吴泽宁,申言霞,王慧亮

• 1:郑州大学水利与环境学院

摘要(Abstract)：

全球气候变化和快速城市化改变了城市水循环过程,加剧了城市暴雨洪涝问题。为有效预报洪水,减轻洪涝灾害,借助水文水力模型对城市水循环的各个环节进行模拟。而单一暴雨预报数据的不确定性是使用水文水力模型模拟预报洪水面临的重大挑战。从城市雨洪模型输入不确定性的角度出发,回顾了暴雨预报技术的发展历程,总结了各种预报方法的特点、适用性和局限性,指出基于单一暴雨预报数据驱动模型预报洪水的不足,提出多源暴雨预报数据融合的基本框架。未来应强化降雨观测和定量降水预报能力,发展多源信息耦合技术,实现高精度、长预见期的洪水预报,为城市防洪减灾提供依据。

关键词(KeyWords)： 城市洪水预报;不确定性;多源暴雨预报数据;融合

Abstract:

Keywords:

基金项目(Foundation): 国家自然科学基金重点基金项目(51739009)

作者(Author): 吴泽宁,申言霞,王慧亮

DOI: 10.13928/j.cnki.wrahe.2018.11.003

参考文献(References)：

• [1]胡彩虹,王金星.流域产汇流模型及水文模型[M].郑州:黄河水力出版社,2009.
• [2]王浩,李扬,任立良,等.水文模型不确定性及集合模拟总体框架[J].水利水电技术,2015,46(6):21-26.
• [3]马旭林,陆续,于月明,等.数值天气预报中集合—变分混合资料同化及其研究进展[J].热带气象学报,2014,30(6):1188-1195.
• [4]许继军,高冰,杨大文.分布式水文模型结合雷达预测降雨用于三峡区间的洪水预报[J].长江科学院院报,2007,24(6):42-48.
• [5]崔春光,彭涛,沈铁元,等.定量降水预报与水文模型耦合的中小流域汛期洪水预报试验[J].气象,2010,36(12):56-61.
• [6]彭涛,宋星原,殷志远,等.雷达定量降水估算在水文模式汛期洪水预报中的应用试验[J].气象,2010,36(12):50-55.
• [7]徐炜,鹏勇.基于数值降雨预报信息的中期径流预报方案研究[J].水力发电学报,2016,35(6):11-19.
• [8]覃建明,陈洋波,王幻宇.泰森多边形降雨插值方法在流溪河模型洪水预报中的应用[J].中国农村水利水电,2017(1):88-93.
• [9]曾思育,杜鹏飞,陈吉宁.流域污染负荷模型的比较研究[J].水科学进展,2006,17(1):108-112.
• [10]包红军,赵琳娜.基于集合预报的淮河流域洪水预报研究[J].水利学报,2012,43(2):216-224.
• [11] SEMADENI-DAVIES A,HERNBRING C,SVENSSON G,et al.The impacts of climate change and urbanization on drainage in Helsingborg,Sweden:Suburban stormwater[J]. Journal of hydrology,2008,350(1-2):114-125.
• [12] NIEMCZYNOWICZ J. Urban hydrology and water management—present and future challenges[J]. Urban water,1999,1(1):1-14.
• [13]张强,涂满红,马舒庆,等.自动雨量站降雨资料质量评估方法研究[J].应用气象学报,2007,18(3):365-372.
• [14]李致家,刘金涛,葛文忠,等.雷达估测降雨与水文模型的耦合在洪水预报中的应用[J].河海大学学报(自然科学版),2004,32(6):601-606.
• [15] EMMANUEL I,ANDRIEU H,LEBLOUIS E,et al. Temporal and spatial variability of rainfall at the urban hydrological scale[J].Journal of hydrology,2012,430-431(6):162-172.
• [16] YOON S S,NAKAKITA E. Application of an X-Band multiparameter radar network for rain-based urban flood forecasting[J]. Journal of hydrologic engineering,2017,22(5):E5015005.
• [17] WU M C,LIN G F. The very short-term rainfall forecasting for a mountainous watershed by means of an ensemble numerical weather prediction system in Taiwan[J]. Journal of hydrology,2017,546:60-70.
• [18] ANDERSON M L,CHEN Z Q,KAVVAS M L,et al. Coupling HEC-HMS with atmospheric models for prediction of watershed runoff[J]. Journal of hydrologic engineering,2002,7(4):312-318.
• [19]殷志远.王志斌.李俊,等. WRF模式与TOPMODEL模型在洪水预报中的耦合预报试验研究[J].气象学报,2017,75(4):672-684.
• [20]马国斌,李京,蒋卫国,等.基于气象预测数据的中国洪涝灾害危险性评估与预警研究[J].灾害学,2011,26(3):8-12.
• [21]李致家,姚成,张珂,等.基于网格的精细化降雨径流水文模型及其在洪水预报中的应用[J].河海大学学报(自然科学版),2017,45(6):471-479.
• [22] EMMANUEL I,ANDRIEU H,LEELOUIS E,et al. Temporal and spatial variability of rainfall at the urban hydrological scale[J].Journal of hydrology,2012,430-431(6):162-172.
• [23] SCHILING W. Rainfall data for urban hydrology:What do we need?[J]. Atmospheric research,1991,27(S1-3):5-21.
• [24] BERN A,KRAJEWSKI W F. Radar for hydrology:Unfulfilled promise or unrecognized potential?[J]. Advance in water resources,2013,51(1):357-366.
• [25]杨扬,张建云,戚建国,等.雷达测雨及其在水文中应用的回顾与展望[J].水科学进展,2000,11(1):92-98.
• [26]王莉莉,陈德辉,赵琳娜. GRAPES气象-水文模式在一次洪水预报中的应用[J].应用气象学报,2012,23(3):274-284.
• [27] MATSUEDA M,NAKAZAWA T. Early warning products for severe weather events derived from operational medium-range ensemble forecasts[J]. Meteorological applications,2014,22(2):213-222.
