基于修正氣象降水集合預(yù)報的本溪地區(qū)山洪預(yù)警模式探討

王舒凌

(遼寧省本溪水文局，遼寧 本溪 117200)

本溪地區(qū)屬于遼寧省山洪暴雨易發(fā)區(qū)，近些年來，受極端氣候變化影響，區(qū)域山洪發(fā)生的頻率有所增加，產(chǎn)生的洪水災(zāi)害程度也有所加劇，為降低山洪引發(fā)的洪水災(zāi)害影響，亟需對區(qū)域可能發(fā)生的山洪進行預(yù)警，從而為轉(zhuǎn)移山洪災(zāi)害影響區(qū)域人員提供決策依據(jù)[1]。山洪災(zāi)害由于具有突發(fā)性，其預(yù)報預(yù)警一直是研究難點和熱點問題[2]。近些年來，對于區(qū)域山洪預(yù)警研究取得一定研究成果，各研究成果均表明雨量預(yù)警是區(qū)域山洪預(yù)警較為行之有效的方式，但若是通過實際降水進行預(yù)警，其預(yù)警時間較短，很難為轉(zhuǎn)移人員提供充分的時間，因此結(jié)合氣象預(yù)報降水，提高預(yù)警時間是當(dāng)前一些研究學(xué)者比較推薦的區(qū)域山洪預(yù)警方式。但是這些研究成果大都針對單一氣象降水預(yù)報模式進行山洪預(yù)警，而未能考慮氣象降水集合預(yù)報下的山洪預(yù)警，為此文章以本溪地區(qū)為具體實例，采用氣象降水集合預(yù)報模式對本溪地區(qū)山洪預(yù)警模式進行探討，研究成果對于本溪地區(qū)山洪預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)具有重要的參考價值[3-5]。

1 氣象降水集合預(yù)報模式的山洪預(yù)警方法

采集氣象降水集合預(yù)報產(chǎn)品結(jié)合山洪站點確定的雨量動態(tài)預(yù)警指標(biāo)對山洪進行預(yù)警，具體步驟為：

1)計算研究預(yù)警站點當(dāng)前時刻的Pa+P+PⅡ值，其中Pa為前期雨量影響值，其可通過站點降水徑流關(guān)系獲取，P為累積降雨量值，mm，PⅡ為前一時段降雨累積值，mm。

2)結(jié)合預(yù)警站點降雨徑流關(guān)系對當(dāng)前時刻的Pa+P+PⅡ值對應(yīng)的雨量臨界值P臨進行獲取。

3)將氣象降水集合預(yù)報下的未來雨量預(yù)報值與雨量臨界值P臨進行對比，若集合預(yù)報值高于P臨，則進行預(yù)警，若低于雨量臨界值，則不進行預(yù)警[6-8]。

2 預(yù)警等級標(biāo)準(zhǔn)的劃分

在進行雨量預(yù)警時，需要對不同等級預(yù)警進行劃分，具體劃分方法為：

1)在對預(yù)警站點雨量頻率曲線下去獲取臨界雨量P臨值對應(yīng)的概率因子A，概率因子B則為未來降雨集合預(yù)報值和臨界雨量P臨值的比值。

2)將概率因子A和概率因子B進行耦合，按照其耦合量級的大小對不同等級山洪進行標(biāo)準(zhǔn)劃分，具體劃分的標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 基于氣象降水集合預(yù)報模式的預(yù)警等級劃分結(jié)果

3 實例研究

以本溪地區(qū)的南甸水文站為具體研究實例，結(jié)合南甸水文站降雨徑流關(guān)系，對其動態(tài)臨界雨量指標(biāo)進行確定，并結(jié)合區(qū)域兩場典型實測洪水，對氣象降水集合預(yù)報模式下的山洪預(yù)警進行探討。

3.1 氣象降水集合預(yù)報

采用國內(nèi)應(yīng)用較為成熟的兩種氣象集合預(yù)報模式產(chǎn)品，選取本溪地區(qū)南甸水文站兩場典型洪水資料，對其未來6h的降水進行預(yù)報，氣象降水集合預(yù)報結(jié)果分別如表2和表3所示。

