基于多中心TIGGE资料的区域GRAPES集合预报初步试验

基于全球交互式大集合(TIGGE)预报资料,研究利用TIGGE全球集合预报大尺度不确定信息,构造区域GRAPES集合预报的初值扰动方法和试验方案,并对2008年7月22日发生在黄淮地区的一次暴雨过程进行了集合预报试验.试验结果表明:构造的初值扰动场能够表征TIGGE全球集合预报初值中的大尺度不确定信息,区域GRAPES集合预报系统可以捕获极端降水天气,对降水预报具有显著的改进作用,集合预报平均及降水概率预报能有效地反映暴雨降水特点,暴雨发生概率较高的区域与实况对应关系较好.积分初期,暴雨的预报一致性(集合离散度)和预报技巧(集合平均预报均方根误差)之间的关系显示了区域GRAPES集合预报系统是合理的,但积分后期,由于模式在积分过程中的动力调整作用,减小了初值扰动对预报结果的影响,限制了集合离散度的增长速度.     

Development and Application of an Atmospheric-Hydrologic-Hydraulic Flood Forecasting Model Driven by TIGGE Ensemble Forecasts

A coupled atmospheric-hydrologic-hydraulic ensemble flood forecasting model,driven by The Observing System Research and Predictability Experiment (THORPEX) Interactive Grand Global Ensemble (TIGGE) dat...     

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...     

基于重组降水集合预报的洪水概率预报

采用条件亚正态模型方法,生成了具有包含不同可能性的降水集合预报。为了保持各子流域降水集合预报变量之间的空间相关性,采用集合预报重组方法对降水集合预报进行重新排列。使用重组后的降水集合预报驱动水文模型,实现了淮河上游大坡岭-息县、淮河上游息县-王家坝和汝河-洪河上游3个子流域的12次洪水过程的洪水概率预报,并对1988年9月7日和1991年7月31日两次洪水概率预报进行个例分析。结果表明:相对于单一确定性预报,通过条件亚正态分布模型生成降水集合预报后,再经过Schaake洗牌法空间相关性重新组合的降水集合预报,捕捉洪峰出现时间和流量的能力更强。对洪水概率预报来说,降水概率预报更能达到对未来的水文事件进行最大可能估计的目的,并尽可能综合了降水预报不确定性因素,同时也说明维持变量原有的空间相关特征对于降水概率预报具有重要意义。     

淮河流域水文极值预测模型研究

为探索气候变化影响下水文极值的非平稳性和预测方法,建立了水文极值非平稳广义极值（GEV）分布的统计预测模型。利用1952-2010年淮河上游流域累计面雨量和流量年最大值资料、同期500 hPa环流特征量资料以及17个CMIP5模式对环流特征量的模拟结果,筛选出对水文极值影响显著的年平均北半球极涡强度指数作为GEV分布参数的预测因子。分析了在RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下2006-2050年淮河上游流域水文极值对气候变化的响应。结果表明,10年以下与10年以上重现期的水文极值在非平稳过程中呈现前者下降而后者上升的相反变化趋势;多模型预测的集合平均在未来情景中均呈现上升趋势,情景排放量越大增幅越大,重现期越长增幅也越大。与极值的常态相比,极值的极端态更易受气候变化影响。     

气候变化背景下蚌埠市暴雨与淮河上游洪水遭遇概率分析

利用6个全球/区域气候模式和VIC模型,预估了IPCC RCPs情景下2021—2050年淮河干流蚌埠水文站(吴家渡断面)的日流量过程。在此基础上,运用Copula函数构建了蚌埠市暴雨与淮河上游洪水遭遇概率模型,分析了RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下不同重现期暴雨和洪水组合遭遇概率的变化趋势。结果表明,2021—2050年多模式预估上游洪水与城市暴雨遭遇的概率较基准期(1971—2000年)有所增大,具有较高的一致性,平均增幅46%~79%。暴雨与洪水遭遇概率的增大,将会增加未来蚌埠市防洪工作的难度。     

Application of a Coupled Land Surface-Hydrological Model to Flood Simulation in the Huaihe River Basin of China

