双线偏振雷达的水文预报领域的应用——实时水文预报系统的研制

根据１９８０－１９８７年巴家咀水库中水文站及雨量站的流量和降雨强度资料，建立了一个利用中国科学院兰州高原大气物理研究所平凉雷达站的偏振雷达实时遥测降雨的雷达回波资料进行实时水文预报的模式，当接收到以无线电方式传输来的雷达资料后，该中进行包括各子流域的降雨总量，径流，汇流及到达水库的流量、洪峰流量和时间等水文参量的预报，并在计算机临视器上显示，在打印机上打印并存盘，这一方法与普通水文预报方法相比具有     

雷达在水文预报应用中的研究进展

雷达可随时跟踪雨区范围、暴雨走向和降雨量的变化,而降雨是水文预报最重要的输入信息,对于水文预报、水库蓄放及江河流域水量的短时洪水预报都是很重要的。本文在介绍雷达测雨及国内外雷达测雨业务系统的基础上,重点总结了国内雷达测雨在水文预报中的研究进展,并提出了雷达在水文预报中的应用思路,探讨了雷达测雨在我国水文应用中的前景及其发展方向。数字化雷达测雨、地理信息系统以及数字高程图等系列新信息,将进一步推动新一代分布式降雨—径流模型的开发,并将极大地拓宽水文预报研究的思路和方法,从而提高预报精度。     

雷达在水文预报应用中的研究进展

雷达可随时跟踪雨区范围、暴雨走向和降雨量的变化,而降雨是水文预报最重要的输入信息,对于水文预报、水库蓄放及江河流域水量的短时洪水预报都是很重要的.本文在介绍雷达测雨及国内外雷达测雨业务系统的基础上,重点总结了国内雷达测雨在水文预报中的研究进展,并提出了雷达在水文预报中的应用思路,探讨了雷达测雨在我国水文应用中的前景及其发展方向.数字化雷达测雨、地理信息系统以及数字高程图等系列新信息,将进一步推动新一代分布式降雨-径流模型的开发,并将极大地拓宽水文预报研究的思路和方法,从而提高预报精度.     

秋季降水预报专家系统的研制

本系统选用丹江口水库流域内50个水文观测站降雨资料和常规天气图及部份单站资料,采用IMFOS程序制了水库流域秋季降雨短期预报专家系统.1 预报目标的确定和资料普查丹江口水库流域有春、夏、秋三个汛期的长、中、短期降雨预报,而秋汛期库区降水预报对水库调度更为重要.此次首先确定研制9-10月份降雨预报专家系统.具体技术规则如下:     

基于Micaps3.1的中小流域降水与水文精细化预报平台设计与开发

中小流域降水与水文精细化预报平台以Micaps3.1系统作为集成平台,充分利用现代气象业务中新资料、新技术、新方法获取的实况监测、雷达估算以及模式预报等多元降水产品,结合水文模型及水文实况,在同一平台上实现降水与水文的精细化预报和产品显示,方便用户对最终产品进行交互分析,提高预报准确率和决策服务水平。首先介绍了系统的工作流程及实现策略,并对系统相关功能进行展示;其次对关键技术和研究方法进行了重点描述,并对使用的模型进行验证;最后以漳河水库为例,对该平台开展的服务情况及效果来说明系统的可操作性和应用价值。该系统已在多省市气象局、水库、电站等部门正式推广应用。结果表明:该系统布局合理、移植性强、操作简单,具有应用价值和推广意义。     

定量降水预报与水文模型耦合的中小流域汛期洪水预报试验

预见期内的降水量直接影响着洪水预报的精度,预见期愈长,预见期内的降雨对预报值影响愈大,预见期内的降雨越来越被人们重视。本文以湖北省漳河水库流域为例,利用中尺度数值模式(AREM模式)的预报降雨信息,作为洪水预见期内的降雨,输入新安江模型,对流域2008年汛期典型洪水过程进行预报测试,结果表明考虑预见期内的降雨相对于未考虑预见期降雨对洪水预报结果提高具有明显的优势。研究表明中尺度暴雨模式预报技术在水文预报学的应用具有广阔的发展空间。     

沙澧河流域致洪预警系统设计与应用

沙澧河流域致洪预警系统基于中小河流致洪预警气象服务需求,以气象与水文相结合,应用地理信息(GIS)先进技术,利用气象常规数据、地面自动雨量站资料、数值模式、卫星雷达资料及水文雨量、水位数据等资料,运用动力学诊断和统计分析、多元线性回归方法、模式输出法、相似预报等方法,输出暴雨和水位增量预报模型。该系统通过C/C++语言编程,集气象水文信息显示分析、数据库、预报模型和用户界面于一体,建立了涵盖流域暴雨预报、水位增量监测预测、洪涝灾害预警服务等多功能的可视化业务技术平台。在本地基层台站首次将气象和水文两个学科结合,建立降水、水文和洪涝数据库;首次对沙澧河流域进行暴雨形势分型,并建立流域暴雨预报模型;首次建立沙澧河流域五大水库水位增量预报模型。自系统运行以来,成功对沙澧河流域出现的几次致洪暴雨进行了预警,服务效果明显。     

