流域面雨量的一种估算方法—网格插值法

针对近年来渭河防汛的严峻形势,为搞好防汛气象服务,采用面雨量的3种估算方法,对2003年渭河大洪灾中4次洪峰时期渭河流域面雨量的实际估算和对比分析,结果表明网格插值法的估算精度优于等值线法和算术平均法,运用网格插值法估算渭河流域面雨量是可行的。     

渭河流域2次洪灾期间体积降水量分析

针对2003年8—10月和2005年9—10月期间渭河流域洪涝灾害,提出了过程体积降水量的概念及其计算方法,在计算出洛河、泾河、渭河流域上游、渭河流域下游及渭河流域总体积降水量的基础上,将体积降水量与临潼、华县水文站的水位和流量进行了对比分析。结果表明:水位对体积降水量有较好的即时响应,流量对体积降水量有较好的延迟响应。

     

我国面雨量研究及业务应用进展

面雨量是防汛部门在洪水预报与水库调度中一个非常重要的参数,是洪水预报中最重要的预报对象。介绍了国内外水文气象学者在面雨量的插值与估算方法和面雨量预报方法方面的研究及业务实践进展,为各地结合自身流域特点,开展面雨量预报业务及研究提供参考。     

面雨量在天气预报中的应用

面雨量的和预报,适合防汛、抗洪需要,并可能成为我国气象和水文两大学科相结合的纽带。提出了计算面雨量的三角形法,不仅有其明显优点,且易于实现业务自动化;进一步探讨了面雨量在预报和服务中的应用以及面雨级的划分和预报。     

沿海丘陵地区面雨量估算插值方法试验比较

本文以温州地区为代表，对各种插值方法进行试验得出华东沿海丘陵地区最优的面雨量估算插值方法。根据影响的天气系统，将温州地区的降水性质分为冷空气、倒槽、西南低涡、静止锋、台风、副高边缘对流等典型降水类型。通过对近10a历史天气图和温州地区90个雨量观测站日降水量资料分析，选定该地区的各类天气过程的典型代表过程，再以各个过程中最具代表性的日降水作为试验资料。以目前研究应用得最多的反距离法、克里格法、样条插值法对各日降水在不同站密度等级条件下分别插值。根据制定的评价标准分析各插值方法对面雨量估算的适用性，从而系统、客观地得出华东沿海丘陵地区面雨量估算的最优插值方法及其对测站密度的要求。     

基于雷达资料的上海地区暴雨面雨量计算及应用

根据上海地区小时雷达资料的定量降水估测(quantitative precipitation estimation,QPE)网格产品和经过质量控制的自动站雨量资料进行暴雨面雨量计算方法研究,计算方法为:将暴雨区内自动站周围9个网格点的QPE平均值作为自动站的雷达估测雨量,计算各测站雨量与雷达估测雨量的差值,用克里金插值方法将差值场插值到雷达降水估算产品相同的网格点上,再将网格点上残差插值数据加上网格点上雷达估测雨量,得到各网格点用自动站订正后的雷达估测小时雨量资料。文中24个典型暴雨各测站订正后QPE与实测雨量的平均绝对误差比订正前减小了27%;两个典型暴雨主要降水阶段经国家气象站资料订正后QPE与实测雨量的平均误差比订正前减小了33%～39%,暴雨过程总雨量经国家气象站资料订正后减小了34%～59%。根据以上方法得到的网格点雨量计算和绘制上海地区2007—2015年24个典型暴雨降水区域的小时面雨量值和图、过程面雨量值和图、行政区和水利片面雨量值和图。最后基于.NET Framework 4.0基础架构软件开发平台,使用Microsoft Visual Studio 2012和Microsoft Visual Studio软件开发工具制作"基于雷达资料暴雨面雨量自动化计算查询系统",供业务科研人员实时查询和计算。     

基于ECMWF集合预报的淮河流域面雨量预报性能评估

对面雨量预报进行性能评估可以更好地发挥降水预报在流域防汛抗旱调度中的决策支持作用。分别利用CMORPH融合降水产品与地面降水观测资料估算2008—2017年淮河流域15个子单元逐日面雨量;利用2013—2017年ECMWF集合预报降水产品,采用正确率、TS评分、空报率、漏报率、CPRS、RCRPS、CRPSS等指标,对淮河流域面雨量预报性能进行评估。结果表明:CMORPH融合降水产品与地面降水观测资料的面雨量估算结果之间存在显著的线性相关,CMORPH融合降水产品可用于淮河流域面雨量估算; ECMWF确定性预报的晴雨预报正确率随着预报时效延长呈下降趋势,平原地区各等级面雨量TS评分高于山区,大暴雨以下量级降水预报量级有不同程度偏大现象;各累积时段集合预报性能基本上随着预报时效延长逐渐降低,0～96 h集合预报相对于气候均值预报的优势更为明显;汛期山区集合预报性能整体优于平原地区,非汛期反之。     

