淮河流域2016年汛期洪水预报试验

预报大流域降雨径流与洪水是非常复杂的预报难题。本研究建立气象水文耦合预报模型对复杂大流域的洪水预报进行预报试验。模型采用中央气象台格点化降水预报产品作为预见期内降水,驱动水文水动力学耦合模型进行洪水预报。选择新安江水文模型用于流域降雨径流模拟,基于扩散波与柱蓄和楔蓄理论建立Muskingum-Cunge水位流量演算模型进行具有行蓄洪区的复杂河系洪水预报。以淮河鲁台子站以上流域2016年汛期洪水为例,将构建的气象水文耦合预报模型进行洪水预报试验。结果表明,模型取得了较好的预报精度,应用格点化降水预报产品考虑预见期内降水预报的洪水预报对于不考虑预见期降水预报,洪水预报预见期得到一定的有效延长,对同类流域预报有一定的借鉴意义。     

淮河流域2016年汛期洪水预报试验

预报大流域降雨径流与洪水是非常复杂的预报难题。本研究建立气象水文耦合预报模型对复杂大流域的洪水预报进行预报试验。模型采用中央气象台格点化降水预报产品作为预见期内降水,驱动水文水动力学耦合模型进行洪水预报。选择新安江水文模型用于流域降雨径流模拟,基于扩散波与柱蓄和楔蓄理论建立Muskingum-Cunge水位流量演算模型进行具有行蓄洪区的复杂河系洪水预报。以淮河鲁台子站以上流域2016年汛期洪水为例,将构建的气象水文耦合预报模型进行洪水预报试验。结果表明,模型取得了较好的预报精度,应用格点化降水预报产品考虑预见期内降水预报的洪水预报对于不考虑预见期降水预报,洪水预报预见期得到一定的有效延长,对同类流域预报有一定的借鉴意义。     

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。     

GRAPES气象-水文模式在一次洪水预报中的应用

尝试将GRAPES (Global-Regional Assimilation and PrEdiction System) 模式与水文模型结合,构建GRAPES气象-水文单向耦合模式,进行洪水预报。气象模式选取GRAPES_Meso模式,分别采用15 km×15 km和5 km×5 km水平分辨率,15 km×15 km的GRAPES模式由NCEP全球预报场提供初始场和侧边界条件;5 km×5 km的GRAPES模式由15 km×15 km GRAPES模式提供初始场和侧边界条件,将GRAPES_Meso模式的定量降水预报分辨率统一降尺度到5 km×5 km分辨率,用于驱动水文模式。水文模型选取新安江模型与分布式新安江模型。以淮河王家坝站以上流域和息县流域为试验流域,将GRAPES降水预报场驱动水文模型进行单向耦合,构建GRAPES气象-水文单向耦合模式,选择2009年8月28日08:00(北京时,下同)—9月9日14:00汛期一次洪水过程,进行实际预报试验。结果表明:15 km×15 km和5 km×5 km的GRAPES模式预报降水与实况降水分布相一致;与水文站观测降水驱动水文模型洪水模拟结果相比,GRAPES气象-水文模式对洪水预报的预见期延长效果明显,对洪水模拟精度也较高,与水文模型输入场分辨率要求相匹配的降水产品对洪水模拟的精度更高。     

水文气象研究进展

从面向流域的定量降水估测与预报、流域水文模型、水文气象耦合预报三个方面系统介绍水文气象研究进展。研究指出,融合天气雷达、卫星遥感及实况降水等多源信息是精细化定量降水估测产品的主要发展方向;采用多模式降水预报集成技术是提高定量降水预报精度的重要途径;分布式水文模型是流域水文模型的发展方向;引入定量降水预报的水文气象耦合预报模式可以延长洪水预报预见期,水文集合预报是水文预报方法的有效解决途径,而数值预报模式与水文模型的双向耦合模式是另一重要发展方向。     

