集合降雨预报驱动洪水预报模型的铁甲水库洪水预报研究
宁作鹏
【摘 要】摘要：以铁甲水库为例，对集合预报的短期降雨量分别采用Talagrand分布、Brier评分与TS评分进行对比分析和定量评估，然后对新安江模型洪水模拟过程分别利用NCEP预报降雨和实测降雨进行驱动。结果表明：在低雨量级降雨预报过程中各集合预报中心均呈现出较好的效果，随预见期的增长各雨量级的预报效果逐渐增大，并且具有漏报率偏低、空报率较高的现象；在新安江模型洪水预报时可利用集合降雨预报信息，从而显著提高预见期。 【期刊名称】水利技术监督 【年(卷),期】2019(000)003 【总页数】4
【关键词】洪水预报模型；集合降雨预报；新安江模型；铁甲水库
降雨信息在很大程度上是决定水文预报精度的重要驱动数据，通常情况下可根据地面雨量站网获取降雨数据，但对水文预报驱动模型利用实测降雨数据驱动时，下垫面条件以及流域内降雨特点等因素可对预见期产生显著影响，从而对预报时效产生一定影响[1,2]。据此，驱动水文预报的重要依据逐渐转变为及时、定量、准确的降雨预报，在流域洪水预报作业中已有学者运用降雨预报信息开展研究，如包红军等[3]在淮河流域洪水预报中，运用集合降雨预报；张洪刚等[4]利用洪水预报模型与预报降水耦合试验，分析了长江三峡水库区间流域。影响洪水预报的主要因素为准确、可靠的降雨预报，单一的确定性数值降雨预报为目前应用较为常见的方法，该方法具有模式误差、大气自身混沌以及初值误差等特点，因此预测结果通常具有很大的不确定性与随机性，在处理预报结果
不确定性问题时集合预报技术具有较好的适用性[5]。对单一的定值预报通过多成员、多模式的扰动预报技术可转变为多集成、多模式的概率预报，对于延长洪水预见期以及提高降雨预报准确率具有重要的现实意义。
近年来，鸭绿江支流柳林河上游的铁甲水库下垫面发生了较为明显的改变，从而增加了洪水预报难度，并对铁甲水库洪水预见期和预报精度提出了更高的要求。鉴于此，本文以铁甲水库为例，结合降雨实测资料和3种不同集合降雨预报产品，分别对各模式短期预报效果利用多项评测指标与Talagrand分布图、Brier评分和TS评分进行评估[6]。然后利用实测降雨和NCEP降雨预报驱动新安江模型，对比分析了模型洪水模拟效果，验证了洪水预报中集合降雨预报的可行性与准确性[7]。
1 数据来源
1.1 区域概况
铁甲水库位于柳林河上游，是一座以生活与工农业供水为主，兼顾旅游开发、养鱼、发电等功能的大型水利枢纽工程。水库控制河道长27.4km，流域控制面积241.0km2，属于温带半湿润季风气候区，冬无严寒、夏无酷暑，年均气温8℃。径流区域降雨充沛，年降水量在800～1200mm范围，其中每年的7、9月占全年降雨量的65%以上，并且多以暴雨和强降雨为主。流域内气候凉湿，植被覆盖率较低，下游区域植被以栎林为主，其他区域主要是以枫桦、红松为主的针阔叶混交林。沿江可耕地面积8.9万hm2，主要农作物类型有水稻、大麦、小米、大豆，土壤有机质含量较低且土质疏松，在水力和风力侵蚀作用下极易被溶蚀，土壤抗冲刷能力较差。由于特殊的气候环境与地貌特征，使得该区域洪水预见期和降雨汇流时间较短，延长洪水预见期已成为水库实时洪水调
度的迫切需求[8]，利用实测降雨和NCEP降雨预报驱动新安江模型[9]，对于提升水库防洪综合效益具有重要意义。 1.2 TIGGE资料整理
每小时降雨观测资料来源于2012—2016年鸭绿江流域各雨量站3～10h观测数据，集合预报降雨资料由TIGGE中心提供，其中空间分辨率为0.5°，累计最小预报时间为6h。实测资料与格点资料分别为站点数据和TIGGE降雨预报数据，由于落入鸭绿江流域内的格点较少，所以可通过双线性差值法转化为站点资料，然后进行降雨预报可行性检验分析[10]。
由于现有雨量分级标准与TIGGE中心提供的降雨预见期不同，因此可按照随着时段的增加不同累计时段在同一降雨量级的降雨量成倍递增的原则，进一步划分雨量级。根据12与1h降雨量可插值得到6h标准，并且大暴雨及以上降雨次数在鸭绿江流域较少，因此未考虑该级别降雨，按照上述原则与方法得到雨量级别划分，见表1。
2 预报评估方法
2.1 TS评分和偏差Bias分析
不确定性集合预报具有概率与定量预报的综合特征，因此本文对定量预报效果分别采用TS与偏差Bias进行分析，并对概率预报技巧的合理性与预报精度利用Brier与CRPS评分进行评估。
TS评分是用于观测和度量某时间发生的准确率参数，因此可称为临界成功指数CSI，在我国降雨预报分析中的应用最为常见[11]。在中值预报和集合平均评估中，预报准确率随TS值的增大而增高，计算方法为： TS=NA/(NA+NB+NC)
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