【《降雨预报信息评价分析案例》3700字】

降雨预报信息评价分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u3524降雨预报信息评价分析案例 -1-217551.1降雨预报信息可利用性 -1-129451.1.1原理 -2-299731.1.2定性分析结果 -7-319731.2连续无雨历史规律分析 -9-1.1降雨预报信息可利用性基于预报信息的水库汛限水位动态控制，是指在确保水库和下游防洪安全的前提下，利用水文气象预报信息将汛期限制水位抬升的方法，其基本思想是在预见期内能下泄多少水量就在水库中超蓄多少水量。具体地，水库在上一场洪水尾水段实现超蓄后，可根据预报信息通过一定方式进行预泄，在下一次洪水到来之前，将水位降到原来的汛限水位或某一可确保安全的水位。因此，降雨和洪水预报信息是水库进行预蓄预泄的决策依据，预报信息的可靠性和准确性直接决定了水库在调度决策过程中的安全，即预报信息需满足一定的精度要求才能应用于水库实时调度，以保证防洪安全。以淮河水系响洪甸水库流域为例，基于其近几年短期降雨预报信息和实际水文气象资料，利用统计学原理分析未来24h预报降雨准确率，计算预报的准确率、漏报率、空报率等指标[10]。针对“三率”评价结果信息不够完整的问题，采用频率统计分析法，分析不同量级降雨预报条件下实际降雨量分布规律，研究其分布函数类型，根据统计学原理可推算出某级预报时各种频率对应的未来24h实际降雨量，即某级预报的实际降雨量概率分布。在此基础上，从雨洪资源利用风险最小的角度出发，构造一个既能反映级间偏差又能反映级内偏差的评价指标，从级间偏差、级内偏差、次预报可利用度、分级降雨可利用度等方面分析评价短期降雨预报信息的可利用。1.1.1原理1.1.1.1“三率”评价法三率评价指降雨预报数据的空报率、确报率和漏报率。现在的降雨预报是分级预报，只预报出未来降雨级别，即一个降雨量范围，尚不能预报出具体的降雨量。表1.1为24小时降雨等级表，当实况降雨量落在预报雨量等级的值域之内，即认为预报准确；当降雨量实况低于预报等级值域的下限，称为空报；当降雨量实况高于预报等级值域的上限，称为漏报。“三率”计算公式如下： （1.1）式中：为预报等级；为预报等级为等级的次数；为预报等级为级时预报正确的次数；为预报等级为级时漏报的次数。1.1.1.2条件概率评价法“三率”评价结果，给出的信息不够完整，比如“小雨漏报”，实际可能发生中雨、大雨、暴雨和大暴雨四种级别的降雨，在水库实时调度中，实际发生降雨的级别越高，偏离预报等级越远，防洪调度风险越大。因此在汛限水位动态控制过程中，还需要知道预报某一降雨预报量级条件下实际发生降雨量的概率分布规律，以便分析接到不同量级降雨预报信息时是否需要加大泄量。无雨小雨中雨大雨无雨小雨中雨大雨暴雨大暴雨预报降雨无雨小雨中雨大雨暴雨大暴雨实况降雨实际降雨量概率分布实际降雨量概率分布………图1.1预报各级降雨条件下实况降雨示意图因为本次使用降雨预报历史资料充足，采用频率分析法推求某一量级降雨预报的实际降雨量概率分布。具体步骤如下：（1） 收集近几年的实况和预报历史降雨资料系列；（2） 找出某级预报条件下的实际降雨值系列，i=1,2,…n；（3） 假定某级预报条件下的实况降雨量分布符合P-III型概率分布，用矩法估计参数，计算公式为： （1.2）上式中：为某级预报次数；为某级预报条件下的实际降雨值；为某级预报条件下的实际降雨系列的均值；为模比系数；为某级预报条件下的实际降雨系列的均方差；为变差系数（反映频率密度分配曲线的平均情况和离散程度）为偏态系数（反映频率密度分配曲线偏态情况）；。（4） 以上述矩法初步估算的统计参数为基础，采用适线法确定分布参数，得到某级预报条件下的实际降雨分布参数。（5） 用适线法确定的分布参数，计算某级预报时各种频率对应的未来24h实际降雨量，即某级预报的实际降雨量概率分布。在历史系列中分别找出无雨至大暴雨各预报等级下的实际降雨值，依照上述步骤，即可得到各预报等级下实际降雨量的概率分布。实时调度中，得到降雨预报信息后，根据预报等级的实际降雨量概率分布做风险分析，为汛限水位动态控制提供决策依据。1.1.1.3可利用度评价法“三率”评价和条件概率评价法，都只考虑预报降雨等级和实际降雨等级之间的符合程度，参考标准是两者等级是否相一致，一定程度上不能代表预报精确度度。同时，由表1.1可见从大雨以上量级（包含大雨），等级域宽非常大，即使预报等级与实况等级符合，其产雨量差也可能很大。所以构造一个既能反映级间偏差又能反映级内偏差的评价指标具有实际意义，可利用度评价就是这样的一个综合评价值，表现降雨预报雨量信息的可利用程度。（1）级间偏差如图1.3所示，图中数字1～6分别对应表1.1中无雨～大暴雨六个级别。实际j预报k……123456图实际j预报k……123456图1.3实际等级与预报等级偏差示意图 （1.3）式中：为降雨预报等级数（式中：=6）。式（1.3）可见，当预报与实况等级相同时，级间偏差指数为0，相差一个级别级间偏差指数增加，相差N-1级别时级间偏差指数为1。（2）级内偏差设实际发生等级（第级）的值域上限为，值域下限为，代表值为，实际值为，则定义级内偏差指数如下： （1.4）式中：为取整符号；为实际降雨量偏离所在等级代表值的度量步长，该步长可根据水库的调节能力确定，本研究取mm；为实际降雨量与所在等级代表值之间单位偏离的级内偏差指数变幅，本研究取。式（1.4）表示实际值与代表值每相差10mm时，其级内偏差增大0.1。代表值的选择如下： （1.5）式1.4、1.5表明：漏报时，实际值偏离预报值域下限得越远，级内偏差越大；在确报时，实际值偏离所在雨量级值域中值越远，级内偏差越大；在空报条件下，实际值偏离预报值域上限得越远，级内偏差越大。（3）次预报可利用度综合考虑级间与级内的偏差指数，定义一次降雨预报的可利用度如下： （1.6）式1.6表明：当级间偏差指数及级内偏差指数都为0时，即预报降雨等级与实际降雨等级相同，而且实际降雨量与所在等级值域代表值的绝对值小于10mm时，本次降雨预报的可利用度为1；越小短期降雨的可利用度越低。（4）分级降雨的可利用度以上步骤次预报可利用度为基础，可分别统计出预报某一量级降雨的平均可利用度，计算公式如下： （1.7）式中：为第i等级预报的平均可利用度；为第i等级降雨的预报次数。总体预报方案的平均可利用度为： （1.8）式中：为总体预报方案的平均可利用度；为所有量级降雨的总预报次数。1.1.2定性分析结果三率指标评价结果为：小雨准确率为94.11%

