基于极大熵法的三峡水库洪水预报误差分布规律

深入研究洪水预报误差的分布规律具有很大的实用价值,可为水库调度决策的拟定提供辅助参考。通常的研究方法为正态分布法与对数正态分布法,但这类研究方法受人为主观性的影响较大。使用三峡水库2020-2022年入库洪水数据将洪水分为4个量级,建立三峡水库洪水洪量预报误差分布的极大熵模型,得出不同预见期下4个量级的洪水洪量预报相对误差的分布规律,结果表明:采用极大熵模型可以定量地获得三峡水库的洪水预报误差分布规律,具有较强的适用性且可进一步推广使用。

统计相关条件下降水及洪水预报误差相关分析

以三峡水库上游寸滩至万县区间降水预报误差和入库洪水预报误差相应数据为例,在探讨两者统计相关性的基础上,采用Frank、Gumbel、Clayton三种二元Copula连接函数分析了两预报误差的相关结构,以离差平方和最小为准则进行了Copula函数的选择,并与两预报误差独立情况下联合频率分布进行比较和分析。研究结果表明,降水预报误差和洪水预报误差的相关性对其二元联合分布有一定影响,同时,在两预报误差负相关条件下,其联合分布可做简化处理。本文研究结果可为水库预报调度风险管理提供决策参考。

西北太平洋TC移动速度异常及预报误差特征的分析

利用国家气象局和上海台风研究所(CMA-STI)整编的西北太平洋1970—2009年热带气旋(TC,Tropical Cyclone)及TC最佳路径数据集和2005—2010年的TC路径预报误差资料,应用百分位法,确定TC移动速度异常指标,分析了40 a来西北太平洋TC移动速度及其变化异常发生的时空分布特征,研究了TC速度预报误差对路径预报误差的影响及其与大尺度引导气流之间的关系。结果显示:1)西北太平洋TC移速及移速变化累积概率达95%(5%)分位数的阈值分别为10.8 m·s^(-1)(1.43 m·s^(-1))和2.42m·s^(-1)(-1.72 m·s^(-1))。2)快速移动及加速的TC大都出现在日本海地区,而缓慢的和减速移动TC主要出现在南海区域。3)TC移动速度异常的季节变化表现为,快速移动的TC在5月出现的频率达到最高,缓慢移动的TC在10月频率达到最高,加速移动的TC在6月频率达到最高。4)近6 a的TC移速预报误差对TC路径预报误差的贡献平均约为41.6%。5)对TC路径预报误差偏大,且移速预报误差贡献大的个例分析显示,该个例大尺度环境引导气流偏弱使TC移动速度偏慢。而如果预报的大尺度环境引导气流偏强,使预报的TC移速偏快,那么就容易导致大的路径预报误差。

我国台风路径业务预报误差及成因分析

利用2005 2009年中国气象局(CMA)提供的西北太平洋(包括南海)台风路径业务预报资料,比较了各类型台风路径、台风登陆位置及登陆时间的预报误差,登陆台风不同阶段以及华东登陆和华南登陆台风的路径预报误差。结果表明:CMA在2005 2009年的路径预报水平与1999 2003年的相比有了显著提高。平均南海台风预报误差大于西北太平洋。异常路径台风主要出现于南海,三个预报时效(24、48和72 h)异常路径的预报误差平均都小于正常路径。将登陆台风分为远海、登陆期间和登陆后三个阶段,显示登陆期间台风预报误差最大,同一阶段华南登陆台风的预报误差大于华东登陆台风。台风登陆位置在24、48和72 h预报时效的平均预报误差分别为71.1、122.6和210.6 km,48和72 h台风实际登陆时间有70%早于预报时间,平均分别提早8和12 h。比较大尺度引导气流与台风移动的偏差及24 h路径预报误差,得到南海三种典型登陆台风路径的大尺度引导气流与台风移动的偏差及其与路径预报误差的关系不一样,即误差成因不同。南海倒抛物线型的大尺度引导气流与台风移动的偏差最大,其预报误差最小;西一西北型的大尺度引导气流与台风移动的偏差最小,其预报误差最大,可能与大尺度环流预报准确性差有关。登陆华东的预报误差小于登陆华南台风的预报误差,这与台风登陆华南时其大尺度引导气流和台风移动的偏差大于登陆华东的台风有关。

