光流法雷达外推产品在突发强降水预报中的应用

地形条件复杂的山丘区中小河流洪水突发性强、汇流时间短,高准确率和长时效性降水短时临近预报产品对提高突发洪水预报精度尤为关键。以2021年9月河南省鸭河口水库出现的千年一遇特大洪水为例,利用国家气象信息中心提供的三源融合格点实况降水资料,检验基于改进光流法的雷达外推降水预报产品在本次洪水过程中0~1 h和0~3 h降水预报的TS评分和预报偏差。结果表明:(1)改进光流法在0~1 h的逐小时降水预报上较为精准,累计雨量在50 mm以下时,TS评分在0.45~0.85之间;雨量在50~70 mm之间时,TS评分在0.35~0.70之间;雨量在70 mm以上时,TS评分在0.25~0.35之间。50 mm以上雨量有较高TS评分表现出改进光流法在极端强降水预报中的优势性。(2)改进光流法在0~3 h的降水预报上,累计雨量在50 mm以下时,TS评分在0.55~0.85之间;在50 mm以上时,TS评分在0.35~0.75之间。该降水预报产品不仅对极端性降水预报效果较好,且预报时效长达3 h,可为防洪调度提供更长的决策时间。(3)改进光流法在0~3 h的降水预报产品与融合实况格点降水相比,雨量在20 mm以下的预报结果比较接近,平均绝对误差在10 mm以内;雨量在20 mm以上时,随雨量增大,平均误差、平均绝对误差、均方根误差均逐渐增大。(4)改进光流法在0~3 h的降水预报产品对影响范围小、降水强度大、维持时间长、累计雨量大的极端强降水有较好的预报表现。研究成果可为洪水预报模型提供一种较为可靠的降水输入预报。

金沙江下游-三峡梯级水库2023年联合调度实践

金沙江下游-三峡梯级水库是治理和保护长江的关键性工程。为了进一步提高梯级水库应对持续枯水的能力,保障水资源综合利用效益全面发挥,结合2023年长江上游水雨情特点,全面分析了梯级水库应对持续枯水所实施的联合补水、汛期水位动态控制、联合蓄水等优化调度措施,总结提炼了梯级水库联合调度的成效和经验。实践结果表明:枯水期梯级水库累计向下游补水约243亿m^(3),有效保障了长江中下游供水安全以及航运、生态等综合效益;通过汛期抬水位、蓄水期精细化预报调度,有效提升了水资源利用效率,保障了梯级水库实现蓄满目标。提出的调度措施和经验可为今后流域控制性水库群联合调度方式优化提供重要参考。

ECMWF模式在长江上游流域调度关键期的预报检验评估

普查2013—2014年发生在长江上游流域的强降水过程,采用天气学检验方法,基于ECMWF模式开展检验评估。结果表明:ECMWF模式预报强降水过程起止时间和暴雨以上量级落区均在蓄水期效果最好;预报中雨以上量级的落区在各关键期总体较好,但在横江、乌江、宜宾—重庆南部、重庆—万州南部、万州—宜昌等区间易局部漏报,应加强对上述区间模式降水产品的订正;预报影响降水过程的天气系统,3 d之内与实况偏差较小,4—7 d与实况偏差较大,需预报员发挥主观作用进行订正。

金沙江流域强降水天气特征分析

为了研究金沙江流域的强降水天气特征,找出各种气象条件下降水的时空分布特征和量级规律,定义了金沙江流域强降水标准,并对2005 ～2011年金沙江流域强降水天气资料进行了普查与特征分析.结果表明,约50％的金沙江流域强降水具有其独立性.应用气象学原理,归纳总结出影响金沙江流域强降水的天气系统主要有：川滇切变线、两高间辐合、西南涡和孟加拉湾风暴.详细分析了这4种天气系统对金沙江流域强降水的影响,4种天气系统的强降水分别占强降水总数的60％,19％,10％和11％.