水文气象预报研究述评

简述了水文预报及水文模型、面雨量的计算及应用和水文气象耦合预报方面的研究工作。数值天气预报模式与流域水文模型的耦合,既可提高短、中、长期水文预报预警预见期,又为数值预报模式提供较为科学的陆面过程方案,改善数值天气预报模式预报性能,这种耦合研究,成为了水文气象预报研究的重点方向。

     

基于Internet在MICAPS 2.0平台上的流域降水分布图的制作

以MICAPS2.0(试用版)为平台,建立了渭河、泾河流域河流数据文件,制作了陕西省内黄河、渭河流域24 h及6 h"流域雨量分布图",并在"渭南气象减灾网"上发布,投入业务运行后,产生了良好的社会影响和效益.     

流域面雨量估算技术综述

面雨量是水文气象中一个重要参量。面雨量的估算直接关系到洪水预报精度和洪水调度决策的科学性。由于降水空间分布的复杂性,如何准确估算流域面雨量一直是个科学难题。传统方法根据常规降水观测,应用空间分析技术来估算面雨量。随着非常规观测技术的发展,以雷达、卫星估测降水资料为主并结合自动气象站降水观测资料,通过资料融合来进行估算已成为流域面雨量估算技术的发展趋势。而以GIS为平台,实现数据分析和显示一体化管理则代表了面雨量业务系统的发展方向。通过水文模拟与水文观测的比较,可以对面雨量估算结果进行间接检验。     

基于Internet在MICAPS2.0平台上的流域降水分布图的制作

以MICAPS2.0（试用版）为平台，建立了渭河、泾河流域河流数据件，制作了陕西省内黄河、渭河流域24h及6h“流域雨量分布图”，并在“渭南气象减灾网”上发布，投入业务运行后，产生了良好的社会影响和效益。     

MODIS资料在2003渭河洪涝灾害动态监测中的应用

本文通过对MODIS资料中植被、水体、土壤等不同地物的光谱特性进行分析，得出了可用于洪涝监测的通道，并提出了MODIS洪涝监测遥感资料处理流程和水体的量化判识指标。利用上述流程、方法和判识指标对2003年渭河流域发生的近50a来最严重的洪涝灾害的整个发生和发展过程实施了动态监测，制作了MODIS渭河遥感洪涝监测动态变化图像和水情专题图，并估算了淹没面积。为政府和防汛部门科学有效地组织救灾提供了可靠依据。     

资水流域柘桃区间中小河流域面雨量算法比较分析

为探国家气象信息中心多源融合格点降水实况产品在中小河流面雨量计算中的可行性,该文以湖南省资水流域柘桃区间为例,利用泰森多边形法、算术平均值法、克里金插值法以及国家气象信息中心多源融合格点降水实况产品,以2020年9月为代表,对4种方法计算的面雨量结果进行了比较分析。结果表明：（1）4种方法的计算结果相关性显著,均能较好反应出不同强度降水及不同子流域之间的差异。大多数情况下算术平均值法的结果偏大,多源融合格点实况法的结果偏小,插值法和泰森多边形法的结果介于二者之间。（2）当地面雨量站分布密集或降水空间分布均匀时,4种方法计算结果的标准差较小;当地面雨量站分布稀疏或降水空间分布不均时,4种方法的结果标准差较大,此时采用多源融合格点实况法比算术平均值法、泰森多边形法更合理可靠。（3）对于地形地貌复杂多变的山区,尤其是暴雨以上强降水天气,降水空间分布十分不均,多源融合格点实况产品对降水实际分布的反演可信度仍有待研究,计算面雨量时需要结合多种方法综合判断。实际计算中小河流域面雨量时,针对不同的子流域、不同的天气过程,应当根据天气系统及降水空间分布综合分析,合理利用多种方法才能准确把握面雨量的大小和可能的误差。     

有关面雨量研究综述

在对目前国内外有关面雨量估算的各种研究的分析和探讨基础之上,认为联合气象站和水文站的降水观测资料,运用合适的插值计算是近期内解决面雨量估算问题的基本途径,在此基础上加强遥感资料对插值结果的订证研究是进一步提高面雨量估算精度的重要途径。     

