考虑降水预报的三峡入库洪水集合概率预报方法比较

巴欢欢; 郭生练; 钟逸轩; 刘章君; 吴旭树; 何绍坤

doi:10.14042/j.cnki.32.1309.2019.02.004

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考虑降水预报的三峡入库洪水集合概率预报方法比较

巴欢欢, 郭生练, 钟逸轩, 刘章君, 吴旭树, 何绍坤

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巴欢欢, 郭生练, 钟逸轩, 刘章君, 吴旭树, 何绍坤. 考虑降水预报的三峡入库洪水集合概率预报方法比较[J]. 水科学进展, 2019, 30(2): 186-197. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.02.004

引用本文:

BA Huanhuan, GUO Shenglian, ZHONG Yixuan, LIU Zhangjun, WU Xushu, HE Shaokun. Comparative study on probabilistic ensemble flood forecasting considering precipitation forecasts for the Three Gorges Reservoir[J]. Advances in Water Science, 2019, 30(2): 186-197. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.02.004

Citation:

BA Huanhuan, GUO Shenglian, ZHONG Yixuan, LIU Zhangjun, WU Xushu, HE Shaokun. Comparative study on probabilistic ensemble flood forecasting considering precipitation forecasts for the Three Gorges Reservoir[J]. Advances in Water Science, 2019, 30(2): 186-197. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.02.004

考虑降水预报的三峡入库洪水集合概率预报方法比较

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.02.004

1.
武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室, 湖北武汉 430072;
2.
江西省水利科学研究院, 江西南昌 330029

基金项目: 国家自然科学基金资助项目（51539009）；国家重点研发计划资助项目（2016YFC0402206）

详细信息

作者简介:
巴欢欢(1992-),女,河南灵宝人,博士研究生,主要从事水文水资源研究。E-mail:hhba@whu.edu.cn

通讯作者:
郭生练,E-mail:slguo@whu.edu.cn

中图分类号: TV124

Comparative study on probabilistic ensemble flood forecasting considering precipitation forecasts for the Three Gorges Reservoir

1.
State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science, Wuhan University, Wuhan 430072, China;
2.
Jiangxi Provincial Institute of Water Sciences, Nanchang 330029, China

Funds: The study is financially supported by the National Natural Science Foundation of China (No.51539009) and the National Key R&D Program of China (No.2016YFC0402206)

摘要: 为了考虑预见期内降水预报的不确定性对洪水预报的影响，采用中国气象局、美国环境预测中心和欧洲中期天气预报中心的TIGGE（THORPEX Interactive Grand Global Ensemble）降水预报数据驱动GR4J水文模型，开展三峡入库洪水集合概率预报，分析比较BMA、Copula-BMA、EMOS、M-BMA 4种统计后处理方法的有效性。结果表明：4种统计后处理方法均能提供一个合理可靠的预报置信区间；其期望值预报精度相较于确定性预报有所提高，尤其是水量误差显著减小；M-BMA方法概率预报效果最佳，它能够考虑预报分布的异方差性，不需要进行正态变换，结构简单，应用灵活。
- 数值降水预报 /
- 水文集合预报 /
- 统计后处理 /
- 概率预报 /
- 三峡水库
Abstract: To investigate how uncertainty in precipitation forecasts impacts flood forecasting,the THORPEX Interactive Grand Global Ensemble (TIGGE) data extracted from the China Meteorological Administration (CMA),the National Center for Environmental Prediction (NCEP) and the European Center for Medium-range Weather Forecast (ECMWF) were used to establish the GR4J hydrological model such that probabilistic ensemble flood forecasting is explored for the Three Gorges Reservoir. The effectiveness of four statistical post-processing methods,including Bayesian Model Averaging (BMA),Copula-BMA,Ensemble Model Output Statistics (EMOS) and the Modified Bayesian Model Averaging (M-BMA) methods,were compared and analyzed. The results showed that each of the four methods could provide a reasonable and reliable confidence interval on prediction. Besides,compared with the raw deterministic forecasts,the forecast accuracy of expected values associated with the four methods was improved,where the forecast error in water volume was significantly reduced. Furthermore,the M-BMA method performed the best because it considered the heteroscedasticity of the predictive distribution,without conducting a normal transformation,which could be much simpler and more flexible in practice.
- numerical precipitation forecast /
- hydrological ensemble prediction /
- post-processing /
- probabilistic forecast /
- Three Gorges Reservoir

