水文气象在防汛抗旱中的应用

1. 水文气象在防汛抗旱中的应用 水利部水文局 周国良 (无锡，2011年4月18日)

2. 提 纲 • 引言 • 一、气象学科简介 • 二、气象观测系统 • 三、气候形成与中国气候特点 • 四、降水与天气系统 • 五、新疆洪旱与气象 • 六、水文气象业务系统简介

3. 引言——水文气象在防汛工作中的作用 • 国家防总会商常规内容： • 雨情、水情、工情、旱情、人情——信息 • 调度、指示（批示）、宣传 水文气象：最先汇报，必不可少

4. （续） • 水文气象汇报： • 过去降雨、未来降雨预测及依据、台风活动、历史规律分析、建议未来防汛抗旱的主要关注点 • 业务发展过程： • 1975年8月淮河暴雨洪水后，原水利电力部反思总结，一是全面开展了暴雨洪水的调查研究，二是加强了水情、气象的业务化监视工作 • 开始组建了水文水利调度中心，设立气象业务部门，1994年并入水利部水利信息中心。1998年大水后重新设立水利部水文局 • 目前，除部水文局外，流域机构设有水文气象建制或配备人员（含丹江口等大型水利水电工程）

5. 一、气象学科简介 • 气象——大气中的物理与化学现象 • 大气科学——关于大气及其运动规律的科学 • 地球系统——大气圈、水圈、岩石圈、冰雪圈、生物圈 • 与水文、地质、地理等同属地学（地球科学）

6. 太阳——地球——大气 • 大气运动的基本能源来自太阳—主要经地面长波转换后

7. 大气垂直分层 对流层： 平均高度11km （热带12-18km) 温度随高度递减 垂直运动强烈 主要天气现象均在此发生 对流层

8. 大气运动特点 • 流体——流动性和不可压缩性 • 准地转——风向与等压（高）线平行（高层明显） • 准水平运动——水平比垂直速度高两个数量级

9. 水汽与降水 • 水汽压与饱和水汽压： • 饱和水汽压随温度升高而升高——汛期温度高，降雨强度大 • 凝结与云 • 云分类与降水现象——对流云、层云 • 主要降水系统：气旋（台风）、锋面、槽、切变（线）、急流、低压

10. （续） • 降水——水汽凝结成云滴，云滴碰撞增大而脱离云层，降落至地面，包括降雨、降雪、冰雹等 • 降雨形成的重要条件——水汽、上升运动 动力抬升 热力抬升 地形抬升

11. 湿空气上升—降温—过饱和 —凝结—碰并—降水 水的状态变化

12. 气象预报 • 发展阶段： • 看云——早期资料奇缺——只看局地云况 • 天气图——传统工具 • 数值天气预报（现代） • ——数值模式结果加人工智能修正

13. 二、气象观测系统 1. 地面常规观测 ——人工气象站：4或8次/天常规观测，全国2400多站 ——要素包括降水量、蒸发量、湿度、气温、风速、风向、气压、地温、能见度、天气现象等 ——自动气象站：目前，全国约30000站 特点：空间密度大，时间间隔小

14. （续1） • 2. 高空探测 • ——全国120站，每天2次；覆盖全球 • ——探测高空气温、风向、风速、湿度 • ——从地面一直探测到平流层，至少10多公里

15. (续2) • 3. 气象卫星 • ——极轨、静止、其它 卫星：静止与极轨 云图：红外与可见光 常见：静止卫星红外云图

16. 卫星云图 副高 云顶越高 温度越低 对流云

17. （续3） • 4. 雷达——探测半径230km（150km） • ——规划全国将建设超过200部多普勒雷达 • 5. 海洋浮标——类似地面观测

18. 三、气候形成与中国气候的特点 • （一）气候的形成1.辐射——温度、降水随纬度递减（一级近似）2.地球自转——三圈环流（经向垂直环流）（二级近似）举例：副高的形成及地球沙漠带

19. 对流层顶 暖 冷 下垫面

20. 3.海陆分布——纬向差异（三级近似） • ——欧洲西岸比俄罗斯东岸同纬度冬季温度高20度 温度对辐射的滞后——气温、海温

21. （续） • 4.大地形影响——（四级近似） • 如亚洲的青藏高原、美洲的落矶山脉 • 5.Walker环流与厄尔尼诺现象（五级近似） • 纬向垂直环流 赤道东太平洋海温显著升高

22. （二）中国气候主要特点 • 季风气候——降水量季节分布差异悬殊（汛期、非汛期）——我国大部地区是，但新疆例外 • 大陆性气候——气温年较差在同纬度最大（除沙漠） • 类型多样——赤道、热带、温带、寒带；高原、沙漠、丘陵

23. 要素特点 • 气温自南向北递减——冬季南北差异最大 • 年降水量大体上自南向北、自东向西递减 • 降雨量年际差异大，旱涝频繁；暴雨强度大 • 湿度与降水量基本一致，自东南向西北递减