基于贝叶斯定理与洪水预报误差抬高水库汛限水位的风险分析

水文气象预报技术的发展为水库防洪调度动态控制汛限水位提供了可能。抬高水库汛限水位可提高水库兴利效益,但有一定防洪风险。该文基于贝叶斯定理与洪水预报误差特性,提出确定汛限水位动态控制域上限的风险分析方法。以清河水库为实例,当汛限水位动态控制域上限遭遇设计频率洪水时,该文分析在不同洪水预报误差范围内,调洪最高水位超过各设计频率特征水位的概率,并应用贝叶斯定理得出各设计频率洪水发生时遭遇不同洪水预报误差的风险。结果表明,清河水库实施预报调度方式确定的汛限水位动态控制域上限127.80 m是安全的。该文提出的风险分析方法弥补了目前预报调度方式风险分析中不能直接得知不同洪水预报误差的风险的不足,充实了水库调度风险分析的理论基础,具有一定的理论意义和实用价值,可供同类型水库参考应用。

2005—2010年台风突变路径的预报误差及其环流背景

本文主要分析了2005—2010年西北太平洋上台风突变路径的预报误差及其相联系的环流形势。通过分析北折和西折两种突变路径发现,中央气象台对西折突变路径的24和48 h预报接近平均预报水平;北折突变路径突变时刻,24 h预报的距离误差达到145.6 km,比平均预报误差增加了29.3%.48 h预报的距离误差达317.3 km,比平均预报误差增加了68.3%。从突变路径的物理机制方面分析突变路径预报的难点。将台风附近气流分解成低频和高频两部分,合成分析发现两类突变路径的风场区别不仅表现在低频尺度上副热带高压的西伸程度,还表现在天气尺度上台风附近的风场分布。

基于最大熵原理方法的洪水预报误差分布研究

采用最大熵原理(POME)方法,对我国湿润和半湿润地区部分典型水库的洪水预报误差分布规律进行了研究。通过建立洪水预报误差分布的最大熵模型,计算出9座典型水库洪水预报的净雨相对误差、洪峰流量相对误差和峰现时间预报误差的概率密度函数,并将其概率密度函数曲线与正态分布曲线进行比较。结果表明,我国湿润和半湿润地区的洪水预报误差近似服从正态分布,且采用POME方法计算洪水预报误差分布是可行的。

考虑水文预报误差的三峡水库防洪调度图

分析三峡水库入库流量短期预报结果,采用非参数方法估算预报相对误差的概率密度函数。以防洪为目标,同时兼顾发电、通航等要求,建立了防洪调度模型,采用差分进化算法求解,得到了汛期防洪优化调度图。通过比较不考虑预报、现有预报方案、准确预报3种情况的调度结果,分析了水文预报误差对防洪调度的影响。结果表明,无论考虑预报与否,与现有设计方案相比,汛期防洪优化调度图的发电量都增加,弃水减少,削峰率有所提高;而考虑预报信息有助于调控洪水,提高预报精度有助于增加水库抵御大洪水风险的能力;基于模拟现行作业预报方案,汛期防洪优化调度图比设计调度方案发电量增加5.3%,弃水减少5.9%,削峰率提高1.7个百分点,防御1000年一遇设计洪水的能力大大提高。

EOP预报误差对自主定轨结果影响分析

对地球定向参数的预报误差变化趋势和地球定向参数预报误差对自主定轨生成星历影响及由此给定位产生的影响的分析结果表明:地球定向参数预报误差对长期(110天)自主定轨轨道的径向误差和卫星钟差几乎没有影响,主要影响水平方向(切向和法向)误差,并且这种影响呈现一定的周期性,由此给定位带来的误差影响主要在东西方向和南北方向。