气象水文模型耦合在黄河三花间洪水预报中的应用

水文预报的有效预见期越长,预报精度越高,其对防洪减灾的价值就越大,而气象水文模型的耦合是延长水文预报有效预见期的一个重要研究方向。选取黄河流域三门峡水库以下、花园口水文站以上集水面积为研究区域,基于空间分辨率为90 m×90 m的数字高程模型数据构建数字流域水系,利用中尺度非静力模式MM5进行降雨预报和气温预报,并将之作为分布式时变增益水文模型降雨和蒸发计算的输入进行关键站点的水文预报,实现了分布式时变增益水文模型与大气中尺度非静力模式MM5的单向耦合及定量降水预报与洪水预报的结合,为花园口防汛工作提供了一定的参考价值。2012年与2010年的流量滚动预报结果相比,2012年预报结果的效率系数较大,径流深相对误差较小,说明2012年预报效果较好。对预报结果分析表明,实测的水情资料完整性直接影响预报结果,而滚动预报时间段的增加,水文预报的初始场对径流预报的影响逐渐减弱,水文预报的精确度逐渐提高,预报的效果变好。     

气象水文模型耦合研究及在西苕溪流域的模拟试验

为了提高洪水预报的精度,延长洪水预见期,利用WRF模式和HEC-HMS水文模型对太湖西苕溪流域2009年8月的一次典型暴雨洪水过程进行了降雨模拟和流量耦合预报,并与实测降雨和径流过程进行了对比分析。(1) WRF模式能够较好模拟出位于天目山的强降水中心,位置较实况略偏北;预报子流域面雨量时空分布与实况较一致,定量检验合格率达50%左右。(2) HEC-HMS模型对西苕溪流域日径流过程和场降雨洪水过程均有较好的模拟效果,模型参数验证和率定期间,确定性系数、洪峰流量相对误差和峰现时差等指标均小于业务预报许可误差。(3) 采用单向耦合法,将WRF模式(5 km网格)48 h预见期的滚动预报降雨场输入HEC-HMS水文模型进行流量滚动预报,耦合预报结果明显优于不考虑预见期内降雨的传统预报方法,在保证精度的前提下,有效延长了洪水预见期。      

雷达定量降水估算在水文模式汛期洪水预报中的应用试验

通过雷达测雨技术获得高时空分辨率的降雨信息,作为水文模型的输入,用以提高水文预报的精度。文章以湖北省白莲河流域为例,利用分组Z-I关系转化雷达反射率为雨强,运用地面雨量站网实测雨量对其进行校准,将不同方法估算得到的雨量结果输入新安江模型进行洪水预报测试,结果表明未校准雷达估算降雨量直接输入水文模型,其结果是不理想的;利用校准后的雷达估算降雨量进行洪水预报,精度得到了很大提高。     

雷达估测降雨水平分辨率对径流模拟的影响——以西苕溪流域为例

天气雷达估测降雨是径流模拟和洪水预报的重要信息之一。由于雷达网格降雨存在误差,且误差随着网格水平尺度的增大而减小,因此对于径流模拟,高分辨率的雷达降雨数据并不意味着径流模拟的精度更高。采用FSS(Fractions Skill Score)方法和HEC-HMS模型(Hydrologic Engineering Center's Hydrologic Modeling System)分析江苏省西苕溪流域雷达估测降雨水平分辨率对径流模拟的影响。在2010年和2011年夏季两场降雨实例中,雷达估测降雨在不同降雨阈值情况下,FSS达到目标精度值对应的最小有效水平尺度为2~8 km,分别以2、4、6、8 km水平分辨率的雷达估测降雨和雨量站测雨作为HEC-HMS模型输入进行径流模拟,结果表明:基于不同水平分辨率的雷达估测降雨的径流模拟结果与实测径流资料基本吻合,雷达估测降雨2、4、6、8 km水平分辨率的变化对径流模拟效果的影响不明显。      

汉江丹江口流域水文气象预报系统

汉江丹江口流域水文气象预报系统在GIS技术的支持下,以水文气象监测网、定量降水估算、定量降水预报、洪水预报技术为基础,通过雷达估算降水技术、中尺度数值模式预报技术获取高时空分辨率的降水信息输入水文模型来进行水文气象预报。以Web形式为基础的汉江丹江口流域水文气象预报系统平台在2010年7月以及2011年9月汉江丹江口两次洪水过程中及时、准确地显示了流域实况降水、预报降水,准确地预报了洪水入库过程。目前系统已成功移植到三峡区间、清江水布垭、淮河王家坝、漳河水库等流域开展汛期试验与服务,取得了较好的应用效果。     