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。     

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。      

1998年宜昌水文站水文气象耦合预报试验结果

为检验是否考虑预见期降雨对水情预报的影响,选取长江上游1998年6月28日至7月2日和8月2～7日两次典型暴雨洪水事件,在作宜昌水文站洪峰流量预报时,将预见期降雨预报应用到水文模型之中,尝试进行水文气象耦会预报试验;其中降雨量由常规降雨预报和气象模型（HIRLAM）定量预报两种方法获得,对宜昌流量预报采用三峡区间降雨径流方案。经试验发现：若预见期发生强降雨天气过程,考虑预见期降雨比不考虑的水情预报效果要好。     

基于WRF模式的清江流域降雨-径流模拟研究

基于WRF模式,采用4层嵌套方案,选取3种积云参数化方案和7种微物理方案组成21种组合,对清江流域2016—2018年6—10月6次典型降雨事件进行数值预报,结合CMORPH卫星-地面自动站-雷达三源融合降水产品,采用TS评分和FSS评分,分析不同分辨率和云微物理方案的降雨预报效果;基于较优组合方案的WRF模式与WRF-Hydro水文模式耦合进行径流模拟,分析WRF模式在水文模拟中的应用效果。结果表明:3 km和1 km分辨率对降雨中心位置及强度预报的差别不大,对降雨落区都有较好的预报能力;在积云参数化方案中,KF方案和BMJ方案的降雨预报效果优于GF方案;在微物理方案中,WSM3、WSM5、WSM6、Thompson方案的预报结果与融合数据有较好的一致性;基于较优组合方案BMJ_WSM3,将WRF模式与WRF-Hydro模式耦合,耦合模式能较好地模拟洪水过程,径流模拟相关系数都在0.67以上,且NSE最高可达0.79。      

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。     

利用天气雷达观测资料预报小流域流量

将天气雷达降水临近预报与半分布式水文模型TOPMODEL(TOPography based hydrological MODEL)相结合,研究了降水临近预报延伸小流域流量预报预见期的可行性。研究流域为淠河(安徽省内)上游的佛子岭流域(1813km~2)内划分出的6个上游源头小流域(约60—100km~2)。用雷达估测的降水得到的流量输出作为参考,与1h降水临近预报得到的流量输出进行比较。结果表明:定量降水临近预报准确率是延伸小流域流量预报预见期的关键;基于所研究的个例,定量降水临近可以延长小流域流量预报预见期平均约0.7h左右,但其延长程度还受到具体降水过程、流域属性等的影响。     

贵州望谟河流域径流量的延伸期预报试验

由于极端天气事件导致灾害频发,为延长洪水预见期,以望谟河流域为例,利用DEM数字高程资料、土地利用数据、土壤数据、气象数据等驱动SWAT水文模型,对流域水文循环过程进行了模拟,并采用2016～2018年逐日和2010～2018年逐月望谟水文监测站实测径流数据进行了率定和验证。同时基于CFSv2模式,采用双线性插值法得到延伸期时段望谟站2019年6月1日起报的未来45d的降水预报产品,与实况数据作对比分析,并与SWAT模型耦合进行了延伸期时段的径流量耦合预报。结果表明:(1)望谟河流域日尺度模拟中,率定期确定系数R2和Nash-Sutcliffe系数NSE均为0.75,验证期R2=0.61,NSE=0.55,月尺度模拟中,率定期R2=0.85,NSE=0.81,验证期R2=0.80,NSE=0.74,无论日尺度或月尺度,百分比偏差PBIAS的绝对值均在5%以内,模拟效果较好,可满足应用要求;(2)以2019年6月1日为起报日得到的CFSv2未来10～45d降水数据,CFSv2降水预报过程与实况趋势总体一致,强降水过程时段偏差在1～3d左右,但日降水量级的预报值偏小,说明需对CFSv2模式产品进行系统误差订正。基于SWAT模型与CFSv2降水预报产品的径流量耦合预报在未来10～15d内的变化趋势与实测值一致,尤其在未来10d左右模拟趋势效果最好;(3)对比6月10～13日不同起报日的降水数据,4个起报时刻对于未来10d强降雨过程均有稳定的预报信号,以6月10日作为起报日的径流量耦合预报于提前10～20d效果较为稳定,但由于降水预报量级偏小,致使径流量的模拟量级也偏小。研究成果为延伸期时段水文气象耦合模式的洪水预报试验研究提供了参考。      