2011～2060年长江上游流域降水变化预估问题的探讨

对IPCC第四次评估报告中12个全球气候模式集合平均制作的中国地区气候变化预估数据集(Version2.0)和长江上游流域逐日的降水观测数据进行了比较验证,结果表明:全球气候模式对长江上游流域的降水的时空变化具有一定的模拟能力,可以用来对长江上游流域未来的气候变化进行预估研究。在此基础上,进一步利用国家气候中心多模式模拟结果的降水数据开展了该流域未来50年降水的时间和空间分布变化的预估研究。结果表明,就2011～2060年整体而言,长江上游流域降水呈增加趋势。

典型天气形势与溪洛渡电站发电供求关系的影响

本文利用2015—2017年溪洛渡电站逐日入库及出库流量、逐日电站出力资料、广东逐日用电负荷数据及NCEP逐日再分析资料,针对溪洛渡右岸电站汛期弃水严重、枯期水量不足,电站发电与广东用电需求存在矛盾的几种生产情景,划分为供不应求型、供过于求型和非典型供过于求型3种类型,选取典型个例分析不同类型对应的环流形势和天气成因,并提出今后溪洛渡电站调度的建议。结果表明:每年5、6月,广东常受副热带高压控制,用电需求较大,而宜宾以上流域大多受一致的偏西或西南暖湿气流控制,冷空气活动较弱,不利于产生大范围降水,使得溪洛渡电站发电能力与广东用电需求多呈供不应求型;7—9月,宜宾以上流域多受高原槽及切变线影响,有利于出现明显降水,电站具备满发能力,而华南一般有低涡切变或台风活动,有利于广东出现降水,由于不受副高控制且出现降水,广东用电需求降低,导致出现供过于求型;如广东在副热带高压控制之下,用电需求旺盛,但溪洛渡右岸具备满发能力而出现弃水的情景,往往是因为西南地区降水总体较强,其他水电站加大出力,而电网送出受限等多方面因素影响,导致电网对溪洛渡右岸的电能需求减少,即出现非典型供过于求型。在实际发电生产中可根据天气环流形势提前研判,更加有针对性地开展水库调度、优化电站运行,增加汛期水电电能的有效消纳以及水能资源充分利用。

基于逐步回归和SVR方法的上海夏季日最大电力负荷的模拟研究

利用20132017年上海夏季(69月)逐日最大电力负荷和同期气象资料,对上海夏季的气温、炎热累积效应等气象因子与用电负荷进行相关分析,筛选建模自变量。基于逐步回归及SVR支持向量回归方法,分别建立了夏季日最大电力负荷预测模型并进行模拟误差对比。其中,以气象要素为自变量构建了逐步回归模型“方案1”,在方案1基础上加入前一天气象负荷构建了逐步回归模型“方案2”,并利用拓展后的特征值构建了SVR支持向量回归模型。对比两种方案的逐步回归模型和SVR支持向量回归模型的模拟结果可知,SVR支持向量回归模型的模拟误差最小,为3.3%,逐步回归模型的模拟误差分别为4.5%(方案1)和3.8%(方案2);从逐月的模拟效果来看,6月和9月逐步回归模型的模拟效果均优于SVR回归模型的模拟结果,而7、8月SVR支持向量回归模型的模拟效果又明显优于逐步回归模型的模拟结果,表明SVR方法能很好地模拟上海夏季高温条件下的极端负荷,在今后的实际负荷预测业务中可综合利用两类模型开展工作。

长江上游流域降水预报在三峡水库调度中的应用

三峡工程位于长江三峡西陵峡河段,工程建成后形成的水库,正常蓄水位高程175 m,设计预留的防洪库容为221.5亿m^3,为季调节水库。三峡工程控制长江流域面积达100万km^2,大部属亚热带季风气候,降水丰沛,年降水量和暴雨时空分布不均匀,洪涝灾害频发。如2010年7月渠江暴雨、2014年9月华西秋雨、2016年6月30日三峡区间暴雨,均对三峡水库调度产生了重大影响。为应对长江上游流域降水对三峡水库调度的影响,充分发挥三峡工程防洪、发电、航运、供水等综合效益,长江流域气象中心、长江水利委员会水文局、三峡水利枢纽梯级调度通信中心等单位均开展了长江流域降水预报业务。

