气象卫星云图降水预报系统的应用

气象卫星云图降水预报系统的应用

齐卫忠，郑雄波

万安(江西省万安水力发电厂9江西 %"%:$$+

摘要:介绍了气象卫星云图降水预报系统的原理和特点，以及在万安水电厂水库调度中的应用情况。定量预报结果对水库的防洪决策和发电调度起着重要的作用，适合于非专业气象部门使用。 关键词:卫星云图;定量预报;防洪决策;水库调度

中图分类号:文献标识码:文章编号:."!";" < !$$7=7)!>(#$$!+$%$$=)?=$%

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充分发挥气象卫星云图的潜力。 " 前言根据万安水库流域大、库容小、调节能力差的

特点，为提高降雨预报预见期，发挥水库的防洪能 随着气象卫星技术的发展，气象卫星云图在监

力，减轻或避免上下游洪水灾害，提高水量利用率， 视天气系统、预报暴雨及台风等灾害天气方面有无

降低耗水率，增加发电量，最大限度地发挥电站的 与伦比的作用。目前许多大中型水电厂、水库都配

综合效益，特提出开发卫星云图降水预报系统。利 备了卫星云图接收系统，每小时接收一张 3456)

用日本 3456) 静止气象卫星播发的红外通道实 !卫星发送的云图信息。将每张云图连续起来使用，

时云图资料，对影响万安水库流域降水的有关区的 可以定性地分析出本流域的降水趋势等信息，为防

红外数据进行反演，进行数理统计处理，作出万安 洪决策、发电调度提供了重要的依据。但担负重要

水库库区 7 8 和 #" 8 降水定量预报。 防洪任务的水库对降水预报的前瞻性、实效性和准

确性的要求越来越高，常常要进行洪水的假想预

报，而目前的短期降水预报值难以满足洪水预报的

# 预报原理要求，而受气象专业知识和技术力量的限制，难以 利用已有的卫星云图系统进行降水定量预报，未能 气象卫星利用红外感应器测量云、陆地和水面

所发射的长波辐射，由普朗克定律得出: !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

和维护成本。 结束语!&’ 改善干灰流动性 采用流态化技术，干灰1’ 输灰方式自投运以来，运行一直平稳、正 颗粒能被气体充分流化而形成“拟流体”，干灰的流常，它所具有的一系列优点得到充分显示和验证， 动性得到改善，使干灰能沿着管道浓相顺畅输送， 是燃煤电厂干灰输送系统的发展方向。因此，无论 较好地解决了堵管问题和实现远距离输送(单级输 是新建电厂，还是老电厂改造，正压浓相气力输灰 送长度可达 ! )$$ *+。 系统，都是值得推广使用的。 ’ 环保效益好 干灰在密闭的设备内流化和,2’ 为 保 护 该 系 统 在 技 术 上 的 先 进 性 和 实 用 在密封的管道中输送，不受气候影响，不受潮，无粉 性，安装过程中，要注意工艺、质量，使其气密性好， 尘外冒，使现场工作环境得到改善。 并清理干净系统内的杂物;运行中，应及时排除干 自动化程度高 利用 0 可编程序器，可 -’ ./燥器、过滤器等设备内从空气中分离出来的水、油 实现整个输送过程的全自动控制运行;且系统运行 等液体，保证压缩空气干燥、清洁;搞好设备的日常

! ! 的概率也愈大。!’ "(!，#)*!! &&&&($) 由于天气系统在地理分布上的差异，会 ! #

成不同地理条件下，云层的温度分布与降水的概 $# # (，#) "!’&&+ , 关系也不同，对于万安水电站这样一个特定的预 ! !! -" # .区域，其空间尺度最多是中尺度天气系统，因此

以忽略地理分布的差异。 式中 !——波段内黑体表面放射的辐射强度0!/! &&#!

$，$——常数。 #!

