精細化降水數值預報在柘溪水電廠的應用及效果分析

2018-01-19 08:37:30李麗郭俊徐勛建馮濤楊莉

湖南電力 2017年6期

李麗，郭俊，徐勛建，馮濤，楊莉

(1.電網輸變電設備防災減災國家重點實驗室，湖南長沙410129；2.國網湖南省電力公司防災減災中心，湖南長沙410129)

降水量是水電廠生產調度中最重要的不確定性因子〔2〕。目前水電廠流域降水預報主要有兩種來源，一是當地氣象臺發布的未來24 h，48 h降水，按降水量大小劃分為無雨 (＜0.1 mm)、小雨 (0.1－10 mm)、中雨 (10－25 mm)、大雨 (25－50 mm)、暴雨及以上 (＞50 mm)，實際生產中降水的“五級” 劃分標準過于粗略〔3－5〕；二是數值模式降水預報，目前比較容易獲得的數值模式結果有美國GFS和歐洲ECMWF降水預報，其網格分辨率為0.5°×0.5°(約為50 km×50 km)，在水電廠流域內一般只有幾十個網格點，代表性差〔6〕。因此，水電廠實際生產調度中亟需精細化定量降水預報。文中以湖南柘溪水電廠為例，分析精細化降水數值預報在水電廠的應用及效果。

1 數據和方法簡介

1.1 數值模式

文中使用的數值天氣預報模式 (WRF，Weather Research and Forecasting Model)是氣象界廣泛應用的、技術成熟的、預測準確度高的中尺度數值天氣預報模式。模式采用雙重嵌套網格，外層網格覆蓋全國，分辨率為9×9 km，內層嵌套網格覆蓋湖南，分辨率為3×3 km，以GFS分析場為預報初值場，每天進行兩次計算。柘溪流域共有2 511個網格點，所有網格點的降水預報平均值為預報的面雨量。

1.2 柘溪水庫簡介

柘溪流域位于湖南中部，流域面積22 600 km2，柘溪水電廠共有32個自建雨量站，根據32個雨量站位置分布，將柘溪流域劃分為32個泰森多邊形，根據泰森多邊形的面積設定每個雨量站的權重系數，32個雨量站降水量的加權平均即為流域實際面雨量。

1.3 預報降水量準確度分析

以柘溪流域逐日實際面雨量為基礎，預報面雨量值在實際面雨量值的±20%或±5 mm(二者取大值)以內，為降水量預報準確；預報面雨量值在實際面雨量值的±40%或±10 mm(二者取大值)以內，為降水量預報基本準確；否則，為降水量預報不準確。

2 柘溪水電廠精細化降水數值預報效果分析

通過分析柘溪流域1995—2015年平均的逐旬面雨量 (圖1)，發現柘溪流域存在明顯的降水集中期，每年的5月上旬到7月中旬為主汛期。

圖1 柘溪流域1995—2015年平均逐旬降水量

2.1 春夏轉換期降水預報效果分析

每年4—5月為柘溪流域汛期開始時間，降水以小雨、中雨為主，大雨也有較大出現頻率。通過柘溪流域面雨量實際值與預報值對比 (圖2)，可知數值模式精細化降水預報 (表1)對4—5月中雨、大雨降雨量準確預報率達50%～60%，但由于處于春夏季節轉換期，環流系統不穩定，對中雨、大雨的預報存在20%的誤差。

圖2 柘溪流域4—5月逐日降水量預報值與實際值對比

表1 柘溪流域4—5月逐日降水量預報準確度分析 %

2.2 前夏期降水預報效果分析

每年6—7月為柘溪流域的主汛期，暴雨、大雨出現最為頻繁，小雨和中雨出現頻率有所降低。通過面雨量實際值與預報值的對比 (圖3)，可知數值模式精細化降水預報 (表2)對暴雨、大雨降水量的預報準確率很高，暴雨降水量預報準確率為100%，大雨降水量預報準確和基本準確率為72%，但對中雨降水量的預報存在較大誤差，不準確高達37%。

圖3 柘溪流域6—7月逐日降水量預報值與實際值對比

表2 柘溪流域6—7月逐日降水量預報準確度分析 %

2.3 后夏－秋季降水預報效果分析

每年8—10月，柘溪流域的主汛期基本結束，降水量級和降水頻次都有明顯減弱，但受夏季局地對流和臺風系統影響，仍有大雨、中雨出現。通過面雨量實際值與預報值的對比 (圖4)，可知數值模式精細化降水預報 (表3)對大雨降水量的預報準確率高達71%，中雨降水量預報準確和基本準確率為75%，對小雨和無雨情況降水量預報不準確率只有3%。