气象卫星云图在碧口水库及梯级调度的运用

李松江

摘要：本文简要介绍了碧口水电厂气象卫星云图处理系统的功能、预报原理，并对怎样利用风云-2E卫星实时云图资料，进行蓝勃托投影，采用概率分布方法，对碧口水库流域实际地理位置进行定标，并对红外数据进行反演，从而对未来降水作出定量预报等若干问题进行了分析和讨论。对该系统的运用情况进行了介绍，提出了相应的建议。

关键词：风云～2E星云图 定量预报 概率 运用 建议

1 概述

在识别天气、监视和预报暴雨及台风等灾害性天气等方面，气象卫星云图发挥着重要的作用，同时，对于防汛部门，尤其是担任流域防洪重任的大中型水电站来说，在前瞻性、时效性和准确性方面，对降雨预报的要求比较高，需要对洪水进行假想预报，在防汛部门中，气象卫星云图的应用范围愈加广泛。而目前的气象预报因缺乏降雨定值不满足要求。受技术的影响和制约限制，许多应用部门难以对已有的卫星云图系统进行有效的利用，导致卫星云图系统的潜能没有充分的发挥。

在此基础上，为了进一步满足碧口水电厂及流域调度的防汛要求，同时为了提高降雨预报的预见期，进一步充分发挥水库的防洪能力，减轻上下游的洪水灾害，提高水量利用率，进而在一定程度上最大限度地发挥电站的效益。湖北河海科技发展有限公司开发研制成功“风云-2E气象卫星云图”降水预报系统。

2 系统简介

碧口库区卫星云图降水预报系统利用我国风云-2E静止气象卫星对红外通道云图资料进行播发。对碧口水库流域降水相关区域寻找红外云图特征，对红外数据进行反演，经多种预报方法集成，输出库区内未来3小时降水定量预报，云雨分类实验趋势预报。该系统非常适合水库运行管理调度人员使用， 2005年至今使用效果较好，对水库防洪、发电梯级调度及上级决策具有非常重要的参考作用。

系统功能介绍：可以自动、定时地投影处理及显示风云-2E卫星红外云图的数据，同时生成与降水预报区域相对应的红外数据；系统兼容性好，该系统可兼容我国风云-2C静止气象卫星、GSM静止气象卫星；系统时间分辨率高，其相关资料每小时发送一次，在测风观测时，有加密的半小时一次观测。

可随时中断自动工作状态，做1-3小时短时降水定量预报及云雨分类实验趋势预报，其中1-3小时预报准确率达90%以上。利用该系统进行碧口水库防洪调度和电调度，可以增加1-3小时预见期及24小时的参考期。系统具有对云图接收和数据处理进行定时全自动互相切换功能。实时性强，经计算机处理获取定位信息，生成多种气象产品。

3 预报原理

风云-2E卫星的特征主要表现为多时相、多波段，它提供的云图资料可以统计从中尺度到不同气候尺度的降水数据。其红外卫星云图所探测的数据是地球覆盖面的红外辐射数据，这些数据可以为识别云提供参考依据。

该系统为排除不确定性，在技术上作了几个假定：

①红外云图水平温度的分布假定。卫星探测的下垫面水平温度分布通过红外云图得以反映，在总体上，由于大气垂直温度结构是向上递减的，在这种情况下，云成为降水的先决条件，通常情况下云层愈高，其降水的潜势也就愈大，同时降水的概率也就比较大。

②云层温度分布与降水概率关系相同的假定。在地理分布方面，由于天气系统存在一定的差异性，当地理条件不同时，会进一步导致云层的温度分布与降水的概率关系产生差异，但是，对于一个水库流域来说，在空间尺度方面，该区域最多是中尺度天气系统，在这种情况下，地理分布的差异就可以忽略。

③气候特征时间分布差异的假定。对于天气系统来说，其气候特征通常情况下具有明显的时间分布的差異，在不同的季节，同一天气系统所造成的降水也有所不同，为了进一步减少这种差异，需要将云层分布与概率关系分成三小时，各小时使用相应的概率关系。

④相同云顶温度降水反应差异的假定。对于一个探测点来说，在一个中尺观测范围内，不同的云系，通常情况下可能造成相同的云顶温度，但是降水反应却存在较大的差异。在这种情况下，解决该问题的前提是：天气系统的气候规律随时间分布的变化是主要的。

4 云的温度分布与降水的关系概率曲线的建立

将云的温度划分为N个间隔，对于固定的小时，通常情况下就有个间隔上的概率降水强度R。用实测雨量站资料与云图进行对比，进一步取得大量的样本，假设有M个样本，则有Rij（i=1，2…，n；j=1，2，…，m）。由统计分析得知，对于每个I，Rij（j=1，2，…，m）呈正态分布，故取Rij的期望值RIj代替Ri，其中Rij=∑Rij。以上统计逐小时进行。

5 降水的外推预报

云系移动速度的预报运用风云-2C卫星连续i+1张云图，通常情况下每小时一张，选择预报区附近的一个显著云的低温中心，从相邻两张云图低温中心位置移动的时间差，求得云的移动速度Vj，则未来云的移速为V=∑Vj。24小时和48小时降雨预报，在3小时降水预报的基础上，采用模糊数学的方法，用矩阵乘法作预报。

6 系统在碧口水库的应用情况

①“‘2005.7.1暴雨预报和洪水调度”。系统2005年5月投入运行以来，根据卫星云图处理资料能及时预报流域的降水情况，同时组织开展防御大洪水的假象预报工作，在一定程度上提前采取措施，进一步确保水库的安全性，同时减轻上下游地区的洪水压力。2005年碧口共发生九次洪水，根据卫星云图预报处理系统进行降水预报和分析，3小时降水预报平均准确率达到75.4%，为碧口的防洪和发电调度提供了可靠资料和依据，供防洪调度决策。整个汛期利用云图分析、预报，创造了较好的水库调度效益，水库水量利用率95.3%，节水增发电量7400万千瓦时。

②“2013年的暴雨预报及洪水预报调度”。碧口水库及麒麟寺水库梯级调度上半年白龙江流域来水偏枯，来水属特枯月份。总来水量20.9998亿m3，比上年同期减少16.1%，比多年同期均值减少21.5%。最大降雨量发生在9月份，月降雨量208mm，最大日雨量86mm，发生在9月20日。麒麟寺水库上半年受碧口水库来水偏枯的影响，平均入库流量145m3/s，总来水量22.6446亿m3，比上年同期减少15%。为做好碧-麒水库经济运行工作，充分利用卫星云图加强天气形势分析，结合实际积极采取水库优化调度措施，及时调整水库运行方式，节水增发电效果明显，碧-麒两库联合调度实现节水增发电量2820万kWh，提高了洪水资源的有效利用率。

7 存在问题和建议

目前进一步提高预报精度，可将降水气通量考虑到预报中；根据流域面积的不同地理特点，时空分布的不均区域进行分块分段预报，可进行长时间（如6小时、12小时、24小时）预报。

8 结语

该系统软件结构设计合理，并且菜单与操作文字提示相结合，为使用人员提供了便利，该系统更适合非气象专业人员的使用。需要指出：气象部门的专业天气预报使用了天气图、卫星云图等气象资料和工具时，需要借助大气动力学、天气热力学等方法和手段。虽然MSVS卫星为降水预报提供了最有用的资料，仅仅用一种工具进行预报，其也有一定的局限性。

参考文献：

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