基于WRF模式的三峡库区陆气耦合模型研究及短期预报系统开发与应用

摘要

长江三峡水库调度兼顾防洪、发电、供水、航运、生态等诸多方面,其精确调度需要未来一定时段内的高时空分辨率和高精度降水预报信息。通过提高降水预报精度,提供具有一定预见期的降水信息驱动入库流量预报模型,以提高入库流量预报精度和预见期,对制定合理高效的水库调度方案具有极为重要的意义。
　　为实现三峡库区短期入库流量高精度预报并延长预见期,本文选定三峡库区作为分析区,采用WRFV3.3为三峡库区天气预报模式,利用TS评分与极差分析法研究WRFV3.3参数化方案敏感性,从而确定适合三峡库区的WRF模式参数化方案组合。在此基础上,通过单向耦合方式,将VIC分布式水文模型与WRFV3.3进行耦合模拟预报,并针对三峡库区实际工程问题,搭建了三峡库区陆气耦合模型短期预报系统。实例试验结果表明,陆气耦合模型的预测方法较为有效,具有一定的实用性。目前该系统已在三峡梯调中心成功部署与应用。
　　为将WRF-VIC陆气耦合模型研究成果更好的应用于三峡工程,改善短期水文预报精度和延长预见期并满足生产单位的工作需求,本文设计开发了三峡库区陆气耦合短期预报系统。该系统融合不同学科的模型与方法,涉及到模式编译、高性能计算、数据存储、水文气象数据查询与处理以及天气预报形势图查询等功能。系统的核心模块WRF模式通过SSH通信机制与mpich2并行编译软件,采用单机多核并行方式编译于HPZ800工作站,显著提高了模式运行速率,有助于延长水文预报预见期。水文气象信息查询模块利用MySQL轻量级数据库,实现了降水、径流、蒸发和温度等水文气象数据的实时查询与管理功能。同时,利用NCL语言实现了三峡库区天气预报形势图的绘制,并通过客户端供用户实时调用分析,从而方便用户针对三峡库区入库径流预报更为快捷地做出相应决策方案,为三峡库区梯级防洪发电调度系统提供良好的数据图形支持。

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1 绪 论

1.1 研究目的和意义

1.2 陆气耦合模型研究进展

1.3 三峡库区陆气耦合模型

1.4 研究内容和技术路线

2 三峡库区天气预报

2.1 WRF模式概述

2.2 WRF模式在三峡库区的应用

2.3 TS评分

2.4 WRF模式试验

2.5 WRF模式预报三峡库区天气过程

2.6 数据同化系统

2.7 小结

3 三峡库区陆气耦合模型

3.1 VIC模型概述

3.2 VIC模型程序结构

3.3 陆气耦合方式及实现

3.4 陆气耦合模型在三峡库区的应用

3.5 小结

4 三峡库区陆气耦合短期预报系统软件设计与开发

4.1 系统总体结构

4.2 计算服务器结构设计

4.3 数据库支持

4.4 系统界面风格设计

4.5 陆气耦合系统功能简介与效果分析

4.6 小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

附录A 攻读硕士期间参与的科研项目

附录B 攻读硕士期间发表的文章