水文氣象在防汛抗旱中的應(yīng)用

1、水文氣象在防汛抗旱中的應(yīng)用水利部水文情報(bào)預(yù)報(bào)中心 周國良(揚(yáng)州大學(xué)，2012年4月16日)提 綱引言一、氣象學(xué)科簡介二、氣象觀測(cè)系統(tǒng)三、氣候形成與中國氣候特點(diǎn)四、降水與天氣系統(tǒng)五、業(yè)務(wù)系統(tǒng)與數(shù)值天氣預(yù)報(bào)簡介 引言 水文氣象在防汛工作中的作用國家防總會(huì)商常規(guī)內(nèi)容：雨情、水情、工情、旱情、人情信息調(diào)度、指示（批示）、宣傳水文氣象：最先匯報(bào)，必不可少（續(xù)）水文氣象匯報(bào)：過去降雨、未來降雨預(yù)測(cè)及依據(jù)、臺(tái)風(fēng)活動(dòng)、歷史規(guī)律分析、建議未來防汛抗旱的主要關(guān)注點(diǎn)業(yè)務(wù)發(fā)展過程：1975年8月淮河暴雨洪水后，原水利電力部反思總結(jié)，一是全面開展了暴雨洪水的調(diào)查研究，二是加強(qiáng)了水情、氣象的業(yè)務(wù)化監(jiān)視工作開始組建了水文水

2、利調(diào)度中心，設(shè)立氣象業(yè)務(wù)部門，1994年并入水利部水利信息中心。1998年大水后重新設(shè)立水利部水文局目前，除部水文局外，流域機(jī)構(gòu)設(shè)有水文氣象建制或配備人員（含丹江口等大型水利水電工程）2011年5月水利部水文情報(bào)預(yù)報(bào)中心成立，下設(shè) 3個(gè) 處（水情2、氣象1）一、氣象學(xué)科簡介氣象大氣中的物理與化學(xué)現(xiàn)象大氣科學(xué)關(guān)于大氣及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)地球系統(tǒng)大氣圈、水圈、巖石圈、冰雪圈、生物圈與水文、地質(zhì)、地理等同屬地學(xué)（地球科學(xué)）大氣運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)流體流動(dòng)性和不可壓縮性準(zhǔn)地轉(zhuǎn)風(fēng)向與等壓（高）線平行（高層明顯）準(zhǔn)水平運(yùn)動(dòng)水平比垂直速度高兩個(gè)數(shù)量級(jí)水汽與降水水汽壓與飽和水汽壓：飽和水汽壓隨溫度升高而升高汛期溫度高，降雨

3、強(qiáng)度大凝結(jié)與云云分類與降水現(xiàn)象對(duì)流云、層云主要降水系統(tǒng)：氣旋（臺(tái)風(fēng)）、鋒面、槽、切變（線）、急流、低壓（續(xù)）降水水汽凝結(jié)成云滴，云滴碰撞增大而脫離云層，降落至地面，包括降雨、降雪、冰雹等降雨形成的重要條件水汽、上升運(yùn)動(dòng)動(dòng)力抬升熱力抬升地形抬升氣象預(yù)報(bào)發(fā)展階段：看云早期資料奇缺只看局地云況天氣圖傳統(tǒng)工具數(shù)值天氣預(yù)報(bào)（現(xiàn)代） 數(shù)值模式結(jié)果加人工智能修正二、氣象觀測(cè)系統(tǒng)1. 地面常規(guī)觀測(cè)人工氣象站：4或8次/天常規(guī)觀測(cè)，全國2400多站要素包括降水量、蒸發(fā)量、濕度、氣溫、風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓、地溫、能見度、天氣現(xiàn)象等自動(dòng)氣象站：目前，全國約30000站 特點(diǎn)：空間密度大，時(shí)間間隔小（續(xù)1）2. 高空探測(cè)

4、全國120站，每天2次；覆蓋全球探測(cè)高空氣溫、風(fēng)向、風(fēng)速、濕度從地面一直探測(cè)到平流層，至少10多公里(續(xù)2)3. 氣象衛(wèi)星極軌、靜止、其它衛(wèi)星：靜止與極軌云圖：紅外與可見光常見：靜止衛(wèi)星紅外云圖（續(xù)3）4. 雷達(dá)探測(cè)半徑230km（150km）規(guī)劃全國將建設(shè)超過200部多普勒雷達(dá)5. 海洋浮標(biāo)類似地面觀測(cè)三、氣候形成與中國氣候的特點(diǎn)（一）氣候的形成1.輻射溫度、降水隨緯度遞減（一級(jí)近似）2.地球自轉(zhuǎn)三圈環(huán)流（經(jīng)向垂直環(huán)流） （二級(jí)近似） 舉例：副高的形成及地球沙漠帶3.海陸分布緯向差異（三級(jí)近似）歐洲西岸比俄羅斯東岸同緯度冬季溫度高20度溫度對(duì)輻射的滯后氣溫、海溫（續(xù)）4.大地形影響（四級(jí)近似