WRF模式与Topmodel模型在洪水预报中的耦合预报试验研究

基于空间分辨率90 m×90 m的湖北荆门漳河水库数字高程模型（DEM）地形数据,并从2012-2015年选取了20场洪水过程（其中16场用于模拟,4场用于检验）,将华中区域数值天气预报业务模式WRF提供的三重嵌套空间分辨率3 km×3 km、9 km×9 km和27 km×27 km预报降雨与集总式新安江模型以及半分布式水文模型Topmodel耦合进行洪水预报试验。通过对比试验得到以下结论：当流域降雨的时、空分布比较均匀时,集总式新安江模型可以较准确地预报出洪峰流量和峰现时间,而当降雨时、空分布差异较大时,预报误差也会随之增大。基于DEM数据建立的Topmodel模型可以反映不同降雨时、空分布下洪水预报结果的差异,试验结果表明,3 km×3 km和9 km×9 km洪水预报的输出结果比较接近,且在确定性系数和洪峰相对误差上要优于27 km×27 km的洪水预报结果,而在峰现时差的预报上,则是27 km×27 km的洪水预报结果与实测较吻合。通过研究还发现,虽然当流域降雨的时、空分布存在一定差异时,3种空间分辨率的WRF预报降雨均无法预报出与实测一致的降雨分布,但是在某些情况下,当降雨的时间分布误差和空间分布误差相抵消时,仍然可以得到较为准确的洪水预报结果。因此,高时、空分辨率的模式预报降雨并不一定就能对洪水预报结果产生正贡献,需要通过反复尝试寻找水文模型和数值模式耦合的最佳时、空分辨率。     

雷达定量测量降水在佛子岭流域径流模拟中的应用

以位于合肥雷达西南100 km的佛子岭闭合流域 (1813 km2) 及该流域的6个子流域为研究区域, 用地面雨量计和雷达-雨量计联合校准两种方法进行流域面雨量计算, 将两种方法计算的面雨量分别作为TOPMODEL (TOPography based hydrological MODEL) 降水-径流模型的输入, 对模型输出结果进行比较。个例分析表明:雷达-雨量计联合测量降水的精度是否高于单独用地面雨量计计算的精度, 在一定程度上取决于用于校准的地面雨量计数目和代表性; 即使雨量计计算的整个流域面雨量与雷达-雨量计联合校准后的结果接近, 对应子流域面雨量的结果仍然会存在差别; 不同方法计算的某一子流域面雨量的差别越大, 则TOPMODEL水文模型输出的该子流域径流深的差别也越大。     

Early Flood Warning for Linyi Watershed by the GRAPES/XXT Model Using TIGGE Data

Early and effective flood warning is essential for reducing loss of life and economic damage.Three global ensemble weather prediction systems of the China Meteorological Administration (CMA),the Europe...     

基于QPE和QPF的遗传神经网络洪水预报试验

以湖北省清江上游水布垭控制流域为例,利用分组Z-I关系并结合地面雨量站资料对雷达估算降水进行校准,计算出流域实况平均面雨量;再利用遗传算法和神经网络相结合的方法建立订正AREM预报降水的模型;最后,将订正前后的AREM预报降水输入新安江水文模型进行洪水预报试验。结果表明：订正后AREM预报降水能明显提高过程的累计降水量预报精度,平均相对误差减小幅度在60%以上,对逐小时过程降水预报精度也有一定提高,但与实况相比仍有一定差距;订正前后AREM预报降水的洪水预报试验的确定性系数的场次平均从-32.6%提高到64.38%,洪峰相对误差从39%减小到25.04%,确定性系数的提高效果优于洪峰相对误差,整体上洪水预报精度有所提高。     

中小河流域暴雨洪涝灾害风险评估及效果检验

本文基于FloodArea水动力模型及WRF模式,运用气象资料、水文资料、地理信息资料、社会经济统计资料以及灾情调查资料等,以长江一级支流的秋浦河流域为研究区,开展中小河流域暴雨洪涝灾害风险评估及效果检验。结果表明:FloodArea模型对洪水的淹没范围、淹没水深以及淹没历时等具有较好的模拟效果,可用于中小河流域暴雨洪涝灾害风险评估与预警业务,并由此初步建立了包含模式降水预报→面雨量计算→洪涝淹没模拟→风险评估→预警发布→效果检验等环节的暴雨洪涝灾害风险评估及效果检验业务流程,实现从以往常规的强降水预报到暴雨洪涝灾害预报的业务延伸,可进行推广应用。