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。     

气象水文耦合的洪水预报研究进展

从洪水预报中定量降水预报应用进展、面向洪水预报的流域水文模型研究进展、气象水文耦合预报不确定性研究进展三个方面系统介绍气象水文耦合的洪水预报研究进展。研究指出,融合预报员预报的格点化定量降水预报技术是提高面向洪水预报的流域降水预报精度的重要方法,中尺度集合预报技术是提升流域局地性强降水预报能力的主要途径;概念性与物理性相结合的分布式水文模型是面向洪水预报的流域水文模型发展方向;水文集合预报是考虑气象水文单向耦合预报不确定性有效解决技术,贝叶斯系列模型可为分析气象水文预报不确定性提供重要的借鉴意义。     

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。

     

用短期降水预报做洪水预报与调度的应用试验

利用2003～2007年潘家口水库流域10场较大降水及其对应的河北省气象局MM5的面雨量预报数据,采用降水预报格点数据与水文洪水预报耦合的方法进行水库的洪水预报和调度,增长了水文洪水预报的预见期,在不增加水库工程投资,不增加上下游和工程风险的前提下,在汛期实施风险调度,以此发挥水库在洪水资源化调度中作用,解决防洪与蓄水的矛盾.     

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。     

流域水文气象耦合的洪水预报研究及应用进展

洪水预报在防洪减灾中具有重要的理论意义和现实意义。论文从流域暴雨的定量降水估算与预报、流域洪水预报水文模型、流域水文气象耦合、流域洪水实时预报系统研发及业务应用等方面回顾了国内外流域水文气象耦合的洪水预报研究与实践的进展,并从洪水预报与气象预报的集成耦合、有物理基础的分布式水文模拟、洪水风险灾害评价等展望了流域洪水灾害预报的一些关键技术和问题。     

WRF耦合4个陆面过程对“6.19”暴雨过程的模拟研究

利用WRF模式与4个陆面过程的耦合,对2010年6月19—20日的暴雨过程进行了数值模拟,并分析陆面过程对暴雨强度和范围的敏感性。结果显示：WRF耦合4个陆面过程模拟的雨带和实况分布一致,均为东西向的雨带形状,且均预报出与实况资料相似的强降水中心。在无陆面方案情况下,强降水中心的位置、范围、强度等都发生明显变化。另外地表径流预报量和降水趋势表现一致,由于土壤含水量趋于饱和,多余的降水分配给地表径流,这种剧增的地表径流也是洪水暴涨、水位上升的重要原因。在较湿的土壤状况下,由于净辐射增长,有利于产生厚度更小的边界层高度以及更大的地表向上潜热通量,这也是导致本次降水过程异常增幅的一个重要原因。     

WRF耦合4个陆面过程对“6.19”暴雨过程的模拟研

利用WRF模式与4个陆面过程的耦合,对2010年6月19—20日的暴雨过程进行了数值模拟,并分析陆面过程对暴雨强度和范围的敏感性。结果显示：WRF耦合4个陆面过程模拟的雨带和实况分布一致,均为东西向的雨带形状,且均预报出与实况资料相似的强降水中心。在无陆面方案情况下,强降水中心的位置、范围、强度等都发生明显变化。另外地表径流预报量和降水趋势表现一致,由于土壤含水量趋于饱和,多余的降水分配给地表径流,这种剧增的地表径流也是洪水暴涨、水位上升的重要原因。在较湿的土壤状况下,由于净辐射增长,有利于产生厚度更小的边界层高度以及更大的地表向上潜热通量,这也是导致本次降水过程异常增幅的一个重要原因。