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汛期氣象科技支撐系列報道⑥
流域氣象預報服務中的科技力量

發布時間:2022年07月27日 來源:中國氣象報社

  國家氣象中心:

國省共享一張網 業務聯動護安瀾

  今年“龍舟水”期間,國家氣象中心(以下簡稱“氣象中心”)推動國家級-流域級-省級業務聯動,開通業務系統平臺共享互訪權限,加強珠江流域降水與水文氣象預報會商,著重強化流域上下游、左右岸影響,聯合研判流域致洪暴雨與水文氣象風險,切實做好流域暴雨洪澇氣象保障服務。

  一股繩多條線 國省聯動左右協同共戰“龍舟水”

  今年5月以來,珠江流域連續出現9次強降水過程?!褒堉鬯庇绊懫陂g,珠江流域降水累計雨量大,強降水過程頻繁、極端性強,廣東、廣西出現流域性洪水、大范圍城鄉內澇和地質災害。

  為持續推進國家級流域水文氣象預報技術方法和產品在省級層面的應用,氣象中心聯合珠江流域氣象中心開展技術攻關,提出符合珠江流域防汛減災實際需求的精細化自然流域11個分區和服務18個分區、369個中小流域分區,支撐珠江流域精細化預報服務與上下游、左右岸聯防聯控,發揮國家級單位業務指導作用。

  針對珠江流域嚴峻防汛形勢,氣象中心及時開展《流域水文氣象公報》業務并下發產品,指導開展珠江流域強降水對流域致洪致災精細化預報與影響分析研判,并通過多種方式提醒水文氣象風險較高的地區重點予以關注和防范。

  國省兩級氣象部門加強上下聯動,國家級業務單位之間強化左右協同,聯合做好流域氣象預報服務。據了解,“龍舟水”期間,氣象中心共制作重大氣象信息專報10期、氣象災害預警服務快報26期,其中,“龍舟水”期間,珠江流域水文氣象服務專題材料獲國務院總值班室表揚。

  一張網多模型 更加科學精細保障七大流域

  自中國氣象局長江、黃河、海河等七大流域氣象保障能力提升工作方案印發以來,氣象中心聯合七大流域氣象中心開展技術攻關和業務應用,全面升級全國江河流域面雨量監測預報,修訂七大流域面雨量監測預報業務規范,構建國家級-流域級-省級流域面雨量業務“一張網”。

  國家級首席預報員、中央氣象臺水文氣象預報團隊負責人包紅軍介紹,針對精細化防汛需求,氣象中心將七大江河流域劃分為127個子流域分區和3346個中小流域分區,通過統一流域基礎數據、實況計算方法,規范業務分工、流域會商與預報檢驗等流程,全面提升流域預報服務能力。

  “流域水文氣象涉及氣象、水文、地質等多個學科,流域災害成災機理復雜,我們的支撐模式技術必須更為科學精細?!卑t軍表示。為此,氣象中心發展了智能網格降水的水文氣象預報技術體系,研發流域無縫隙精細化定量降水預報與面雨量預報技術、組合架構松散耦合型分布式水文氣象模型,基于風險的中小河流洪水、山洪與地質災害等預報預警等技術,并集成至國家級水文氣象(氣象災害風險預警)業務系統平臺(簡稱“業務系統平臺”)開展業務應用。

  在流域短中期降水方面,今年以來,氣象中心指導預報暴雨TS評分較2021年同期提升20%以上;在流域短時強降水方面實現滾動訂正預報,并實現重點流域的分鐘級降水預報;在流域面雨量預報方面,實現逐0小時~168小時的江河流域-重點流域-中小流域多尺度精細化定值/跨度預報。

  氣象中心還發展具有自主知識產權的精細化水文氣象模型,針對不同流域水文氣象特性,氣象中心提出了基于智能網格降水的組合架構松散耦合型分布式水文氣象模型,面向全國開展不同水文氣象分區預報。

  針對中小河流洪水氣象風險預警,氣象中心確定了全國4254條中小河流致洪動態臨界面雨量閾值,構建國家級業務模型,開發紅橙黃藍四級動態臨界面雨量閾值與中小河流洪水氣象風險預警產品。

  一平臺多功能 推動國家級業務指導和技術支撐

  如何更好發揮國家級-流域級-省級流域面雨量業務“一張網”的作用?氣象中心副主任張恒德表示,氣象中心在發揮規范指引、產品指導、會商支持和科技創新的國家級業務單位引領作用的同時,積極指導七大流域氣象中心開展平臺建設,加大對七大流域氣象中心的業務支撐力度。氣象中心的業務系統平臺實現流域雨-水-災情多源監測、面雨量監測預報、災害風險預報預警、檢驗評估和歷史庫分析等功能,強力支撐流域水文氣象預報業務。