24. 我国降水时空分布特征 年降水量 全国平均648mm 400毫米: 漠河-张家口-兰州-拉萨 800毫米: 淮河---秦岭 长江流域:1000—1500mm 东南和华南大部:1500—2000mm 华南及滇藏部分:2000mm以上 最多: 台湾 4000mm、滇藏交界 最少: 柴达木、塔里木、吐鲁番盆地 20mm以下，如新疆南疆

25. 新疆北部年降水量比南部高几倍 历史变化趋势也经常表现出不一致性 乌鲁木齐逐年降水量 和田逐年降水量

26. 我国主雨带活动规律 4月—6月上旬： 华南和江南南部 6月上中旬： 长江流域 7月上旬： 淮河流域 盛夏： 华北和东北 北抬较慢 南撤较快

27. 四、降水与天气系统

28. 天气系统 • 副高的形成——前述“三圈环流” • 西北太平洋副高的活动特点——我国主雨带 • 台风活动及与副高的关系（强度、移速） • 西风带槽、脊 （低）槽 （高）脊

29. 锋 地面气压系统 冷暖气团之间狭窄、倾斜过渡地带。冷暖气团之间的交界面叫锋面，锋面与地面的交线叫蜂线。锋面和锋线统称为锋 (1)锋面有坡度 (2)气象要素有突变 (3)锋面附近天气变化剧烈 冷锋

30. 五、新疆洪旱与气象 • 1、干旱——天气层面 • 新疆干旱的成因： （1）西风带冷空气不活跃，（2）大陆高压控制；（3）冬季积雪偏少，融雪径流量小 • 2、洪水 • 暴雨：盛夏短历时强降雨——预报：参考雨量数值预报 • 融雪：冬半年高原降雪形成积雪，遇盛夏突发高温——预报：参考500hPa高空场（探空站）温度、温度数值预报

31. 高空图中，左上方数值为温度 ——例图为500hPa，约相当5500m高空 温度

32. 六、水文气象业务系统简介 内网 http://10.1.18.31/

33. 卫星云图——新疆可使用风云或印度的卫星 强台风

34. “天眼”业务系统简介 气象传真产品 • 日本：（1）台风、副高、降水、流线预报 • （2）中长期预报信息：海洋等 • 欧洲：500hPa形势预报 • ——副高、经/纬向环流 • 中国：（ T639/T213——另有显示方式） • 格点化降水预报

35. 下部:12-24h 预报雨量

37. 数值预报

38. 天气雷达图像

39. 热带气旋监视

40. 数值天气预报简介 • 目前业务常用的有： • 欧洲中心——高空形势预报 • 日本——降雨量预报 • 中国——全部要素 例：欧洲中心500hPa形势预报图 副高 10月12日20时

41. 数值产品现状与评价 • 欧洲中心的高空形势预报——7-8天；较准确 • 日本气象厅的降雨量预报——6天；前4天较准 • 中国气象局的降雨量预报——4-5天可用；准确率略次于日本的同类产品 • 以上是对汛期而言的。

42. 实例：上图为预报，下图为实况 4月1日预报：4月3-5日新疆有降水 实况：强度和落区大致相近

43. 气象学基本方程 • 最基本的是三类： • （1）连续方程——流体力学 • （2）运动方程——运动力学 • （3）热力方程——热力学 • 其它（描述土壤等边界层的）

44. 求解问题 • 复杂的偏微分方程组 • ——没有解析解 • ——解的存在性、唯一性（或解的个数）目前在理论上都没有解决 • 天气学处理：比较量级，简化方程求解 • ——数值解的稳定性与算法设计有关

45. 若干理论问题 • 全球模式与区域模式 • 四维同化技术 • 初始场 • 边界条件 • 计算时间与空间步长 • 集合预报——概率论 • 预报产品的有效时效 降雨量数值天气预报，为延长洪水预见期带来曙光！

46. 混沌现象与预报准确率 • 公认大气中存在混沌现象 • 预报准确率的提高不以100%为渐近线 • 数值解永远有出错的可能——不是误差 • 目前数值扰动试验：降水场可能是双解 • 单站降水预报的评估：空报率与漏报率 • 预报时效：超短时、短时、短期、中期、长期、气候

47. 相关公共网址 • 日本气象厅：http://tenki.jp/typhoon/台风预报 • 香港天文台：http://www.hko.gov.hk/wxinfo/currwx/tc_posc.htm • 中国中央气象台：http://www.nmc.gov.cn/ • 台湾气象局：http://www.cwb.gov.tw/ • 欧洲预报中心：http://www.ecmwf.int/products/forecasts/d/charts/medium/ • 天气在线：http://www.t7online.com/China.htm • 个人联系邮址： glzhou@mwr.gov.cn周国良

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