量建立多项式回归模型,通过对不同阶数的多项式进行对比分析,三阶多项式曲线拟合程度较好.采用符号检验和偏离数值检验法对该曲线进行检验,曲线拟合效果显著.并对枯季径流预报结果进行评价,按照枯季径流预报规范的要求,预报合格率达89.3%.该流域枯季径流,是沿河工业用水、灌溉用水的主要来源,分析和预报冶河枯季径流来水情况,为制定工农业用水方案提供科学依据.     

海河流域水文监测预报发展及能力提升对策

回顾了"96·8"洪水以来海河流域水文监测预报发展变化,深入分析了海河流域在大洪水及极端降雨情况下提升监测预报精度和延长预见期面临的短板与瓶颈,提出开展洪水在线监测能力建设、加强流域产汇流机理研究、全面推进精细化模型及预报调度一体化建设、大力推广水文气象结合应用、深入开展"以测补报"、推动水文智能感知与智慧分析应用等一系列对策措施,全方位补齐监测预报"短板",推动流域监测预报能力全面提升。     

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。     

海河流域洪水预报的现状及其对策

洪水预报是防洪决策的重要环节之一,亦是非工程防洪措施最重要的一个方面。本文就海河流域洪水预报中存在的几个问题进行分析,以期在防洪工程“全面恢复,重点提高”的基础上,尽快提高海河流域的洪水预报能力,达到保安全,多蓄水的目的。1　基本情况海河流域的气候特点是春旱、秋     

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。     

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。     

滨江流域GPS降水预报系统的研究与实现

 利用试验区建立的GPS水汽监测网获得的近乎实时的水汽数据,采用模块开发和系统集成方式,研制了流域GPS降水预报系统。介绍了系统的体系结构、主要功能、运行情况及开发的关键技术。叙述了流域降水预报的各种预报方法,并建立了基于遗传算法的降水预报神经网络模型(GA-BP网络模型)。结果表明,GPS水汽可为降水预报提高精度;GA-BP网络是一种精度较高的降水预报模型,可提高预测精度,增长有效预见期。该系统能根据流域GPS观测数据、高空数据、卫星云图,数值产品等数据,实现不同数据源的信息处理和不同时效的降水预报制作,为洪水预警预报和防洪决策服务。     

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、     

基于ARIMA和EEMD的东江流域季节降水预报研究

东江流域水资源对保障广东省社会、经济发展具有十分重要的作用。季节降水预报是科学进行水资源管理的基础,运用2种不同方法(单纯ARIMA方法、耦合EEMD-ARIMA方法),对东江流域不同季节的降水预报进行了建模与检验,结果表明耦合EEMD-ARIMA方法比单纯ARIMA预报精度高。研究成果可为东江流域制定合理的水资源管理计划提供科学依据和技术支撑。     

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。     

基于集合预报的淮河流域洪水预报研究

建立基于集合预报的淮河具有行蓄洪区流域洪水预报及早期预警模型。在洪水预报中引入数值天气预报以延长洪水预报的预见期。集合预报采用多模式和多分析集合预报技术,考虑初始场的不确定性和模式的不确定性,避免“单一”确定性数值天气预报结果易存在的预报误区。THORPEX 项目支撑的THORPEXInteractiveGrand GlobalEnsemble（TIGGE ）集合预报目的是建立全球交互式预报系统。本文以淮河流域为试验流域,以TIGGE 集合预报（加拿大气象中心（简称CMC,集合成员数为15个）、 欧洲中期天气预报中心（简称ECMWF,集合成员数为51个）、 英国气象局（简称UKMO ,集合成员数为24个）、 美国国家环境预测中心（简称NCEP,集合成员数为15个））驱动构建的水文与水力学相结合的具有行蓄洪区流域洪水预报模型以达延长洪水预报的预见期,新安江模型用于降雨径流计算、一维水动力学模型用于河道洪水演算,实现洪水预报及早期预警。为了进行比较,同时采用地面雨量计观测降水驱动构建的洪水预报模型,对2007和2008年淮河汛期洪水进行检验。结果表明,基于TIGGE 集合预报驱动的洪水预报预见期延长了72~120h ,证明了TIGGE 集合预报可以应用于洪水预报及早期预警。