• [28] CASAGRANDE L,TOMASELLA J,ALVALA RCD,et al. Early flood warning in the Itajaí-A9u River basin using numerical weather forecasting and hydrological modeling[J]. Natural hazards,2017,88(2):741-757.
• [29] WIEGAND L,TWITCHETT A,SCHWIERZ C,et al. Heavy precipitation at the alpine south side and saharan dust over Central Europe:A predictability study using TIGGE[J]. Weather and forecasting,2011,26(6):957-974.
• [30]包红军,张珂,魏丽,等.淮河流域2016年汛期洪水预报试验[J].气象,2017,43(7):831-844.
• [31]高冰,杨大文,谷湘潜,等.基于数值天气模式和分布式水文模型的三峡入库洪水预报研究[J].水力发电学报,2012,31(1):20-26.
• [32] FLETCHER T D,ANDRIEU H,HAMEL P. Understanding,management and modeling of urban hydrology and its consequences for receiving waters:A state of the art[J]. Advances in water resources,2013,51(1):261-279.
• [33]张弛,李伟,周惠成.基于贝叶斯分析的水文组合预报模型[J].应用基础与工程科学学报,2008,16(2):287-295.
• [34]包红军,赵琳娜.基于集合预报的淮河流域洪水预报研究[J].水利学报,2012,43(2):216-224.
• [35]郭克伦.耦合降雨集合预报的山洪预警技术研究[D].大连:大连理工大学,2016.
• [36]王亚男,智协飞.多模式降水集合预报的统计降尺度研究[J].暴雨灾害,2012,31(1):1-7.
• [37]孙建奇,马洁华,陈活泼,等.降尺度方法在东亚气候预测中的应用[J].大气科学,2018,42(4):806-822.
• [38]马金辉,屈创,张海筱,等. 2001—2010年石羊河流域上游TRMM降水资料的降尺度研究[J].地理科学进展,2013,32(9):1423-1432.
• [39]曾昭昭,王晓峰,任亮.基于GWR模型的陕西秦巴山区TRMM降水数据降尺度研究[J].干旱区地理,2017,40(1):26-36.
• [40]蔡明勇,吕洋,杨胜天,等.雅鲁藏布江流域TRMM降水数据降尺度研究[J].北京师范大学学报(自然科学版),2017,53(1):111-119.
• [41] SHEPARD D. Two-dimensional interpolation function for irregularly spaced data[C]. Proc. ACM national conference,1968:517-524.
• [42] HANCOCK P A,HUTCHINSON M F. Spatial interpolation of large climate data sets using bivariate thin plate smoothing splines[J].Environmental modelling and software, 2006, 21(12):1684-1694.
• [43] JOHN C. Statistics and data analysis in geology[M]. New York:John Wiley and Sons,1986.
• [44] HAN D,BRAY M. Automated Thiessen polygon generation[J].Water resources research,2006,42(11):248-255.
• [45]周莉,江志红.基于转移累计概率分布统计降尺度方法的未来降水预估研究:以湖南省为例[J].气象学报,2017,75(2):223-235.
• [46]李艳,侯军亮,黄春林.基于Coupla函数的地表温度空间降尺度研究[J].遥感与技术应用,2017,32(5):818-824.
• [47]黎玥君,郭品文.基于BP神经网络的浙北夏季降尺度降水预报方法的应用[J].大气科学学报,2017,40(3):425-432.
• [48] IMMERZEEL W,RUTTEN M,DROOGERS P, et al. Spatial downscaling of TRMM precipitation using vegetation response on the Iberian Peninsula[J]. Remote sensing of environment,2009,113(2):342-340.
• [49]张鸿雪,畅建霞,韩越.基于TOPMODEL与统计降尺度模型的径流流域未来径流变化分析[J].自然灾害学报,2015,24(4):148-156.
• [50]江善虎,任立良,刘淑雅,等.基于贝叶斯模型平均的水文模型不确定性及集合模拟[J].中国农村水利水电,2017(1):107-112.
• [51]冉笃奎,李敏,解建仓.综合分析方法在多模型预测结果分析中的应用——以丹江口入库径流量预测为例[J].西安理工大学学报,2010,26(2):161-164.
• [52]何昳颖,陈晓宏,张云,等. BP人工神经网络在小流域径流模拟中的应用[J].水文,2015,35(5):35-40,96.
• [53] MAHFOUF J,RABIER F. The ECMWF operational implementation of four dimensional variational assimilation I:Experimental results with simplified physics[J]. Quarterly journal of the royal meteorological society,2010,126(564):1171-1190.
• [54] XUE J S,ZHUAND S Y,ZHU G F,et al. Scientific design and preliminary results of three-dimensional variational data assimilation system of GRAPES[J]. Chinese science bulletin,2008,53(22):3446-3457.
• [55]史学文.高速公路交通数据融合方法研究及系统开发[D].北京:北京交通大学,2017.
• [56] BUEHNER M. Ensemble-derived stationary and flow-dependent background error covariances:Evaluation in a quasi-operational NWP setting[J]. Quarterly journal of the royal meteorogical society,2005,131(607):1013-1043.
• [57]叶金印,顾玮琪,李巧玲,等. ECMWF集合预报在淮河蒋家集流域的应用[J].河海大学学报(自然科学版),2016,44(6):471-475.