[1]	左利钦, 陆永军, 王洪杨, 郑力, 李鑫. 荆江河段泥沙冲淤对三峡水库汛期排沙的响应 . 水科学进展, 2023, 34(1): 115-125. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2023.01.011
[2]	张帮稳, 吴保生, 章若茵. 三峡库区汛期洪峰和沙峰异步运动特性的三维数值模拟 . 水科学进展, 2021, 32(3): 408-417. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2021.03.009
[3]	张为, 李昕, 任金秋, 董炳江. 梯级水库蓄水对三峡水库洪峰沙峰异步特性的影响 . 水科学进展, 2020, 31(4): 481-490. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.04.002
[4]	王俊, 郭生练. 三峡水库汛期控制水位及运用条件 . 水科学进展, 2020, 31(4): 473-480. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.04.001
[5]	唐小娅, 童思陈, 许光祥, 黄国鲜, 王涛. 三峡水库汛期泥沙淤积对坝前水位的滞后响应 . 水科学进展, 2019, 30(4): 528-536. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.04.008
[6]	韩剑桥, 张为, 袁晶, 赵瑾琼. 三峡水库下游分汊河道滩槽调整及其对水文过程的响应 . 水科学进展, 2018, 29(2): 186-195. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.02.005
[7]	朱玲玲, 许全喜, 熊明. 三峡水库蓄水后下荆江急弯河道凸冲凹淤成因 . 水科学进展, 2017, 28(2): 193-202. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2017.02.004
[8]	李文杰, 李娜, 杨胜发, 王涛. 基于挟沙力的三峡水库泥沙淤积形态分析 . 水科学进展, 2016, 27(5): 726-734. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.05.010
[9]	朱玲玲, 许全喜, 戴明龙. 荆江三口分流变化及三峡水库蓄水影响 . 水科学进展, 2016, 27(6): 822-831. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.06.004
[10]	李文杰, 杨胜发, 付旭辉, 肖毅. 三峡水库运行初期的泥沙淤积特点 . 水科学进展, 2015, 26(5): 676-685. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.05.009
[11]	徐兴亚, 方红卫, 张岳峰, 赖瑞勋, 黄磊, 刘晓波. 河道洪水实时概率预报模型与应用 . 水科学进展, 2015, 26(3): 356-364. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.03.007
[12]	陆桂华, 吴娟, 吴志勇. 水文集合预报试验及其研究进展 . 水科学进展, 2012, 23(5): 728-734. doi: CNKI: 32.1309.P.20120824.1606.016
[13]	曹绮欣, 孙昭华, 冯秋芬. 三峡水库调节作用对长江近河口段水文水动力特性影响 . 水科学进展, 2012, 23(6): 844-850. doi: CNKI: 32.1309.P.20121101.1756.006
[14]	罗优, 陈立, 许文盛, 苏畅. 三峡水库下游宜昌—昌门溪河段河床调整分析 . 水科学进展, 2011, 22(6): 807-812.
[15]	赵炎, 曾源, 吴炳方, 王强, 袁超, 许志榕. 三峡水库香溪河支流水域温室气体排放通量观测 . 水科学进展, 2011, 22(4): 546-553.
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[18]	郭文献, 夏自强, 王远坤, 韩帅. 三峡水库生态调度目标研究 . 水科学进展, 2009, 20(4): 554-559.
[19]	曹勇, 陈吉余, 张二凤, 陈沈良, 曹卫承. 三峡水库初期蓄水对长江口淡水资源的影响 . 水科学进展, 2006, 17(4): 554-558.
[20]	彭杨, 李义天, 张红武. 三峡水库汛末蓄水时间与目标决策研究 . 水科学进展, 2003, 14(6): 682-689.

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考虑降水预报的三峡入库洪水集合概率预报方法比较

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.02.004

1. 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室, 湖北武汉 430072;

2. 江西省水利科学研究院, 江西南昌 330029

基金项目: 国家自然科学基金资助项目（51539009）；国家重点研发计划资助项目（2016YFC0402206）

作者简介:
巴欢欢(1992-),女,河南灵宝人,博士研究生,主要从事水文水资源研究。E-mail:hhba@whu.edu.cn

通讯作者: 郭生练,E-mail:slguo@whu.edu.cn

收稿日期: 2018-09-11
刊出日期: 2019-04-25

中图分类号: TV124

关键词:

