论文部分内容阅读
摘 要：温室效应已成为世界关注的环境问题，气候变暖与人类活动的加剧，加快了冰川的融化速度，导致洪水灾害的发生越来越频繁。集合数值预报在洪水预报中的应用，能够有利于提高洪水预警水平，降低洪水灾害对社会的危害。基于此，文章主要对集合数值预报优势进行了分析，并对其在洪水预报中的应用进行了研究。
关键词：洪水预报；集合数值预报；应用
引言
洪涝灾害和干旱缺水严重制约了我国经济和社会的发展，合理利用洪水资源，在保证防洪安全的前提下，将洪水转化为可利用的资源，减少洪涝灾害与干旱灾害的损失势在必行。洪水预报是重要的基础环节，及时准确的洪水预报为防洪调度和抗洪减灾提供了科学可靠的依据。因此，在洪水预报中，相关人员应注重集合数值预报在其中的应用效果，为防洪减灾工作的开展提供可靠的数据支持。
1集合数值预报概述
1.1集合数值预报方法
以集合数值为基础建立起的洪水预防方法可分为三大类：河道洪水演进法、降雨径流预报法和气象-水文方法。
第一，河道洪水演进法。是根据河道上断面入流过程预报下游断面洪水出流过程的方法，该方法的理论基础是非恒定流水力学，理论公式是由水流连续方程和动量方程组成的明渠一维渐变非恒定流方程组，即圣维南方程组。
第二，降雨径流预报法。该方法是根据当前已经测到的流域降雨和径流资料，按径流形成原理制作产汇流计算方案，由实测降雨预报流域断面出口的洪水过程。降雨径流预报法就是采用流域实测降雨，依据产流理论建立流域水文模型，預报流域出口断面洪水过程的方法。
第三，气象-水文法。该方法是气象和水文相结合的方法，是在降雨径流预报法的基础上，引入预报降水进行洪水预报的方法。其技术路线如图1所示：
1.2水文预报的不确定性分析
水文预报不确定性的来源主要包括：气象外力场（降雨、温度、风速、湿度、气压、太阳辐射等）、初始条件和边界条件（下垫面条件，如积雪量、土壤湿度、湖泊高度等）、模型结构和参数误差（方程、网格尺度、参数等）、模型输出（模拟径流量等）和模型资料（观测径流量等）等。因此，气象预报中的不确定性只代表水文预报不确定性的一个部分。洪水预报用户需要对洪水预报的不确定性估计，不仅是一个最大概率的近似估计，而且是一个能够对洪水预报不确定性各种可能的定量估计。
1.3集合数据预报在洪水预报中应用的必要性
随着世界科学技术以及经济文化水平的不断发展，一些技术研发成果的应用也是越来越普遍、越来越专业。以洪水预报为例，集合数值预报的应用与发展，提高了洪水防灾效果。因为，洪水预报需要降水输入，洪水预报的降水初始值若仅仅来自地面观测网和雷达反演降水，特别是在预报较大洪水的上游没有数据提供或观测仪器出现故障、数据传输失败的情况下，会大大影响洪水的预报时效，尤其对2-15天以上的预报必须使用数值天气预报。据相关研究表明：引入数值天气预报的洪水预警能够将预报时效从几小时延长到几天，但单值的数值预报不足以将其预报内在的不确定性定量表达出来，由一个集合预报系统集成的降水预报用于流域的洪水预报时，可以改进预报效果，而且可以将有些不确定性定量化。
2集合数值预报在洪水预报中的应用概况
2.1集合数值预报在洪水预报中的应用现状
在水文集合预报研究和业务领域，气象集合预报的应用价值越来越受到重视。集合预报系统可以给出气象预报和水文预报的不确定性，延长水文预报预见期，定量分析气象水文预报要素的可预报性。图1是借助TIGGE归档资料，应用NMC、NCEP和ECMWF的集合预报以及3个预报中心的大集合预报降水量驱动洪水预报模型得到王家坝站的流量集合预报：
由图1可以看出，由于集合预报是多个成员的预报，因此，集合预报成员可以捕捉导致洪水发生的可能性，集合预报可以降低空报、漏报的可能性。
2.2在洪水预报中的应用