  目前,我國北方流域進入“七下八上”防汛關鍵期。受降水影響,遼河干流多個水文站仍超警戒水位,7月26日至28日,海河遼河流域將有較強降水,防汛形勢嚴峻?!拔覀円獜谋O測開始,對水文氣象災害進行全方位‘鏈條式’監測、預報、預警、防御工作,向更細更準發力?!卑t軍表示。(作者:羅瀾)

  6月9日16時,三峽水庫水位順利消落至汛限水位,提前1天完成消落任務。圖為船舶行駛在三峽五級船閘上游引航道 圖/新華網

長江流域:

氣象科技助力防汛備汛

  當前,長江流域已進入防汛關鍵期。入汛以來,長江流域出現多次強降雨過程,洞庭湖水系資水和沅江、鄱陽湖水系樂安河相繼發生編號洪水,流域內超警站點多,防洪形勢嚴峻。

  6月25日至27日,長江流域自西向東出現強降水天氣過程,其中長江上游的岷江、沱江、涪江、渠江以及長江上游干流等子流域累計面雨量達到30毫米到50毫米。受其影響,6月27日20時,三峽水庫入庫流量達每秒37000立方米。

  而早在8天前,長江流域氣象中心就提前“捕捉”到此次降水過程,明確指出上游岷沱江、嘉陵江以及長江上游干流等子流域面雨量可達30毫米以上,提出要密切關注此次降水過程對長江干流、漢江水雨情的影響,防范強降水誘發的中小河流洪水、山洪地質災害等。6月18日12時,長江水利委員會啟動洪水防御四級應急響應,密切關注陸水流域水雨情發展趨勢,科學開展湖庫調度,全力應對此次強降雨過程。

  幫助預報員精準把握致洪降雨的“利器”是長江流域氣象服務一體化業務平臺,在這個平臺上,空間分辨率為1公里*1公里、逐6分鐘更新的全流域降水估算、0小時~3小時全流域定量降水預報、0小時~240小時精細化降水預報已經形成了無縫隙的流域智能網格預報“組合”。

  “我們應用大數據挖掘、機器學習算法發展的流域降水智能網格預報技術,使得流域業務已經從粗放分區的面雨量預報向精細分區的網格預報轉變?!遍L江流域氣象中心水文氣象臺高級工程師孟英杰介紹,隨著長江流域氣象服務一體化業務平臺不斷升級完善,基于流域智能網格預報的洪水預報及風險評估,推動了水文氣象預報服務從單純的面雨量預報向水庫調度氣象風險服務拓展。

  5月12日,長江流域氣象中心與三峽集團梯級調度中心共同研判5月中下旬至6月上旬流域降水對消落調度的影響。隨后,長江流域氣象中心密切關注,滾動服務。

  更長預見期、更精準的水文預報成為科學調度的“指揮棒”。6月9日16時,三峽水庫水位消落至汛限水位145米,提前1天完成消落任務,長江流域納入聯合調度的控制性水庫共騰出防洪庫容約645億立方米,加上部分水庫消落至汛限水位以下的約165億立方米調節庫容,控制性水庫共有約810億立方米庫容可調蓄洪水,為迎戰流域可能發生的大洪水提供了技術支撐和有力保障。? (作者:李傲 李曲)

海河流域:

“海瀾平臺”實現信息共享共用

  “七下八上”華北雨季到來之際,由天津市氣象局開發的“海瀾-海河流域氣象信息共享平臺”(以下簡稱“海瀾平臺”)正式向海河流域各省市縣氣象部門開放應用,實現了流域氣象信息的共享共用。市氣象局充分發揮自主科研創新能力,以解決流域水文氣象業務發展的核心技術問題為目標開發此平臺,用科技筑牢流域防災減災第一道防線。

  “海瀾平臺注重氣象與水文信息的深度融合,這種融合不僅是數據共享,更是氣象水文數據的有效交互,為快速研判流域防汛抗旱形勢提供多元化參考依據?!碧旖蚴袣庀笈_副臺長楊曉君說,市氣象局依托“天擎”建成海河流域氣象水文信息專題庫,實現海河水利委員會共享的河道、水庫、堰閘等323站的水位、流量等水文信息與流域4937個氣象站點的氣象信息實時入庫,成為海瀾平臺的底層數據基座。