近40年三峡库区面雨量时空分布特征

利用1980—2016年逐日雨量观测资料,以站点平均法计算库区面雨量,得到以下结论:三峡库区年面雨量的年际差异大,且37年以来呈现缓慢下降的趋势;月面雨量的峰值出现的月份,重庆—万州为6月,万州—宜昌为7月;从日强降水面雨量特征来看,三峡库区强降水面雨量主要出现在5—9月,万州—宜昌强降水出现的总数明显高于重庆—万州,且在各个量级都是万州—宜昌明显多于重庆—万州;从日面雨量极值分布来看,面雨量极值一般出现在6—7月,万州—宜昌69.9mm以下的各级强降水均是7月出现最多,70mm以上的强降水则都是6月出现最多,这与重庆—万州段恰好是相反的;从两子流域各个量级降水的年均频次分布上来看,20~29.9mm的降水,每年各有7~9次,30~49.9mm的降水,每年各有5~7次,上述几个量级出现的频次相对较高;50~69.9mm的降水,每年各有1~2次,对于70mm以上的降水,平均2~5a才1次,可见50mm以上降水出现的频率低,而造成的影响又较大,应在后期重点研究其形成机理。

长江流域极端降雨事件时空分布特征

近年来,许多学者对中国的极端降水进行了研究,但对长江流域极端降水的研究多集中在日时间尺度强降水事件,从不同子流域极端降水事件入手的研究较少。利用1961~2017年长江流域各子流域面雨量资料,根据面雨量的分布曲线确定长江流域各子流域极端降雨事件判断的阈值,得到各子流域极端降雨年份,分析极端降雨事件的时间变化特征,以及不同子流域间极端事件的相关关系。研究表明:①20世纪60年代长江上游极端多雨事件频发,70年代以全流域极端少雨为主,80年代极端多雨事件中心转移至长江中下游,90年代长江上游变为极端少雨事件中心,2000年以来,长江流域处在由少雨向多雨转变的年代际背景中。②当子流域发生极端少雨事件时,流域其他流域大部也是以降雨偏少为主,空间的一致性较好。但是子流域发生极端多雨事件时,存在大部分地区少雨的情况,会出现旱涝并存的情况。

三峡梯调气象业务系统升级改造研究

为了给大坝施工建设、上游流域防洪调度、电力生产、长江航运等业务提供优质的气象服务,针对三峡梯调气象业务系统体系架构、基础环境、系统功能进行升级改造:(1)新业务系统构建了以云平台为支撑,多信息渠道为保障,本地数据库共享同步的专用气象信息网络;(2)气象信息综合分析处理系统升级为第四代,逐渐向智能化、云化发展;(3)使用气象先进方法技术,提供从实况、短时、短期到中期无缝隙的长江流域降水监测和网格预报产品,以及长江流域月、季、年、关键期尺度气候预测产品;(4)针对生产业务提供专业、丰富、个性定制的专业气象服务产品。三峡梯调气象业务系统升级后,气象预报预测服务的时效性、精细化、准确度得到了全面提升。

长江上游流域大洪水天气分型特征分析

通过对1981~2012年24例长江上游流域大洪水过程进行普查,发现影响长江上游大洪水强降水过程的天气系统主要为：巴湖槽东移型、贝湖槽稳定型和东北冷槽型。采用统计、诊断及合成分析方法,对3种不同天气类型的大尺度环流背景、主要影响系统及致洪降水发生机理进行研究,并总结其特点及差异。结果表明：3种类型大洪水的洪水特征及降水特征各不相同,大尺度环流背景及天气系统也有所差异。副高及500hPa中高纬环流形势异常是导致强降水发生的直接因素,西南涡、冷暖式切变线及冷空气在不同的类型洪水降水中作用各不相同,异常气旋性环流场、水汽输送方向及水汽通量辐合区与强降水的位置密切相关。