赤山湖流域TIGGE降水预报精度评价研究

2020-07-28杜开连张佳丽

江苏水利 2020年7期

杜开连，葛忆，张佳丽，朱力

(句容市水利局，江苏镇江 212400)

由落地雨驱动水文模型进行洪水预报，其预见期为主雨停止时刻至洪峰出现的时距，是由流域产汇流特性决定的。为了提高流域洪水预报的精度，延长洪水预报的预见期，为流域防洪减灾赢得更多的应急响应时间，提高防洪调度的应急能力，应采取切实措施利用TIGGE等数值气象预报产品进行降水预报，提高洪水预报的精度，延长洪水预报的预见期。欧洲洪水预报系统计划于2003年启动后，最早开始将气象集合预报数值模式产品应用于洪水预报业务[1]。 2004年，欧洲中期天气预报中心在英国里丁召开了由气象和水文2个领域的科技工作者参加的国际水文集合预报试验第1次研讨会[2-3]。2005年世界气象组织启动了为期10年的THORPEX计划[4]，作为THORPEX的一个重要组成部分，TIGGE归档了全球范围内10个数值天气预报中心的集合预报产品[5-6]。目前，针对降雨预报能力的评估和集合预报，国内外学者已做了大量研究。例如，赵琳娜等[7]指出多模式集合预报可以改善单一模式的不确定性；包红军等[8]将TIGGE产品应用于淮河流域洪水预报，结果表明采用TIGGE集合预报产品，可以将洪水预报的预见期延长；杜雅玲等[9]利用TIGGE数据的中期降水预报评估了在江苏省的应用效果，发现各模式在对中雨以上等级降水存在较明显的漏报；ChenkaiCai等[10]将TIGGE集合预报产品应用于淮河流域，对TIGGE的ECMWF、KMA、JMA、UKMOCMA等5个模式的精度进行了评价，并进行了非线性集合校正研究。本文以赤山湖流域为研究区域，选用不同模式的降雨预报数据，结合流域实测降雨资料，对各模式在17 d预见期内的预报精度进行综合评价，旨在为研究TIGGE应用于赤山湖流域洪水预报提供科学依据。

1 研究区域概况

赤山湖流域集水面积527 km2，发源于秦淮河北支句容河的支流北河、中河与南西河，属丘陵山区和圩区混合地貌，亚热带湿润季风气候区，水文气象特点复杂，洪涝灾害频发。赤山湖流域出口有赤山闸控制泄流，流域下游地区分布着赤山湖内湖、西万亩圩等蓄滞洪区，这些蓄滞洪区是秦淮河流域调蓄洪水的重要措施，也是秦淮河流域全局防洪利益与赤山湖流域局部防洪利益冲突的焦点。

赤山湖流域有赤山闸、二圣水库、茅山水库、虬山水库、潘冲水库、马埂水库、李塔水库等自动测报雨量站，流域水系及测站分布见图1。

图1 赤山湖流域水系及测站分布示意

2 降水实测与预报资料

2.1 实测降水资料

收集了赤山湖流域2015—2018年汛期(5月1日至9月30日)赤山闸、二圣水库、茅山水库、虬山水库、潘冲水库、马埂水库、李塔水库7个雨量站的逐日实测雨量资料，采用泰森多边形法求得实测的流域面平均雨量系列。

2.2 TIGGE资料

目前TIGGE已经归档了全球多个气象业务中心或预报模式的短中期降水集合预报产品，预报时效达1～14 d。考虑到赤山湖流域1～7 d的降水量预报对流域防洪预报调度决策意义较大，本文降水预报最长预见期时长取为7 d。本文主要选取TIGGE的欧洲中期天气预报中心ECMWF、日本气象厅JMA、中国气象局CMA、英国气象局UKMO和韩国气象厅KMA预报模式[5-6]的7d预报降雨量。由于各个机构发布的降水预报时空分辨率有所不同，因此统一选用预报时间为每天的世界标准时间(00:00UTC)的预报产品，预报时长统一为7 d(共168 h)，时间序列为2015—2019年汛期(5月1日至9月30日)，分辨率为0.5°×0.5°。根据覆盖赤山湖流域的格点TIGGE模式降雨预报资料采用泰森多边形法，求得TIGGE模式预报的流域面平均雨量系列。

2.3 降水预报精度评价方法

通常采用雨量预报的均方根误差评价降雨预报的精度。均方根误差公式为

(1)

式中：fi为降雨预报值，mm；oi为降雨实测值，mm；n为样本容量。

除反映降水误差的RMSE指标外，还通常采用确报率、漏报率及空报率来评价预报的降水量级的准确程度。本文采用气象部门制定的24 h降雨量级多级划分标准。通常，气象上认为无雨即为降雨量为0；由于在实际进行洪水预报时，小于1 mm的时段降雨量对洪水的形成几乎没有直接的影响。因此，本文将的24 h无雨标准改为24 h降雨总量小于1 mm，其余不变。

为了能综合评价降雨预报精度，文献[10]在确报率、空报率和漏报率评价指标的基础上提出降雨预报三率综合评价方法：

Pi=w1·Ph,i+w2·(1-Pf,i)+w3·(1-Pm,i)

(2)

(3)