如果测量到达卫星的 !，通过上式，便可推出 天气系统的气候特征具有明显的时间分(%) &&

辐射面的黑体温度 #。若忽略 !/!，波段通过大 &&#! 上的差异，同样一种天气系统在不同季节所造成气层的衰减，则 #就能代表地表或云面辐射体的 && 降水不同的，为了尽量减少这种时间分布上的 真正温度。 异，将云层温度分布与概率关系划分成 #! 个月， 大气的温度一般比地表面低一些，不同高度的 个月使用一个概率关系。云层具有不同的温度。高云冷一些，低云暖一些，相

(+) 在一个中尺度观测范围内的一个探测点 应地它们放射的辐射量也就有强有弱。红外测量资

料转换成图像，云和地球表面表现为不同层次。最 不同的云系可能造成相同的云顶温度，而降水反

却有很大差异，系统在以下 %个前提下工作。 第 黑的地区代表最暖的表面，云层越薄，云层高度越

底，其降水潜势越小，降水越小;最亮的地区代表最 个前提:系统的预报是概率意义上的。第二个前提冷的表面，云层越厚，云层高度越高，其降水潜势越 由于天气系统的气候规律随时间分布的变化是大，降水越强。 要的，因此在将时间具体分为 # 个月的条件下， !一般要在大气候下结合云的形态分布、云量、 同云系所造成的差异将不再显著。第三个前提:云高、云的纹理特征、多种气象资料和预报手段，推

用观测区内 +% 个站点的资料进行统计，自然就 知天气系统的动力学和热力学结构等进行降水预

除了过分突变的差异，使得云与降水的概率关系 报。然而这需要有经验的专业气象部门和人员才能 接近实际。第四个前提:系统是建立在流域内已 做到。这是本系统在技术上难点之一。 现降水天气条件的后续 1 2 或 % 2 降水预报。重 !云比地面高，有云时卫星观测到的红外壳值比 是 1 2 降水预报，!% 2 水预报仅供参考。 晴空时低，这是判识云的重要依据。一般来说，云层

通过对历史云图和实测雨量资料进行数理越高，观测到的亮温值越低，但亮温值并不等于云

计分析，根据上述原理，将红外数据反演成降水 顶温度，只有积雨云、层云时，亮温值才与云顶温度

率，从而进行未来 1 2、% 2 降水预报。 !相等，对于其它云就难以确定了。因而红外数据虽

然与降水存在某种对应关系，然而这种关系并不是

确定的函数关系，由于地理分布的不同、季节不同、 降水等级 ! 天气系统不同，都造成这种关系的不确定性。此外， (#) 1 2 降水预报分为: 在卷云为主的场合，其红外辐射值也会造成降水概 无雨(3"4# 55); 小雨率很大的假象，这是本系统在技术上的另一困难。 (4#%46 ); 小中雨"/55/综合以上因素，建立一个仅用红外云图进行客 (+4646 ); 中雨"/55观降水预报的系统，必须在技术上排除种种不利因 (#4#%46 ); 中大""/55/素，具体从以下几个方面来考虑: 雨(#+4"#646 55); 大雨/(#) 红外云图反映卫星探测的下垫面水平温度 ("4"646 55); 暴雨!/!分布，由于大气垂直温度结构在总体上是向上递减 (!$"4" 55)。 的，因此，红外云图上温度愈低的探测点，其云层高 () % 2 降雨预报分为: !!度愈高，其云层厚一般亦愈厚。 无雨(3"4# 55); 小雨

("4#646 55); 小中雨//

(#"4"#646 55); 中雨/

(!"4"/!%46 55); 中/大

雨(+4$%46 ); 大雨!"/55

($+4%%46 ); 大暴"/55/

雨(%+4"%646 55); /降水的先决条件是云，云层愈高愈厚，一般(!)

估计其降水潜势也愈大，降水概率也愈大;因此，红

外云图上温度愈低的探测点，其降水潜势和降水率

. +7 .