A hydrological simulation in the Huaihe River Basin（HRB） was investigated using two different models： a coupled land surface hydrological model（CLHMS）, and a large-scale hydrological model（LSX-HMS）. The NCEP-NCAR reanalysis dataset and observed precipitation data were used as meteorological inputs. The simulation results from both models were compared in terms of flood processes forecasting during high flow periods in the summers of 2003 and 2007, and partial high flow periods in 2000. The comparison results showed that the simulated streamflow by CLHMS model agreed well with the observations with Nash-Sutcliffe coefficients larger than 0.76, in both periods of 2000 at Lutaizi and Bengbu stations in the HRB, while the skill of the LSX-HMS model was relatively poor. The simulation results for the high flow periods in 2003 and 2007 suggested that the CLHMS model can simulate both the peak time and intensity of the hydrological processes, while the LSX-HMS model provides a delayed flood peak. These results demonstrated the importance of considering the coupling between the land surface and hydrological module in achieving better predictions for hydrological processes, and CLHMS was proven to be a promising model for future applications in flood simulation and forecasting.     

清江流域降水的多模式BMA概率预报试验

基于TIGGE资料中的ECMWF、UKMO、JMA、CMA四套模式的2016年6月1至7月31日逐日降水集合预报资料,结合清江流域10个国家基准站观测数据,建立了流域贝叶斯模型平均(BMA)概率预报模型,开展流域多模式集合BMA技术的概率预报试验与评估。结果表明,在清江流域多模式集合的BMA模型最佳滑动训练期长度为40 d,BMA模型预报比原始集合预报有更高预报技巧,比四个原始集合预报MAE平均值减少近11%左右,而对于CRPS除了CMA中心无订正效果外,较其他三个模式平均值提高近15%左右。多模式集合BMA技术能预报降水全概率PDF曲线和大于某个降水量级的概率,同时能给出确定性降水预报,对于极端强降水(大暴雨一特大暴雨量级),BMA 75～90百分位数预报效果较好,对于强降水(暴雨量级),BMA 50～75百分位数预报效果较好,对于一般性降水(小雨一大雨量级),BMA确定性预报结果或50百分位数预报效果较好。     

基于时空统计降尺度的淮河流域夏季分月降水概率预测

针对淮河流域水资源短缺、洪涝、干旱并存的问题,基于国家气候中心第二代季节气候模式的集合回报数据集(1991—2014年),建立时空相结合的统计降尺度模型,提前1—3个月预测该流域夏季分月降水,应用ROC(relative operating characteristics)评分评估比较了不同集合预测方案的预测技巧。交叉检验结果表明,样本数取18、20、22、28时,集合预测方案对3、4、5月三个起报时次预测的夏季各月降水技巧预测均高于模式预测技巧。2015—2017年的独立样本检验进一步表明该统计降尺度模型能够明显降低3月、5月起报的6月和8月的降水预测偏差。认为可尝试将该降尺度方法应用于淮河流域夏季降水预测及进一步的流域水文预测。     

2007年淮河流域致洪暴雨及其中尺度系统特征的分析

针对2007年6～7月的淮河致洪暴雨,采用NCEP资料、卫星TBB（Temperature of Black Body）资料、地面加密资料和1h的降水资料对此次暴雨过程进行了详细的分析,得到结果如下:1）2007年6～7月主汛期的暴雨带主要位于淮河流域,而不是像通常那样集中在长江中下游。时间长达30余天,超过2003年（持续20余天）。2）整个汛期从6月19日开始至7月26日结束,根据影响系统和雨区分布的不同,可将降水分为3个阶段。其中,第2阶段（6月29日～7月10日）降水最强,影响最大,与梅雨的降水有更多相似。在第2阶段中又有4次降水过程,其中第4次过程（7月7～9日）降水最强,导致10日在王家坝开闸泄洪。3）高纬度的阻塞形势（西阻型）有利于环流的稳定维持和暴雨的持续发生。4）副热带高压稳定在26°N,有利于雨带维持在32°N,另外南海季风涌沿副高西侧将大量水汽输送至淮河流域。5）在阻高和副高之间的西风带上,巴尔喀什湖为低槽区,不断有小股冷空气经我国西北和黄河上游沿偏西路径移至淮河流域,西风槽加深甚至在中国大陆出现切断低压,这在过去淮河暴雨期间不太多见,表明存在明显的中低纬度的相互作用。与此同时,在7月8日高空急流入口区（右侧）与低空急流出口区（左侧）相迭置耦合,非常有利于垂直运动的加强和暴雨的发生。6）在暴雨期间有中尺度低压（扰动）的发生发展,并有与之相关的中尺度云团、雨团甚至更小的中尺度对流系统出现,致使8日寿县24h降水量达262 mm之多。该次强暴雨与淮河流域前期多场强降水形成的高水位“遭遇”,引发了严重的洪水,其影响超过了2003年,成为了1954年以来淮河流域最严重的洪涝。       