作为预防洪涝灾害中的一项重要的措施，实效较长的预报结果可以为救灾、防灾工作的顺利进行提供充足的时间。通过相关研究分析表明：集合数值预报工作在洪水预报中的有效应用，能够极大地延长预报的实效。即在应用了数值预报方式后，实际的洪水预报时间可以被延长到五到六天的时间，对比之前洪水预报只能够保持两到三天的预防效果，其对于延长预防实效性具有十分重要的作用。此外，由于集合预报具有一定的预报技巧，所以，其不仅可以延长预报实效，还可以提升预报结果的准确性。
2.3在中小尺度流域中的应用
在洪水预报中应用流域分布模型和集合预报这两种方式，可以有效提升供水实时预报的准确性。
第一，在大尺度的洪水预报系统中，通过结合中期天气预报集合预报系统、5km格点分辨率、50m格点分辨率，分析得出：大部分集合预报中都存在着低估何流量的情况，但其总体的预报结果却比较理想。
第二，在利用欧洲两个区域模型和ECMWF集合数值预报，对某河TOPKAPMO模型中的1km格点分辨率进行洪水预报，其预报结果表明：定量降水预报方式得到的结果具有一定的不准确性，存在预报量级和预报时间偏低的情况。与此同时，ECMWF集合预报方法开发出的分布式降水径流模型，一般都会使用动力降尺度这一技术来降低2km格点分辨率，在应用的过程中，预报人员主要是通过先纠正空间偏差，而后再调整时间分辨率，该应用方式也在一定程度上证明了在洪水预报工作中应用集合预报所存在的潜在价值。
结束语
综上所述，在洪水预报中，集合数值预报的应用，能够提高洪水预报工作水平，为洪灾防护工作的开展提供了数据支持。因此，相关人员应注重集合数值预报的应用，做好相关地区早期洪水预报，为洪水预报工作的提升奠定坚实的基础。
参考文献：
[1]包红军，王莉莉，沈学顺，李致家，黄小祥.气象水文耦合的洪水预报研究进展[J].气象，2016，42（09）：1045-1057.
[2]张向宇.集合数值预报在洪水预报中的应用[J].中国水运（下半月），2016，16（09）：121-122.
[3]赵琳娜，刘莹，党皓飞，姜迪，段青云，王彬雁，白雪梅，梁莉.集合数值预报在洪水预报中的应用进展[J].应用气象学报，2014，25（06）：641-653.
[4]王萍.耦合降水集合预报的洪水预报研究[D].大连理工大学，2013.
关键词：洪水预报；集合数值预报；应用
引言
洪涝灾害和干旱缺水严重制约了我国经济和社会的发展，合理利用洪水资源，在保证防洪安全的前提下，将洪水转化为可利用的资源，减少洪涝灾害与干旱灾害的损失势在必行。洪水预报是重要的基础环节，及时准确的洪水预报为防洪调度和抗洪减灾提供了科学可靠的依据。因此，在洪水预报中，相关人员应注重集合数值预报在其中的应用效果，为防洪减灾工作的开展提供可靠的数据支持。
1集合数值预报概述
1.1集合数值预报方法
以集合数值为基础建立起的洪水预防方法可分为三大类：河道洪水演进法、降雨径流预报法和气象-水文方法。
第一，河道洪水演进法。是根据河道上断面入流过程预报下游断面洪水出流过程的方法，该方法的理论基础是非恒定流水力学，理论公式是由水流连续方程和动量方程组成的明渠一维渐变非恒定流方程组，即圣维南方程组。
第二，降雨径流预报法。该方法是根据当前已经测到的流域降雨和径流资料，按径流形成原理制作产汇流计算方案，由实测降雨预报流域断面出口的洪水过程。降雨径流预报法就是采用流域实测降雨，依据产流理论建立流域水文模型，預报流域出口断面洪水过程的方法。
第三，气象-水文法。该方法是气象和水文相结合的方法，是在降雨径流预报法的基础上，引入预报降水进行洪水预报的方法。其技术路线如图1所示：
1.2水文预报的不确定性分析
水文预报不确定性的来源主要包括：气象外力场（降雨、温度、风速、湿度、气压、太阳辐射等）、初始条件和边界条件（下垫面条件，如积雪量、土壤湿度、湖泊高度等）、模型结构和参数误差（方程、网格尺度、参数等）、模型输出（模拟径流量等）和模型资料（观测径流量等）等。因此，气象预报中的不确定性只代表水文预报不确定性的一个部分。洪水预报用户需要对洪水预报的不确定性估计，不仅是一个最大概率的近似估计，而且是一个能够对洪水预报不确定性各种可能的定量估计。