5、） 如亞洲的青藏高原、美洲的落磯山脈5.Walker環(huán)流與厄爾尼諾現(xiàn)象（五級(jí)近似） 緯向垂直環(huán)流 赤道東太平洋海溫顯著升高（二）中國氣候主要特點(diǎn)季風(fēng)氣候降水量季節(jié)分布差異懸殊（汛期、非汛期）我國大部地區(qū)是，但新疆例外大陸性氣候氣溫年較差在同緯度最大（除沙漠）類型多樣赤道、熱帶、溫帶、寒帶；高原、沙漠、丘陵要素特點(diǎn)氣溫自南向北遞減冬季南北差異最大年降水量大體上自南向北、自東向西遞減降雨量年際差異大，旱澇頻繁；暴雨強(qiáng)度大濕度與降水量基本一致，自東南向西北遞減我國降水時(shí)空分布特征年降水量 全國平均648mm400毫米: 漠河-張家口-蘭州-拉薩800毫米: 淮河-秦嶺長江流域:10001500mm東

6、南和華南大部:15002000mm華南及藏東南邊境: 2000mm最多: 臺(tái)灣 4000mm、藏東南最少: 柴達(dá)木、塔里木、吐魯番盆地 20mm以下，如新疆南疆我國主雨帶活動(dòng)規(guī)律 4月6月上旬： 華南和江南南部 6月上中旬： 長江流域 7月上旬： 淮河流域 盛夏： 華北和東北 北抬較慢 南撤較快四、降水與天氣系統(tǒng)天氣系統(tǒng)副高的形成前述“三圈環(huán)流”西北太平洋副高的活動(dòng)特點(diǎn)我國主雨帶臺(tái)風(fēng)活動(dòng)及與副高的關(guān)系（強(qiáng)度、移速）西風(fēng)帶槽、脊（低）槽（高）脊1、干旱天氣層面干旱的成因： （1）西風(fēng)帶冷空氣不活躍，（2）大陸高壓控制；（3）冬季積雪偏少，融雪徑流量小2、洪水暴雨：盛夏短歷時(shí)強(qiáng)降雨參考雨量數(shù)值預(yù)報(bào)

7、融雪：冬半年高原降雪形成積雪，遇盛夏突發(fā)高溫 參考500hPa高空?qǐng)觯ㄌ娇照荆囟取囟葦?shù)值預(yù)報(bào)冰湖潰決：西藏廳、防辦近年關(guān)注多洪旱與氣象的聯(lián)系五、業(yè)務(wù)系統(tǒng)與數(shù)值天氣預(yù)報(bào)簡介內(nèi)網(wǎng) 1/氣象傳真產(chǎn)品日本：（1）臺(tái)風(fēng)、副高、降水、流線預(yù)報(bào) （2）中長期預(yù)報(bào)信息：海洋等歐洲：500hPa形勢(shì)預(yù)報(bào)副高、經(jīng)/緯向環(huán)流中國：（ T639/T213另有顯示方式） 格點(diǎn)化降水預(yù)報(bào)“天眼”業(yè)務(wù)系統(tǒng)簡介目前業(yè)務(wù)常用的有：歐洲中心高空形勢(shì)預(yù)報(bào)日本降雨量預(yù)報(bào)中國全部要素?cái)?shù)值天氣預(yù)報(bào)簡介10月12日20時(shí)例：歐洲中心500hPa形勢(shì)預(yù)報(bào)圖副高數(shù)值產(chǎn)品現(xiàn)狀與評(píng)價(jià)歐洲中心的高空形勢(shì)預(yù)報(bào)7-8天；較準(zhǔn)確日本氣象廳的降雨量預(yù)報(bào)

8、6天；前4天較準(zhǔn)中國氣象局的降雨量預(yù)報(bào)4-5天可用；準(zhǔn)確率略次于日本的同類產(chǎn)品以上是對(duì)汛期而言的。氣象學(xué)基本方程最基本的是三類：（1）連續(xù)方程流體力學(xué)（2）運(yùn)動(dòng)方程運(yùn)動(dòng)力學(xué)（3）熱力方程熱力學(xué)其它（描述土壤等邊界層的）求解問題復(fù)雜的偏微分方程組沒有解析解解的存在性、唯一性（或解的個(gè)數(shù)）目前在理論上都沒有解決天氣學(xué)處理：比較量級(jí)，簡化方程求解數(shù)值解的穩(wěn)定性與算法設(shè)計(jì)有關(guān)若干理論問題邊界條件計(jì)算時(shí)間與空間步長集合預(yù)報(bào)概率論預(yù)報(bào)產(chǎn)品的有效時(shí)效全球模式與區(qū)域模式四維同化技術(shù)初始場(chǎng)降雨量數(shù)值天氣預(yù)報(bào)，為延長洪水預(yù)見期帶來曙光！混沌現(xiàn)象與預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率公認(rèn)大氣中存在混沌現(xiàn)象預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的提高不以100%為漸近線數(shù)值解永遠(yuǎn)有出錯(cuò)的可能不是誤差目前數(shù)值擾動(dòng)試驗(yàn)：降水場(chǎng)可能是雙解單站降水預(yù)報(bào)的評(píng)估：空?qǐng)?bào)率與漏報(bào)率預(yù)報(bào)時(shí)效：超短時(shí)、短時(shí)、短期、中期、長期、氣候相關(guān)公共網(wǎng)址日本氣象廳：http:/tenki.jp/typhoon/ 臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)香港天文臺(tái)：