气候变化对淮河蒙洼蓄滞洪区启用风险影响评估

基于RCP情景下47个IPCC CMIP5气候模式模拟数据和大尺度水文模型VIC,预估了未来（2021-2050年）气候变化对淮河蒙洼蓄滞洪区启用的可能影响。结果表明：与基准期（1971-2000年）相比,多模式预估淮河上游未来多年平均气温一致呈增加趋势,平均增幅范围0.2～1.7℃。不同模式对降水预估差异较大,但有超过70%的模式预估降水呈增加趋势,平均增幅为3.4%～4.1%。未来气候情景下,王家坝断面洪水总体呈增加趋势,20年一遇的洪水强度平均增幅19%,洪水频率将增大,蒙洼蓄滞洪区启用可能更加频繁,启用的风险加大。     

2007年夏季淮河流域洪涝与亚洲地区大气低频振荡的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料和我国地面观测站的逐日降水资料, 研究了2007年夏季淮河流域洪涝与亚洲地区大气低频振荡的联系, 通过分析研究表明: 2007年夏季淮河流域降水低频振荡的主要周期是30～70天, 该低频序列的方差大约占了总方差的47%; 在降水低频振荡的位相5～8 (1～4), 亚洲季风区从阿拉伯海北部经孟加拉湾到我国南海地区, 以及我国淮河流域经渤海到日本地区主要受低频热源 (热汇) 的控制; 并且在极大降水位相7, 我国东部地区 (10°N～45°N, 110°E～120°E), 从北到南, 〈Q1〉低频分量的分布呈负正相间的低频热汇、 热源、 热汇、 热源形式(位相3则呈相反的分布形式); 在位相5～8 (1～4), 亚洲季风区〈Q1〉低频分量的分布有利于 (不利于) 气流向淮河流域汇合并形成辐合上升; 受低频环流变化的影响, 在位相5～8, 大量的水汽被输送到淮河流域, 辐合上升形成降水; 相反, 在位相1～4, 来自西太平洋上的水汽在该地区辐散, 不利于降水的发生。     

2003年汛期淮河流域降水的集合预测试验研究

利用并行化全球中期数值预报模式MPGM,对2003年夏季淮河流域特大降水作了集合预报试验。试验中提出一种繁殖循环初始扰动生成方法,产生9个集合成员的初值场,利用该初值集合对这次降水过程进行了集合模拟,然后对集合预报试验的结果同对照试验进行了对比分析,并对降水期间的物理量场及降水情况的模拟结果进行了分析。结果表明:集合预报试验的结果优于不加扰动的对照试验的结果,说明集合预报技术在一定程度上能够减小甚至消除数值预报中的不确定性,提高数值预报的精度;集合预报试验较好地模拟出了降水期间的物理量场与天气形势,并对此次降水情况作了较好的预报,可以对降水预报提供有益的参考。     

2003年淮河大水期间亚洲北部阻塞高压的形成特征

利用观测资料和NCEP再分析资料分析2003年淮河大水期间亚洲北部阻塞高压的形成维持机制, 结果表明, 2003年淮河梅汛期亚洲中高纬地区阻塞高压的异常活动中, 波流作用十分显著。6月上旬, 阻高建立前期和维持过程中, 上游地区天气尺度波动活跃, 欧洲斜压区不断有瞬变动能生成, 并在阻塞区向阻高平均流转化。从瞬变涡动的作用来看, 上游传播而来的瞬变波不断将较低纬度的低位涡空气向阻塞区输送, 有利于阻塞高压的建立维持; 平均流则使位涡呈相反形势发展, 引导阻塞高压向东频散, 削弱了扰动位涡输送的作用, 对阻高的维持起到耗散作用。阻高建立前, 瞬变涡位涡输送作用强于平均流位涡平流, 造成阻塞区位涡降低, 有利于阻高生成; 阻高维持期间, 瞬变涡位涡输送与平均流位涡平流输送量相当; 6月25～30日, 阻塞高压明显西退, 该阶段瞬变涡动明显强于平均耗散作用, 引导低位涡场向西移动。研究表明, 大气内部的波波作用对阻高的建立维持也十分重要。1波与5波在一定范围内的共同作用可能是阻高建立维持的决定因素, 而天气尺度波动扰动则对阻塞高压的建立、 维持和崩溃起到重要的作用。波波作用表明, 2003年6月份阻塞高压建立、 维持时, 尺度较长的波一般从平均动能得到扰动动能的转化, 尤其5波, 斜压能的转换不但是其能量的来源, 同时非线性作用也使得尺度更小或更长的波向其提供能量; 阻高衰退时, 5波则通过非线性作用向其他波动输送能量, 同时也存在斜压耗散, 能量逐渐失去。     