大暴雨&!$$($ ++,。 !预报到台风消失的趋势和万安库区的降水情况，利

**(** ， 用防洪库容进行调洪;防洪库容利用率达 !系统特点 !水量利用率达 (# ，在洪水前，机组加大出力预 *"!

&!, -./0’ 卫星的红外云图数据可自由选定 泄，满发参与泄洪，洪尾拦蓄抬高库水位水头，增

加发电量约 # $$$万 89?2。由于正确使用该系统 兰勃托投影或麦卡托投影处理。实现科学优化调度，!*** 年弃水调峰损失电量降 &#, 对遥测雨量站的降水资料进行统计分析， 至历年最低值。全年增加发电量达 1 *3% 万 89?2。 分别建立和修正短时降水强度曲线。 #$$$年 入 汛 前 按 照 江 西 省 防 汛 抗 旱 总 指 挥 &%, 具有人工修正降水曲线的功能，以防止预 部的部署，万安水库的库水位 % 月中下旬 由 * + ’报的随机偏差。 开 始 逐 渐 降 低 至 汛 限 水 位 运 行 ，" 月 日 水 位 降 ! &", 可由人工干预，选择 1 2 降水预报或 #" 2 至 43("! +。根据卫星云图预报，在万安水库流域 降水预报。 有一次明显的降水过程，" 月 ! 日 4:$$ 开 始 逐 渐 &, 具有自动寻找特定范围内云系低温中心的 ’加大机组出力进行预泄，根据实际的降水， 台机 "特点，供使用者选点参考。 组满发运行全力进行预泄腾出防洪库容，至 " 月 &1, 具有台风的移动方向、移动速度的预报。 # 日 :%$ 水位降至 4(1" + 开始调洪。由于预先 !!’&3, 系统可每小时进行滚动 1 2 降水预报或 # 2 "% 腾出 $(*# 亿 +的防洪库容，缓解了调洪压力，在 降水预报，从而对降水预报进行实时修正，提高了 洪峰过后，库水位最高达到 *!("’ +。再次根据云 预报的准确性。 图后期没有大范围的降水预报结果，利用 " 台机组

满发将库水位降至汛限水位运行。避免了弃水，水量

!$$ ! 地被用于发电，约增发电量 " "$$ 万 89?2，

不仅发挥了防洪效益，还增加了发电效益。 应用情况" 据统计 **1)#$$$ 年万安水库共发生洪!&!, 将预报值与实测值进行比较，平均准确率 水 %$ 次，应用卫星云图降水预报系统进行来水预达 3’ 以上，大雨以上的预报准确率达 4$ 以上。 !!报，及 时提出洪水调度方案供上级防汛部门决策，&#, 该预报系统在水库调度上主要应用在:汛 成功地 进行了 " 次错峰调度，#1 次为下游削减洪前库水位的消落;主汛期结束时的水库中充蓄;洪 峰，最大 一次削峰率高达 %( ，削减洪峰流量 " ’’!水来临前的水库预泄;洪水调度期间的假想预报; % $$$+ 5 6。 在确保大坝安全的前提下，有 次将洪’ 洪水结束期的洪水尾巴的拦截;发电调度中发电计 水全部水量 拦蓄在水库通过机组进行发电;据不完划编制;水库的科学管理运用。 全统计 ’ 年 在以上几方面发挥了积极的决策作用。如在

*4$%!$ 号洪水中，为吉安错峰调度后，库水位抬高 % 接近极限值，仅存 $(" 亿 +库容，根据卫星云图预

报后期没有大的降水的预报结果，经精心计算，利

% 用仅存的库容主动将出库流量由 !# %$$ +5 6 降至 共增发电量约 %71 亿 89? 。2

% $$$+ 5 6，随后又根据实时预报降水结束再次将 !! 结语# % 出库流量降至下游河道安全泄量 4 4$$ +5 6，缓解

万安水电厂的卫星云图降水预报系统，经过几了吉安的防洪压力，降低下游水位 $7 +，使万安县 ’年运用和不断改进完善，目前该系统运行稳定，预报 城提前 4 2 退出被洪水围困的局面，降低了洪水危 精度达到预定目标，能够预报出较准确降水过程，及 害，发挥出万安水利枢纽的防洪效益。时提供水库来水水情，为做好水库的防洪调度及发 在 **$*$1 号洪水的调度过程中，利用该系统及 电调度的依据，提高了水电厂的防洪、发电等综合效 时监测到 !*** 年 * 号台风的形成、发展阶段万安水 益。尤其是调节性能较差的水电厂，使用效果尤为显 库流域的降雨情况，及时将库水位降到 *%(!! +，争 著。该系统采用概率分布方法，预报因子相对较少，

可移植性强，适合水电厂水库调度部门使用。

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