“2009.2”沈阳暴雪天气诊断与预报误差分析

针对2009年2月12—13日沈阳暴雪过程,运用Micaps资料和自动站资料,分析了大尺度天气形势及相关物理量场。结果表明:500 hPa南北两支槽在辽宁的叠加和地面蒙古气旋及江淮气旋的合并是此次暴雪过程的主要成因。强降雪出现在850 hPa涡度和200 hPa散度大值区内,对流层中低层辐合、高层辐散为强降雪提供了有利的动力条件;低空急流为暴雪区水汽来源,亦为对流不稳定能量释放的触发源,暴雪区还具备上干冷下暖湿的热力不稳定条件;降水性质的转换与850 hPa的温度、温度平流和地面气温有直接联系;暴雪过程无论从量级,还是降水起止、雨转雪时间均预报得较为准确,但对降雪量和积雪深度估计不足。

青藏高原东侧常规观测资料对WRF模式预报误差的贡献分析

利用WRFDA-FSO(Forecast Sensitivity to Observation)系统,统计分析2009年和2010年5—10月青藏高原东侧常规地面和高空观测对WRF模式预报误差的贡献。结果表明:地面观测资料各要素中,温度场对模式预报误差贡献最大,风场、气压和水汽场的贡献相对小;四川东部、广西大部和云南南部边缘地区的资料对改进预报产生正贡献较大。高空资料各要素中,温度场对模式预报误差贡献最大,其次是水汽场,风场贡献最小;高空站资料对改进预报产生正贡献较大的区域主要分布在云南大部、贵州西部边缘和广西西北部边缘地区。依据误差统计结果,剔除对改进预报产生负贡献较大的地面和高空站资料后,模式降水和温度预报效果有所改善。

用预报误差校正的锅炉燃烧系统预测控制研究

为了改善锅炉燃烧控制系统的性能,提出用预报误差校正的动态矩阵控制(DMC)算法对其施加控制。文中在介绍DMC的组成和内模控制结构后,基于时间序列分析、参数估计和最优预报原理,对模型误差进行预报,并利用模型预报误差代替模型误差,对预测控制的滚动优化进行校正。最后,通过锅炉燃烧系统的预测控制仿真实验证明,预报误差校正较之一般的误差校正算法在跟踪、抗扰和鲁棒性等方面均有明显的改善。

洪水预报误差置信限与误差评定方法研究

在实时洪水预报调度中,洪水预报误差的统计特性和误差置信限对调度风险的确定影响较大.为此,以三花间伊河卢氏流域为例研究了洪水预报误差的统计特性和误差置信限问题.结果表明,洪水预报误差通常具有有偏概率分布的特点,用现行水情预报精度标准及误差置信限评定方法对其进行评定时可能会出现两种不同的结果,但误差置信限评定方法比现行水情预报精度标准更为严格.

动态矩阵控制的模型简化与预报误差校正

依据热工过程的特点 ,提出对其实施动态矩阵控制 (DMC) ,用简化的模型和预报误差校正改进常规的控制算法 .文中介绍了预测模型简化的原理 ,推导出简化后预测控制的即时控制律 .为了补偿简化后带来的模型失配 ,用预报模型误差代替模型误差对系统的滚动优化控制进行校正 .预报误差校正是基于时间序列分析、参数估计和最优预报原理形成的 .文章最后 ,将上述算法在供热对象上进行了仿真 ,分析了仿真的结果 ,说明改进的DMC算法在保证实时性、改善跟踪和鲁棒性方面均有益处 .