1.3集合数据预报在洪水预报中应用的必要性
随着世界科学技术以及经济文化水平的不断发展，一些技术研发成果的应用也是越来越普遍、越来越专业。以洪水预报为例，集合数值预报的应用与发展，提高了洪水防灾效果。因为，洪水预报需要降水输入，洪水预报的降水初始值若仅仅来自地面观测网和雷达反演降水，特别是在预报较大洪水的上游没有数据提供或观测仪器出现故障、数据传输失败的情况下，会大大影响洪水的预报时效，尤其对2-15天以上的预报必须使用数值天气预报。据相关研究表明：引入数值天气预报的洪水预警能够将预报时效从几小时延长到几天，但单值的数值预报不足以将其预报内在的不确定性定量表达出来，由一个集合预报系统集成的降水预报用于流域的洪水预报时，可以改进预报效果，而且可以将有些不确定性定量化。
2集合数值预报在洪水预报中的应用概况
2.1集合数值预报在洪水预报中的应用现状
在水文集合预报研究和业务领域，气象集合预报的应用价值越来越受到重视。集合预报系统可以给出气象预报和水文预报的不确定性，延长水文预报预见期，定量分析气象水文预报要素的可预报性。图1是借助TIGGE归档资料，应用NMC、NCEP和ECMWF的集合预报以及3个预报中心的大集合预报降水量驱动洪水预报模型得到王家坝站的流量集合预报：
由图1可以看出，由于集合预报是多个成员的预报，因此，集合预报成员可以捕捉导致洪水发生的可能性，集合预报可以降低空报、漏报的可能性。
2.2在洪水预报中的应用
作为预防洪涝灾害中的一项重要的措施，实效较长的预报结果可以为救灾、防灾工作的顺利进行提供充足的时间。通过相关研究分析表明：集合数值预报工作在洪水预报中的有效应用，能够极大地延长预报的实效。即在应用了数值预报方式后，实际的洪水预报时间可以被延长到五到六天的时间，对比之前洪水预报只能够保持两到三天的预防效果，其对于延长预防实效性具有十分重要的作用。此外，由于集合预报具有一定的预报技巧，所以，其不仅可以延长预报实效，还可以提升预报结果的准确性。
2.3在中小尺度流域中的应用
在洪水预报中应用流域分布模型和集合预报这两种方式，可以有效提升供水实时预报的准确性。
第一，在大尺度的洪水预报系统中，通过结合中期天气预报集合预报系统、5km格点分辨率、50m格点分辨率，分析得出：大部分集合预报中都存在着低估何流量的情况，但其总体的预报结果却比较理想。
第二，在利用欧洲两个区域模型和ECMWF集合数值预报，对某河TOPKAPMO模型中的1km格点分辨率进行洪水预报，其预报结果表明：定量降水预报方式得到的结果具有一定的不准确性，存在预报量级和预报时间偏低的情况。与此同时，ECMWF集合预报方法开发出的分布式降水径流模型，一般都会使用动力降尺度这一技术来降低2km格点分辨率，在应用的过程中，预报人员主要是通过先纠正空间偏差，而后再调整时间分辨率，该应用方式也在一定程度上证明了在洪水预报工作中应用集合预报所存在的潜在价值。
结束语
综上所述，在洪水预报中，集合数值预报的应用，能够提高洪水预报工作水平，为洪灾防护工作的开展提供了数据支持。因此，相关人员应注重集合数值预报的应用，做好相关地区早期洪水预报，为洪水预报工作的提升奠定坚实的基础。
参考文献：
[1]包红军，王莉莉，沈学顺，李致家，黄小祥.气象水文耦合的洪水预报研究进展[J].气象，2016，42（09）：1045-1057.
[2]张向宇.集合数值预报在洪水预报中的应用[J].中国水运（下半月），2016，16（09）：121-122.
[3]赵琳娜，刘莹，党皓飞，姜迪，段青云，王彬雁，白雪梅，梁莉.集合数值预报在洪水预报中的应用进展[J].应用气象学报，2014，25（06）：641-653.
[4]王萍.耦合降水集合预报的洪水预报研究[D].大连理工大学，2013.