表2 “20160721”氣象降水集合預(yù)報結(jié)果

表2 “20180730”氣象降水集合預(yù)報結(jié)果

通過對南甸降雨徑流關(guān)系進行分析，南甸水文站臨界雨量值為100mm，從兩種氣象集合預(yù)報模式下的雨量預(yù)警結(jié)果可看出，兩種氣象集合預(yù)報模式下的雨量預(yù)警效果總體不高，這主要是因為兩種氣象集合預(yù)報模式在大雨量級下的預(yù)報值有所偏低，使得當(dāng)實際降雨量已經(jīng)超過雨量臨界值后，其氣象降水集合預(yù)報值比實際降雨值要偏低，使得未能及時預(yù)警，由此可見，氣象降水集合預(yù)報模式對于大雨量級的效果總體偏差，需要結(jié)合預(yù)警站點雨量頻率曲線，對區(qū)域大雨量級的概率進行獲取，對其大雨量級預(yù)報結(jié)果進行修訂后，可以改善其預(yù)警效果[9-11]。

3.2 修訂后的山洪預(yù)警結(jié)果

結(jié)合南甸水文站實際雨量頻率曲線，按照文章前面所述的雨量預(yù)報修正方法對不同氣象降水集合預(yù)報數(shù)據(jù)進行修訂后，按照劃分的預(yù)警等級對南甸水文站兩場典型的洪水進行預(yù)警，對其修正后的預(yù)警效果進行分析，分析結(jié)果如表3和表4所示。

表3 修正后的“20160721”氣象降水集合預(yù)警結(jié)果

表4 修正后的“20180730”氣象降水集合預(yù)警結(jié)果

對兩種降水集合預(yù)報模式降雨預(yù)報值進行修訂后，其山洪預(yù)警效果得到不同程度的提升，從南甸水文站兩場典型洪水實際預(yù)警效果可看出，CMA降水集合預(yù)報模式下的山洪預(yù)警效果總體好于JMA降水集合預(yù)報產(chǎn)品，采用修正后的“20180730”CMA氣象降水集合預(yù)警結(jié)果可以及時進行紅色預(yù)警，但采用JMA降水集合預(yù)報產(chǎn)品下其預(yù)警等級為橙色預(yù)警，和實際預(yù)警情況吻合度不如CMA氣象降水集合預(yù)報產(chǎn)品[12]。采用雨量站點的實際雨量頻率曲線進行預(yù)報值的耦合修訂后，兩種氣象降水集合預(yù)報在大雨量級的降雨預(yù)報精度有所提升，使得其預(yù)警效果有所改善。為了更好的實現(xiàn)本溪地區(qū)突發(fā)山洪的預(yù)警效果，建議在實際預(yù)警過程中對多個降水集合預(yù)報產(chǎn)品進行耦合，設(shè)置不同氣象預(yù)報產(chǎn)品的權(quán)重，提高其大雨量級的預(yù)報精度。此外，為了延長預(yù)見期，建議增加12h和24h的降水集合預(yù)報進行山洪預(yù)警，從而提高區(qū)域山洪預(yù)見期，為山洪預(yù)測提供及時、有效的決策依據(jù)。

4 研究結(jié)論

1)氣象降水集合預(yù)報模式對于大雨量級的效果總體偏差，需要結(jié)合預(yù)警站點雨量頻率曲線，對區(qū)域大雨量級的概率進行獲取，對其大雨量級預(yù)報結(jié)果進行修訂后，可以改善其預(yù)警效果。

2)在本溪地區(qū)，CMA降水集合預(yù)報模式下的山洪預(yù)警效果總體好于JMA降水集合預(yù)報產(chǎn)品，采用修正后的“20180730”CMA氣象降水集合預(yù)警結(jié)果可以及時進行紅色預(yù)警，但采用JMA降水集合預(yù)報產(chǎn)品下其預(yù)警等級為橙色預(yù)警，和實際預(yù)警情況吻合度不如CMA氣象降水集合預(yù)報產(chǎn)品。

3)為了更好的實現(xiàn)本溪地區(qū)突發(fā)山洪的預(yù)警效果，建議在實際預(yù)警過程中對多個降水集合預(yù)報產(chǎn)品進行耦合，設(shè)置不同氣象預(yù)報產(chǎn)品的權(quán)重，提高其大雨量級的預(yù)報精度。此外，為了延長預(yù)見期，建議增加12h和24h的降水集合預(yù)報進行山洪預(yù)警，從而提高區(qū)域山洪預(yù)見期，為山洪預(yù)測提供及時、有效的決策依據(jù)。