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基于贝叶斯原理降水订正的水文概率预报试验

梁莉 赵琳娜 齐丹 王成鑫 包红军 张渝杰

梁莉, 赵琳娜, 齐丹, 等. 基于贝叶斯原理降水订正的水文概率预报试验. 应用气象学报, 2013, 24(4): 416-424..
引用本文: 梁莉, 赵琳娜, 齐丹, 等. 基于贝叶斯原理降水订正的水文概率预报试验. 应用气象学报, 2013, 24(4): 416-424.
Liang Li, Zhao Linna, Qi Dan, et al. The experiment of hydrologic probabilistic forecast based on the precipitation forecast calibrated by bayesian model averaging. J Appl Meteor Sci, 2013, 24(4): 416-424.
Citation: Liang Li, Zhao Linna, Qi Dan, et al. The experiment of hydrologic probabilistic forecast based on the precipitation forecast calibrated by bayesian model averaging. J Appl Meteor Sci, 2013, 24(4): 416-424.

基于贝叶斯原理降水订正的水文概率预报试验

资助项目: 

公益性行业 (气象) 科研专项 GYHY200906007

公益性行业 (气象) 科研专项 GYHY201006037

详细信息
    通信作者:

    赵琳娜,email: zhaoln@cma.gov.cn

The Experiment of Hydrologic Probabilistic Forecast Based on the Precipitation Forecast Calibrated by Bayesian Model Averaging

  • 摘要: 利用淮河流域加密站点2008年6月1日—8月31日逐日降水资料、对应的T213模式的24 h, 48 h以及72 h集合预报,采用贝叶斯模型平均 (Bayesian Model Averaging,BMA) 方法对集合预报15个成员的降水预报进行了概率集成与偏差订正,采用排序概率评分 (CRPS)、平均绝对误差 (MAE) 对BMA的订正结果进行检验,并将订正后的降水预报输入VIC (Variable Infiltration Capacity) 水文模型中进行水文概率预报。结果表明:经BMA订正后的24 h, 48 h, 72 h降水预报精度较订正前有所提高;BMA模型给出的有效区间 (第25百分位数至第75百分位数) 预报将实况降水量包含在内的可能性比订正前更大;由水文概率预报检验指标分析可知,经BMA订正的降水集合预报,由VIC水文模型模拟得到的径流量变化趋势与实况较吻合。
  • 图  1  淮河流域位置与范围 (a)、淮河上游大坡岭至王家坝流域范围及插值格点示意图 (b)

    (Ⅰ代表大坡岭至息县子流域,Ⅱ代表息县至王家坝子流域)

    Fig. 1  The location and coverage of Huaihe Basin (a) and the coverage of Dapoling—Wangjiaba Catchment with the illustration of interpolation (b)

    (Ⅰ represents the coverage of Dapoling—Xixian Catchment, Ⅱ represents the coverage of Xixian—Wangjiaba Catchment)

    图  2  基于贝叶斯模型平均的集合预报-水文概率预报流程

    Fig. 2  The schematic chart of hydrologic probabilistic forecast based on precipitation forecast calibrated by Bayesian Model Averaging

    图  3  息县站2008年7月21—30日24 h的BMA模型预报 (a)、REF集合预报 (b) 盒须图与实况对比

    Fig. 3  The comparison of Box-Whisker plot and observation plot between probabilistic forecast calibrated by Bayesian Model Averaging (a) and raw ensemble forecast (b) at Xixian Station from 21 to 30 in July 2008

    图  4  王家坝站2008年7月21—30日24 h的BMA模型预报 (a)、REF集合预报 (b) 盒须图与实况对比

    Fig. 4  The comparison of Box-Whisker plot and observation plot between probabilistic forecast calibrated by Bayesian Model Averaging (a) and raw ensemble forecast (b) at Wangjiaba Station from 21 to 30 in July 2008

    图  5  息县站BMA 24 h (a)、48 h (b) 和72 h (c) 降水预报的流量模拟与实况对比图

    Fig. 5  The comparison between runoff simulations forcing by probabilistic forecast calibrated by Bayesian Model Averaging (BMA) and runoff observations at Xixian Station of 24 h (a), 48 h (b) and 72 h (c)

    图  6  王家坝站BMA 24 h (a)、48 h (b) 和72 h (c) 降水预报的流量模拟与实况对比图

    Fig. 6  The comparison between runoff simulations forcing by probabilistic forecast calibrated by Bayesian Model Averaging (BMA) and runoff observations at Wangjiaba Station of 24 h (a), 48 h (b) and 72 h (c)

    表  1  24 h, 48 h和72 h原始集合预报 (REF) 与BMA概率预报的CRPS及MAE评分对比

    Table  1  The comparison of CRPS and MAE scores between raw ensemble forecast (REF) and probabilistic forecast calibrated by Bayesian Model Averaging (BMA) for 24 h, 48 h and 72 h

    预报日期 评分 24 h 48 h 72 h
    REF BMA REF BMA REF BMA
    07-21 CRPS 2.05 0.62 0.71 1.21 0.86 1.52
    MAE 2.52 0.43 0.88 0.70 1.02 1.16
    07-22 CRPS 9.36 9.13 9.82 8.73 8.99 8.73
    MAE 10.84 10.02 11.02 10.96 10.74 10.71
    07-23 CRPS 31.45 45.59 37.79 47.12 40.26 48.42
    MAE 38.62 56.36 45.28 56.64 49.28 57.47
    07-24 CRPS 12.01 11.52 12.32 13.31 14.72 12.07
    MAE 14.80 14.55 14.97 14.84 18.34 17.05
    07-25 CRPS 5.11 3.16 4.25 3.31 3.52 2.96
    MAE 6.81 3.41 5.31 3.71 4.58 3.39
    07-26 CRPS 8.63 4.23 4.38 3.56 4.50 3.86
    MAE 10.78 4.96 5.38 4.28 5.74 4.70
    07-27 CRPS 6.97 4.74 5.75 4.79 5.33 4.82
    MAE 8.91 5.96 7.25 6.32 6.65 6.42
    07-28 CRPS 7.14 4.14 6.36 3.60 3.52 3.04
    MAE 9.53 4.66 8.63 3.93 4.89 3.31
    07-29 CRPS 2.82 1.18 1.56 1.08 3.20 1.63
    MAE 3.64 0.86 2.17 0.49 4.62 0.85
    07-30 CRPS 8.91 6.39 8.15 6.97 7.85 6.59
    MAE 11.22 8.85 8.78 8.64 8.94 8.35
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    表  2  水文概率预报的各项检验指标统计

    Table  2  The statistics of verification index of hydrologic probabilistic forecast

    站点 预报时效/h 确定性系数 洪峰相对误差 峰现时间差/d
    第25百分位数 第75百分位数 第25百分位数 第75百分位数
    息县 24 0.56 0.70 -0.41 -0.36 0
    48 -1.13 -1.85 -0.60 -0.50 1
    72 -0.56 -2.65 -0.81 -0.70 2
    王家坝 24 0.58 0.60 0.16 0.26 -1
    48 0.71 0.82 0.04 0.17 -1
    72 0.34 0.55 0.19 0.03 0
      注:峰现时间差为正,表示预测提前;峰现时间差为负,表示预测滞后。
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-09-04
  • 修回日期:  2013-04-09
  • 刊出日期:  2013-08-31

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