流域降水预报服务平台

任务来源：

技术领域：水利信息化

技术来源：国家计划，自主研发。发明名称：一种全球预报系统数据下载方法（ZL201610947693.4）。

技术原理

平台采用了先进的数值预报模型、大数据分析、超级计算等技术，可自动生成全国范围内任意流域的降水预报信息，并充分发挥云服务的优势，大大降低流域精细化降水预报获取门槛。流域降水预报服务平台主要功能包括中短期降水预报和中长期降水预报。中短期降水预报主要提供未来1～7d的流域面雨量和站点雨量预报信息，累计时段包括1h、3h、6h、12h和24h。中长期降水预报主要提供未来6个月的流域面雨量预报信息，累计时段包括日、旬、月。平台部署于高性能计算集群环境，基于云架构对外提供服务，服务方式包括B/S用户界面、Json微服务接口和数据库表等。

技术特色

（1）模型技术。①中短期降水预报模型。在中尺度数值天气预报模式本地化改造的基础上，研发了基于天气形势索引的动态参数化方案，每天分4个时次定时下载GFS（Global Forecast System）全球预报系统驱动场，变分同化本地气象观测资料，驱动中尺度数值天气预报模式，实现未来7d，水平分辨率3km的网格降水预报。基于网格预报数据，利用自动化程序统计得到面雨量和点雨量预报信息。②中长期降水预报模型。利用长序列降水观测数据，引入专家预报数据库，基于全球气候预报系统CFS（Climate Forecast System）输出的粗网格数据驱动区域气候模式，建立不同预见期的释用模型。系统每天发布4次未来6个月的降水预报，采用统计连续5天预报序列的方法，给出90%置信度区间内中长期降水预报信息。③集合预报模型。中短期预报方面，针对同一预报时次，通过参数化方案扰动的方式，获取多个预报结果，使用大数据统计分析挑选最优预报，据此形成集合预报范围和最优预报推荐；中长期预报方面，采用区域气候模式产生的大量预报样本实现集合预报。（2）精细化中短期数值降水预报。基于最先进的中尺度数值天气预报模式（WRF），发布全国时间分辨率1h，空间分辨率3km，预见期7d的网格化降水预报产品，可满足各类型水利工程中短期降水预报需求。通过参数化方案扰动，构建具有21个样本的集合预报方案，较传统单样本确定性预报的精度更高，提供的预报信息更丰富。（3）中长期数值降水预报。对于月、旬累计降水预报，提供预见期为6个月的预报服务，对于日降水预报，提供预见期为30d的预报服务。该平台可将中长期格网降水预报产品自动插值到流域面上，并以集合预报的形式对用户提供最长预见期为6个月的预报服务，每个预报时段上均提供可能最大降水量、可能最小降水量、平均降水量三种信息，预报服务提供频次为每天4次，较传统会商式中长期预报更加节省人力和财力。（4）横向可扩展计算平台。采用横向可扩展的网格计算体系作为本平台的基础架构，较传统计算模式成本更低，弹性更强。在计算负担增加，当前硬件资源难以满足的情况下，可通过临时增加节点的方式来解决问题。（5）通用数据库框架设计。按照自上到下的方式，对基本预报需求进行了梳理，并且据此设计开发了通用数据库架构，在数据层面实现了模型、业务、服务的分离，便于系统各个层次的升级改造，降低了系统维护成本。（6）海量数据资源接入。基于大数据技术，通过实时接入网络发布的水雨情数据、整合离线资料等方式，实现海量基础信息的不断累积，构建一套可动态管理、自动校验、深度挖掘的数据存储体系，为提升降水预报模型精度提供支撑。

技术指标

（1）中短期降水预报。可提供流域面上或者具体位置处的降水量预报信息（含集合预报），预见期为1～7d，累计时段包括1h、3h、6h、12h和24h，提前1d的有无雨预报精度在95%以上，中雨及以上预报合格率（误差±20%以内）在75%以上。（2）中长期降水预报。可提供流域面上降水量预报信息（含集合预报），预见期达到6个月，累计时段包括日、旬、月。（3）平台性能。可实现云端访问，可支持多用户并发操作等。详细评测信息请见《流域降水预报服务平台测试报告》。

应用范围及前景

适用于各级水利管理部门、规划设计单位及水利工程运营单位。典型应用案例：案例1：南水北调中线一期工程。平台从2016年开始为丹江口水库以上汉江流域提供未来3个月的降水预报服务，其预报结果是中国水利水电科学研究院参加水利部相关司局（原水资源司等）南水北调中线一期工程预报调度会商会的重要资料。案例2：黄河流域。自2016年，平台为全黄河流域提供降水与温度预报服务。自2019年，平台重点加强河龙无控区间精细化降水预报服务，并签订合同《黄河河龙无控区间中尺度暴雨数值预报模型开发》。案例3：白水江流域。自2017年，平台为白水江梯级电站提供降水预报服务，并签订合同《WRF环境部署及气象数据预测项目》。案例4：江西抚河流域。自2019年，平台为江西抚河流域提供面雨量预报服务，并签订合同《智慧抚河信息化工程（一期）防汛抗旱决策支持系统开发服务——数值面雨量预报服务》。案例5：海南南渡江流域。自2019年，平台为海南岛南渡江流域提供降水预报服务，并签订合同《海南省南渡江流域数值降水预报模型研究》。

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杨明祥

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中国水利水电科学研究院

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