漏报率为5.89%

空报率为0.00%中雨准确率为61.34%

漏报率为16.57%

空报率为21.09%大雨准确率为24.76%

漏报率为19.05%

空报率为56.19%暴雨准确率为27.91%

漏报率为6.98%

空报率为65.12%条件概率评价结果：图1.2预测小雨概率分布图图1.3预测中雨概率分布图图1.4预测大雨概率分布图图1.5降雨预报数据级间偏差针对各量级气象预报利用可利用度计算方法，得到各预报等级可利用度评价综合表如下：1）当地小雨的雨情次数最多，预报等级最大为暴雨，实测大暴雨也仅有一次，所以在三率分析中只有四级预报的确报率、漏报率、空报率；通过小雨的概率分布图看可能存在比P-III型概率分布更适合的拟合曲线函数分布。除此之外曲线的拟合度较好，通过适线法确定了实际降雨分布参数，即可用来计算对应等级预报时的实际降雨量概率分布。2）同时降雨预报数据级间偏差见图1.5，当预报等级准确时偏差值为0，预报等级与实测等级偏差越大值越接近1，纵轴为统计预报与实测的样本次数。由此可见所用数据降雨预报精确度较高，可用此指标在汛限水位动态控制过程中对降雨预报信息精度评价提供必要信息，在具体地区进行降雨预报信息精度评价时还需要根据当地情况加以判断。3）无雨及小雨预报样本容量多、准确率较高，综合可利用度大于84%，随着预报等级上升可利用度也在下降。无雨和小雨预报情况较为适合基于“预蓄预泄”法的汛限水位动态控制。4）从表中分析出降雨预报信息可利用度随着预报量级的升高而降低，其中当地的大暴雨由于样本容量仅有1场分析得在预报大暴雨空报的情况下可利用度只有0.2。1.2连续无雨历史规律分析连续无雨历时是进行“预蓄预泄”法中的前期兴利预泄库容设计的基础资料。因此应借由历时连续无雨历时统计分析预报无雨期规律。通过曲英杰的研究，我国连续无雨历时符合负指数分布。概率密度函数形式如下：（1.9）（1.10）上式中，d为连续无雨历时期时长，d为无雨期历时时长的平均值，d0（1）收集近几年的实际降雨资料系列；（2）统计无雨期历时系列，，为实际降雨资料系列中发生连续无雨的次数；（3）找出最短的无雨期历时，计算无雨期历时的平均值。 （1.11）（4）将、代入式（1.9）中，得到无雨期历时的概率分布，根据前述简化原则，此分布即为历史连续无雨历时的概率分布。表1.3无雨期历时统计表无雨期历时（天）频数频率1360.1712300.1433280.1334190.0905170.0816230.1107100.048870.033950.0241070.0331130.0141250.0241310.0051440.0191610.0051710.0051820.0101930.0142020.0102310.0052510.0052910.00