基于修正氣象降水集合預(yù)報(bào)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(jìn)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(bào)預(yù)警一直是研究難點(diǎn)和熱點(diǎn)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(shí)際降水進(jìn)行預(yù)警，其預(yù)警時(shí)間較短，很難為轉(zhuǎn)移人員提供充分的時(shí)間，因此結(jié)合氣象預(yù)報(bào)降水，提高預(yù)警時(shí)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(bào)模式進(jìn)行山洪預(yù)警，而未能考慮氣象降水集合預(yù)報(bào)下的山洪預(yù)警，為此文章以本溪地區(qū)為具體實(shí)例，采用氣象降水集合預(yù)報(bào)模式對本溪地區(qū)山洪預(yù)警模式進(jìn)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(jià)值[3-5]。

1 氣象降水集合預(yù)報(bào)模式的山洪預(yù)警方法

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

1)計(jì)算研究預(yù)警站點(diǎn)當(dāng)前時(shí)刻的Pa+P+PⅡ值，其中Pa為前期雨量影響值，其可通過站點(diǎn)降水徑流關(guān)系獲取，P為累積降雨量值，mm，PⅡ?yàn)榍耙粫r(shí)段降雨累積值，mm。

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

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

2 預(yù)警等級標(biāo)準(zhǔn)的劃分

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

1)在對預(yù)警站點(diǎn)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(bào)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(jìn)行耦合，按照其耦合量級的大小對不同等級山洪進(jìn)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(bào)模式的預(yù)警等級劃分結(jié)果

3 實(shí)例研究

以本溪地區(qū)的南甸水文站為具體研究實(shí)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(jìn)行確定，并結(jié)合區(qū)域兩場典型實(shí)測洪水，對氣象降水集合預(yù)報(bào)模式下的山洪預(yù)警進(jìn)行探討。

3.1 氣象降水集合預(yù)報(bào)

采用國內(nèi)應(yīng)用較為成熟的兩種氣象集合預(yù)報(bào)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(jìn)行預(yù)報(bào)，氣象降水集合預(yù)報(bào)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(bào)結(jié)果

表2 “20180730”氣象降水集合預(yù)報(bào)結(jié)果

通過對南甸降雨徑流關(guān)系進(jìn)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(bào)模式下的雨量預(yù)警結(jié)果可看出，兩種氣象集合預(yù)報(bào)模式下的雨量預(yù)警效果總體不高，這主要是因?yàn)閮煞N氣象集合預(yù)報(bào)模式在大雨量級下的預(yù)報(bào)值有所偏低，使得當(dāng)實(shí)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(bào)值比實(shí)際降雨值要偏低，使得未能及時(shí)預(yù)警，由此可見，氣象降水集合預(yù)報(bào)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(diǎn)雨量頻率曲線，對區(qū)域大雨量級的概率進(jìn)行獲取，對其大雨量級預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)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(shí)際雨量頻率曲線，按照文章前面所述的雨量預(yù)報(bào)修正方法對不同氣象降水集合預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)行預(yù)警，對其修正后的預(yù)警效果進(jìn)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(bào)模式降雨預(yù)報(bào)值進(jìn)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(shí)際預(yù)警效果可看出，CMA降水集合預(yù)報(bào)模式下的山洪預(yù)警效果總體好于JMA降水集合預(yù)報(bào)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(shí)進(jìn)行紅色預(yù)警，但采用JMA降水集合預(yù)報(bào)產(chǎn)品下其預(yù)警等級為橙色預(yù)警，和實(shí)際預(yù)警情況吻合度不如CMA氣象降水集合預(yù)報(bào)產(chǎn)品[12]。采用雨量站點(diǎn)的實(shí)際雨量頻率曲線進(jìn)行預(yù)報(bào)值的耦合修訂后，兩種氣象降水集合預(yù)報(bào)在大雨量級的降雨預(yù)報(bào)精度有所提升，使得其預(yù)警效果有所改善。為了更好的實(shí)現(xiàn)本溪地區(qū)突發(fā)山洪的預(yù)警效果，建議在實(shí)際預(yù)警過程中對多個(gè)降水集合預(yù)報(bào)產(chǎn)品進(jìn)行耦合，設(shè)置不同氣象預(yù)報(bào)產(chǎn)品的權(quán)重，提高其大雨量級的預(yù)報(bào)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(bào)進(jìn)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(shí)、有效的決策依據(jù)。

4 研究結(jié)論

1)氣象降水集合預(yù)報(bào)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(diǎn)雨量頻率曲線，對區(qū)域大雨量級的概率進(jìn)行獲取，對其大雨量級預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)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(bào)模式下的山洪預(yù)警效果總體好于JMA降水集合預(yù)報(bào)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(shí)進(jìn)行紅色預(yù)警，但采用JMA降水集合預(yù)報(bào)產(chǎn)品下其預(yù)警等級為橙色預(yù)警，和實(shí)際預(yù)警情況吻合度不如CMA氣象降水集合預(yù)報(bào)產(chǎn)品。

3)為了更好的實(shí)現(xiàn)本溪地區(qū)突發(fā)山洪的預(yù)警效果，建議在實(shí)際預(yù)警過程中對多個(gè)降水集合預(yù)報(bào)產(chǎn)品進(jìn)行耦合，設(shè)置不同氣象預(yù)報(bào)產(chǎn)品的權(quán)重，提高其大雨量級的預(yù)報(bào)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(bào)進(jìn)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(shí)、有效的決策依據(jù)。