一种分析台风路径预报误差的新方法

台风路径预报误差应包括距离误差和方向误差两个方面,而在以往的业务应用和科学研究中偏向于只考虑对应时刻预报和观测位置点间的距离误差。本文对评估台风路径误差的方法进行了改进,在距离误差基础上建立了一种新的表征台风路径误差的方法——多因子误差法。本文以中国气象局整编的热带气旋最佳路径数据为标准,对2008和2009年中国气象局、美国台风联合预警中心和日本气象厅预报的西北太平洋热带气旋路径,采用新的表征热带气旋路径预报误差的多因子误差法进行分析,并与普遍采用的距离误差法进行对比,结果表明:多因子误差分析方法和距离误差分析方法存在比较明显的差异,多因子误差法优势比较明显。本文是对更科学的台风路径预报误差评定方法的有益探索,有一定的参考价值。

安康水库入库洪水预报误差分布形式

为进一步探讨水库预报入库洪水误差可能服从的概率分布形式,在分析预报入库洪水、实测入库洪水和实际入库洪水之间关系的基础上,采用入库洪水误差的不同定义方式分别生成预报入库洪水误差序列,进而对误差序列的分布类型进行了假设检验和论证。以安康水库为例,分别对正态分布、对数正态分布、Gamma分布等十余种洪水预报误差可能服从的概率分布类型进行验证,结果表明:安康水库入库洪水预报误差序列符合Logistic分布规律,而不符合正态分布、皮尔逊Ⅲ型分布等其他类型分布。同目前广泛采用的正态分布相比,对于一些水库,采用Logistic分布类型可能会更好地表达其入库流量预报误差的概率特性。

基于统计图形的入库流量预报误差分布规律

基于2003~2008年三峡水库汛期入库流量预报误差资料,分析了其正态特性,给出了通过K-S检验的分段入库流量预报误差统计图形,并利用统计图形比较了Laplace与Logistic分布拟合效果。结果表明,2003~2008年三峡水库汛期入库流量预报误差基本服从正态分布,且Laplace分布更适合描述其分布规律。

气象卫星TBB资料的交叉预报误差及其暴雨实例分析

本文运用非线性交叉预报误差的新方法,使用GMS-5的TBB(亮温)非线性时间序列资料,对湖北武汉“98.7”特大暴雨进行了定常与非定常特征计算和判断分析,与实际降雨的变化趋势十分吻合。

2014年春节期间江苏淮北地区气温预报误差成因分析

利用常规地面气象观测资料及欧洲EC、美国GFS和T639数值预报产品分析了2014年1月30日至2月2日(春节期间)江苏淮北地区日最高气温预报明显高于实况的可能原因。结果表明:2014年江苏淮北地区春节期间对流层中低层强暖平流有利于大幅升温,期间低云较多、雾较浓且空气污染较重,减弱了到达地面的太阳辐射,地面气温较低,吸收大气热量,对暖平流的升温有明显的抵消作用,不利于淮北地区的大幅升温,甚至造成局地降温,垂直方向的温度层结上易出现逆温。当逆温层维持时,层结较稳定,地面风力较小,不利于空气中污染物和水汽的扩散,雾霾加重,形成一个降温正反馈机制。低云和雾霾及逆温层对地面气温的变化有重要影响。造成此次最高气温预报失误的主要原因为,模式预报的形势场与实况存在较大差异,未充分考虑近地层的相对湿度条件,预报的云量少于实况;对白天雾霾的降温效应估算过低;强暖平流增强850 h Pa气温时,当地面气温较低时,地面吸收大气热量,升温不明显,850 h Pa温度与地面气温变化的对应关系减弱,过高估算了强暖平流的升温作用;对EC和GFS等模式2 m气温数值预报产品过度依赖,未对形势和要素的数值模式预报结果进行检验。

基于分布式神经网络递推预报误差算法的非线性系统建模

采用基于递推预报误差算法的分布式神经网络结构建立非线性系统模型 .子神经网络模型及其连接权值均采用递推预报误差方法来进行训练 ,将所有子网络融合得到的分布式神经网络模型在模型精确性和鲁棒性方面有显著地增加 .