近50多年来淮河流域气候水分盈亏时空变化

水分盈亏是区域干湿气候划分的重要依据。基于淮河流域63个气象台站1957—2014年逐日观测数据,运用累积距平、Mann-Kendall突变分析、Morlet小波分析及ArcGIS反权重空间插值法,结合Penman-Monteith蒸散计算模型获得淮河流域水分盈亏量的周期特征、突变特征及其时空分布特征,并分析其主要影响因子。结果表明:(1)水分盈亏月变化基本符合5月最低,7月最高。(2)从季节分布来看,水分亏缺面积秋季春季冬季夏季,亏缺程度春季最强。从平均年水分盈亏量分布来看,水分盈亏量由南向北递减。且不论季节还是年状况,山地及河流对区域水分盈亏量的南北递减存在滞后作用。(3)从各因子气候倾向率的时空分布来看,江苏东南部、山东西部、河南大部、湖北中部水分盈亏量变化的主导因子为潜在蒸散量,其他区域的主导因子为降雨量。(4)淮河流域水分盈亏量存在周期特征,第一主周期为10 a。     

用变分方法估算淮河流域总体输送系数

利用2001年6～7月间在安徽肥西的边界层观测资料,利用变分方法计算地面动量通量和感热通量,进而分别估算该处动量总体输送系数和感热总体输送系数。用变分方法计算的地面粗糙度为0.03m。在中性条件下,10m高处平均动量总体输送系数和感热总体输送系数分别为4.83×10-3和3.81×10-3,比值是1.27。总体输送系数具有明显的日变化特征,中午时段最大,夜晚最小;总体输送系数与大气稳定度存在明显关联,文中给出它们之间的拟合关系式;随着高度的增加总体输送系数减少,但减少幅度逐渐变小。     

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。     

Analysis of Causes and Seasonal Prediction of the Severe Floods in Yangtze／Huaihe Basins during Summer 1991

ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＣａｕｓｅｓａｎｄＳｅａｓｏｎａｌＰｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅＳｅｖｅｒｅＦｌｏｏｄｓｉｎＹａｎｇｔｚｅ／ＨｕａｉｈｅＢａｓｉｎｓｄｕｒｉｎｇＳｕｍｍｅｒ１９９１ＸｕＱｕｎ（徐群）（ＪｉａｎｇｓｕＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌｉｎ...     

全球大气环流模式BCC_AGCM2.0.1对1998年夏季江淮流域强降水过程的回报试验研究

利用中国气象局北京气候中心全球大气环流模式(BCC_AGCM2.0.1) 对1998年6月24日～7月3日发生在我国江淮流域的强降水天气过程进行了回报试验。模式起报时间为1998年6月24日00时, 使用前10天NCEP-II再分析逐时温度、涡度和散度场进行预报前初始协调 (spin-up) 积分, 产生模式初值, 预报时段为1998年6月24日～7月10日, 回报试验结果表明: 模式对全球500 hPa位势高度的天气尺度演变过程具有4～7天的可预报性; BCC_AGCM2.0.1模式对中国区域的降水以及大气环流场具有3～4天的可预报性, 6月24日起报后3天内的预报降水区域位置与实况一致, 但中心强度有所差异。对起报后未来2天的5 mm和10 mm以上的降水预报能力相对较强, ETS评分值达到了0.25以上, HK评分超过了0.4, 降水区域范围预报较为准确, BIA评分趋于1.0。模式对20 mm以上的降水也具有一定的可预报性, 但模式对大于30 mm以上强降水的预报能力较差。     

气候变化对淮河防洪与排涝管理项目的影响及适应对策研究

以"淮河流域重点平原洼地治理工程外资项目"为对象,综合分析了流域内地理气候、经济社会、河流水系及防洪体系的相互关系与演变特征。在气候变化影响下,流域3种类型的洪水中,由持续一两个月的长历时降水形成的量大但不集中的洪水,对平原洼地农业发展及治理工程效益的影响最为显著。在此基础上,对气候变化可能造成的影响进行了半定量分析,并提出了增强排涝能力与提高自适应能力并举的应对方案。