沂沭河流域不同多普勒雷达降水量估算方法的效果评估

利用2005年和2006年九次大型降雨过程的多普勒雷达体扫复合仰角的回波强度资料及相应的雨量计观测资料, 通过改进的最佳窗概率配对法、 遗传算法和最优化法分别得到沂沭河流域多普勒雷达降水Z－R关系, 对不同算法的优化结果和降水误差进行比较分析及验证, 并将最优的Z－R关系用于估算区域降水量。同时利用雨量计资料采用卡尔曼滤波、 变分等6种估测方法进行面雨量估算的校正, 并对上述几种方法的估测精度进行比较分析。结果表明: 将地面雨量计观测值作为真值, 在站点降水的估测上, 卡尔曼最优插值法和卡尔曼变分法估测的降水量计算精度最高, 最优插值法和变分法次之, 卡尔曼滤波法和平均校准法的计算精度要低于最优插值和变分法, Z－R关系法的精度最低。在区域面降水量的估测上, 雷达探测到的降水量的分布形势与雨量计得到的降水场比较一致, 但中心的降水强度上有较大的偏差。Z－R关系法的平均相对误差为70.51%。经过雷达雨量计联合校正后, 使估算精度明显提高, 其中卡尔曼最优法计算精度最高。平均校准法、卡尔曼滤波法、最优插值法、变分法、卡尔曼最优法和卡尔曼变分法的平均相对误差分别为: 16.55%、16.27%、13.44%、13.86%、13.16%、13.51%。     

渭河流域中尺度暴雨时空分布及环流特征

制定渭河流域中尺度暴雨天气个例标准,筛选符合标准且资料完整的62个中尺度暴雨历史个例作为研究对象,分别对其时空分布特点、发展移动路径和环流场的结构配置特征进行分析和研究。结果表明,渭河流域中尺度暴雨主要出现在7—8月;空间分布上渭河主干道,黄河、洛河、渭河三河交界处和泾河、洛河、渭河三河交界处出现的次数较多;渭河流域中尺度暴雨的日变化与冰雹完全不同,夜间出现的频率高于白天,共有5条移动路径,由西北向东南方向(或由西向东)移动的个例占所有个例数的91.9%;中尺度暴雨有4种概念模型,干侵入型、西南气流型、干锋生型和暖干型。     

多种细网格模式对湖南水库流域面雨量的预报检验

选取2016年5—12月欧洲ECMWF、日本JMA、T639、德国GERMAN、湖南本地细网格HNGRIB的高分辨率降水预报产品,从预报时效、流域区域、面雨量量级、影响系统和预报偏差五个方面,检验分析了各模式对湖南水库流域面雨量的预报效果。结果表明:各细网格模式对流域面雨量的预报能力随预报时效的增加而下降,但ECMWF和JMA的预报效果相对较好且稳定,T639最差;各模式在非汛期10—12月的流域面雨量预报效果要优于汛期5—9月;随着面雨量量级增大,各模式的预报能力均下降,特别是对30mm以上的面雨量预报能力非常低;各模式对高空槽降水的预报能力最好,对西南低涡降水的预报能力最差;ECMWF、JMA、HNGRIB在各个时效上存在面雨量预报偏小的情况,而GERMAN、T639随着时效的增加,面雨量预报偏大的情况增多。     

周宁水库流域面雨量估算方法

利用2008—2012年福建省气象局自动站小时雨量资料和周宁水电站蓄水资料,选取周宁电站流域内近5年内的30个降水过程,分别采用Surfer二次开发下的12种不同插值方法进行计算,分析比较了关注区域内的面雨量估算值及雨量空间内的分布特点,得出业务工作中相对便捷、有效、准确的区域面雨量插值计算方法。结果表明,在多种插值计算方法中,改进谢别德法、克里格法和径向基函数法不仅估算值相对误差较小,而且绘图效果较好。对于面雨量小于20 mm的降水个例而言,径向基函数计算结果相对误差较小,而大于60 mm的降水个例,克里格插值计算方法则相对最优。     

雷达雨量计联合估算降水在城市内涝模型中的应用

为了满足城市暴雨内涝模型对面雨量精细化的需求,在天津城市暴雨内涝模型的基础上,将雷达估算降水产品应用到模型面雨量计算中,针对2012年7月25—26日天津的大暴雨过程,考察4种雷达估算降水产品和两种插值方法计算的内涝模型面雨量。经过对比发现,利用变分方法计算的雷达估算降水产品VAR用曲面插值方法计算内涝模型的面雨量整体效果最好。     

商南县山洪灾害解释预报

采用商南县1980—2006年降水以及山洪灾害资料,分析山洪灾害与不同历时暴雨的关系。得出部分重灾区的临界雨量。运用山洪水文气象模型,以降水性质、量级、风向、风速及土壤湿度作为预报因子,根据历年山洪灾害与各时段降水量关系进行统计分析,结合各时段临界雨量确定山洪灾害预报等级。