  市氣象局還建立海河流域近70年的致洪暴雨個例庫,構建暴雨概念模型,進一步提升洪水風險預報預警能力,為流域強降水以及可能引發洪水風險的會商研判提供支撐。氣象、水利等多部門數據實時進行云上融合、云上計算,為海瀾平臺做好監測預報預警服務提供了數據基礎。

  依據流域各省、市行政邊界和小流域聯防邊界,海瀾平臺為流域各省市縣氣象部門設計制作“三圈防御”自動報警功能,實現對冰雹、雷暴大風、強降雨等多種強天氣的自動告警,為各級氣象部門開展遞進式預報、漸進式預警、滾動式服務提供重要參考。

  在海河流域重點水庫以及雄安新區等核心位置,市氣象局新增海河流域11分區、特色分區、小流域聯防分區,為水庫防汛調度、白洋淀水資源調度以及重點區域防汛抗旱等決策提供支撐。以此,實現流域內各省上下互通、內外一致的水文氣象預報服務面雨量“一張圖”,更好地滿足流域防汛更高要求。

  為進一步提升面雨量預報能力,海瀾平臺增加了不同時效面雨量預報產品。預報時間分辨率提高到逐小時、面雨量預報延長至10天、流域降水過程預報延長至40天,實現了流域預報產品與水利部海委和流域內各省氣象部門的實時共享。

  目前,海瀾平臺實時提供“一張圖”的數據接口,有效支撐了“雄安新區氣象災害防御決策支撐平臺”和“雄安新區智慧氣象服務示范項目”的建設。(作者:張妍 陳宏)

淮河流域:

雷達監測網“捕捉”災害性天氣

  7月5日,受臺風“暹芭”影響,淮河流域出現暴雨和大暴雨天氣,其中安徽省亳州市譙城區普降大暴雨,10個鄉鎮出現特大暴雨,最強降水達到341.8毫米。安徽省氣象臺果斷提醒亳州市氣象臺于當日6時46分發布暴雨橙色預警信號,10時27分將暴雨預警信號提升為紅色。而此時在淮河流域的宿州靈璧縣和泗縣,正處于疫情防控的關鍵期,安徽省市縣三級氣象臺啟動防疫短臨氣象專題氣象服務,為疫情防控逐小時滾動提供準確及時的短臨預報服務。

  預報的底氣源于“基于新一代天氣雷達網的安徽省災害性天氣監測預警關鍵技術及應用”項目的成果轉化和實戰應用。2017年,安徽省氣象局完成阜陽新一代雙偏振天氣雷達的升級改造,并于次年投入業務運行。此后,省氣象局自主研發組網雷達數據的快速共享技術,依托“邊掃邊傳”的雷達數據流傳輸技術和“逐仰角循環更替”的拼圖技術,雷達拼圖更新頻率由10分鐘提高至3分鐘,雷達監測數據到預報員桌面時間縮短了6分鐘,為預報員精準“捕捉”快速發展的天氣系統提供了科技支撐。

  此外,省氣象局還研發定量降水監測與預警技術,實現淮河全流域精細到1公里*1公里 的實時監測,自主設計多種雷達定量估測降水方法的集成技術,定量降水估測準確率提升12%;發明用于優化雷達回波移動矢量場的再處理技術,結合拉格朗日非線性外推技術進行0~2小時的雷達回波外推預報,0~1小時災害性天氣臨近預報準確率由82%提高到93%;開展雷達資料同化技術的本地化應用,建立3公里分辨率、逐小時滾動更新的局地資料循環更新同化系統。同時,通過集合卡爾曼濾波同化方法改進數值模式溫度、濕度初始場信息,數值模式對2~6小時災害性天氣預報準確率由43%提高至52%。

  “得益于科研成果的業務應用,暴雨預警準確率提高了21%,暴雨預警提前了6分鐘?!卑不帐庀缶挚萍寂c預報處處長黃勇介紹,成果推廣應用到全國氣象部門,并在水利、交通等部門得以應用,取得顯著的社會效益和經濟效益。

  “安徽省氣象局圍繞雷達數據的快速共享、基于新一代天氣雷達監測網的災害性天氣實時監測、短時臨近預報等開展了系列關鍵技術研發,從無到有地建立了全省災害性天氣短時臨近預報業務體系,顯著增強了安徽災害性天氣的防御能力?!卑不帐庀缶志珠L胡雯告訴記者。(作者:王兵 薛中楊 陳衛佳)

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