摘要: 为了考虑预见期内降水预报的不确定性对洪水预报的影响，采用中国气象局、美国环境预测中心和欧洲中期天气预报中心的TIGGE（THORPEX Interactive Grand Global Ensemble）降水预报数据驱动GR4J水文模型，开展三峡入库洪水集合概率预报，分析比较BMA、Copula-BMA、EMOS、M-BMA 4种统计后处理方法的有效性。结果表明：4种统计后处理方法均能提供一个合理可靠的预报置信区间；其期望值预报精度相较于确定性预报有所提高，尤其是水量误差显著减小；M-BMA方法概率预报效果最佳，它能够考虑预报分布的异方差性，不需要进行正态变换，结构简单，应用灵活。

English Abstract

Comparative study on probabilistic ensemble flood forecasting considering precipitation forecasts for the Three Gorges Reservoir

1. State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science, Wuhan University, Wuhan 430072, China;

2. Jiangxi Provincial Institute of Water Sciences, Nanchang 330029, China

Funds: The study is financially supported by the National Natural Science Foundation of China (No.51539009) and the National Key R&D Program of China (No.2016YFC0402206)

Received Date: 2018-09-11
Publish Date: 2019-04-25

Keywords:

Abstract: To investigate how uncertainty in precipitation forecasts impacts flood forecasting,the THORPEX Interactive Grand Global Ensemble (TIGGE) data extracted from the China Meteorological Administration (CMA),the National Center for Environmental Prediction (NCEP) and the European Center for Medium-range Weather Forecast (ECMWF) were used to establish the GR4J hydrological model such that probabilistic ensemble flood forecasting is explored for the Three Gorges Reservoir. The effectiveness of four statistical post-processing methods,including Bayesian Model Averaging (BMA),Copula-BMA,Ensemble Model Output Statistics (EMOS) and the Modified Bayesian Model Averaging (M-BMA) methods,were compared and analyzed. The results showed that each of the four methods could provide a reasonable and reliable confidence interval on prediction. Besides,compared with the raw deterministic forecasts,the forecast accuracy of expected values associated with the four methods was improved,where the forecast error in water volume was significantly reduced. Furthermore,the M-BMA method performed the best because it considered the heteroscedasticity of the predictive distribution,without conducting a normal transformation,which could be much simpler and more flexible in practice.

引用本文:

Citation:

BA Huanhuan, GUO Shenglian, ZHONG Yixuan, LIU Zhangjun, WU Xushu, HE Shaokun. Comparative study on probabilistic ensemble flood forecasting considering precipitation forecasts for the Three Gorges Reservoir[J]. Advances in Water Science, 2019, 30(2): 186-197. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.02.004

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考虑降水预报的三峡入库洪水集合概率预报方法比较

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.02.004

作者简介: 巴欢欢(1992-),女,河南灵宝人,博士研究生,主要从事水文水资源研究。E-mail:hhba@whu.edu.cn

通讯作者: 郭生练,E-mail:slguo@whu.edu.cn

Comparative study on probabilistic ensemble flood forecasting considering precipitation forecasts for the Three Gorges Reservoir

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考虑降水预报的三峡入库洪水集合概率预报方法比较

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.02.004

1. 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室, 湖北 武汉 430072; 2. 江西省水利科学研究院, 江西 南昌 330029

作者简介: 巴欢欢(1992-),女,河南灵宝人,博士研究生,主要从事水文水资源研究。E-mail:hhba@whu.edu.cn

通讯作者: 郭生练,E-mail:slguo@whu.edu.cn

English Abstract

Comparative study on probabilistic ensemble flood forecasting considering precipitation forecasts for the Three Gorges Reservoir

1. State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science, Wuhan University, Wuhan 430072, China; 2. Jiangxi Provincial Institute of Water Sciences, Nanchang 330029, China

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作者简介:
巴欢欢(1992-),女,河南灵宝人,博士研究生,主要从事水文水资源研究。E-mail:hhba@whu.edu.cn

通讯作者:
郭生练,E-mail:slguo@whu.edu.cn

1. 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室, 湖北武汉 430072;

2. 江西省水利科学研究院, 江西南昌 330029

作者简介:
巴欢欢(1992-),女,河南灵宝人,博士研究生,主要从事水文水资源研究。E-mail:hhba@whu.edu.cn

1. State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science, Wuhan University, Wuhan 430072, China;

2. Jiangxi Provincial Institute of Water Sciences, Nanchang 330029, China