一种考虑水文预报精度的网格降水预报评价方法技术

本发明专利技术提供一种考虑水文预报精度的网格降水预报评价方法，包括以下步骤：步骤1，站点实测降雨网格化，将站点实测降水数据统一到与降水预报相同分辨率的网格上；步骤2，构建降水预报综合评价指标体系；步骤3，确定流量预报评价指标；步骤4，基于历史数据和随机森林算法确定各降水评价指标权重；步骤5，计算降水预报综合评分

【技术实现步骤摘要】
一种考虑水文预报精度的网格降水预报评价方法


[0001]本专利技术涉及水文预报中的精度评价
，具体地指一种考虑水文预报精度的网格降水预报评价方法
。

技术介绍

[0002]气象水文耦合的洪水预报技术是防御洪水灾害和实现水资源高效利用的重要手段，其通过在水文模型中接入定量降水预报数据，有效延长洪水预报的预见期，实现洪水灾害的预报和预警
。
当前的定量降水预报大多基于数值天气预报模式进行作业，受大气过程的复杂性影响，数值天气预报模式生成的定量降水预报存在较大的误差，会在随后的水文模型计算过程中传递和变化，影响最终的洪水预报精度
。
[0003]目前，业内采用了多种指标来评价降水预报的精度，指导降水预报技术的提升和优化，以及帮助筛选合格的降水预报产品
。
这些指标增加了降水预报评价的维度，使得水文从业人员可以从多个方面和角度来评价降水预报的效果，选择适用的降水预报产品
。
然而，多维度也给水文从业人员带来了一定的困难，他们往往需要根据经验给不同的指标赋予一定的权重，然后对它们进行加权求和，得到一个综合评分来评价降水预报的准确性
。
这种方法存在着以下两点不足：
(1)
经验权重具有较强的主观性，导致最终的降水预报综合评分缺乏客观性，受人为因素影响深；
(2)
经验权重可能会导致一些对水文预报不太重要的降水预报指标被过分强调，而忽略了一些对水文预报更有意义的降水预报指标，导致综合评分和水文预报精度间缺少响应关系，综合评分高的降水预报不一定适合应用于水文预报
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述不足，提供一种考虑水文预报精度的网格降水预报评价方法，能够客观地给降水预报指标赋予合理的权重，建立降水预报评价指标和水文精度间的响应关系，提高降水预报评价的科学性和有效性
。
[0005]本专利技术为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种考虑水文预报精度的网格降水预报评价方法，它包括以下步骤：
[0006](1)、
站点实测降水网格化；
[0007](2)、
构建降水预报综合评价指标体系，所述评价指标体系包括格点降水量级评价指标
ETS
，雨量精度评价指标
A
，结构精度评价指标
S
，位置精度评价指标
L
；
[0008](3)、
确定水文预报评价指标；
[0009](4)、
基于历史数据和随机森林算法建立各降水预报评价指标和水文预报评价指标间的响应关系，计算各降水预报评价指标的重要性，获得各指标权重；
[0010](5)、
基于降水评价指标和指标权重，计算降水预报综合评分
。
[0011]优选地，步骤
(1)
具体包括以下步骤：
[0012](1.1)、
使用克里金插值方法，逐时段将站点实测降水数据统一到与降水预报相同分辨率的网格上，得到实测网格降水数据
。
[0013]优选地，步骤
(2)
具体包括以下步骤：
[0014](2.1)、ETS
评分指标计算：
[0015][0016]式中，
N
hit
为实测和预报均有雨的格点数；
N
ref
为实测和预报；
N
miss
为实测有雨，预报无雨的格点数；
N
falsealarm
为实测无雨，预报有雨的格点数；
N
ref
可以通过下式计算：
[0017][0018](2.2)、S、A、L
评分指标计算
。
[0019]优选地，步骤
(2.2)
具体包括以下步骤：
[0020](2.2.1)、
预报和实测网格降水数据的卷积平滑处理：
[0021]对预报和实测的网格单元进行卷积半径为
R
个网格单元的卷积平滑，计算公式如下所示：
[0022][0023]式中，
R
m,n
为行数为
m
，列数为
n
的网格单元降水值；
[0024](2.2.2)、
预报和实测网格降水数据卷积场的阈值化处理：
[0025]对卷积平滑后的预报和实测网格降水数据进行阈值化处理，阈值为
T
，计算公式如下所示：
[0026][0027]经步骤
(2.2.1
～
2.2.2)
后，原网格降水数据被划分为
M
个连续的降水集中区域，由此可计算降水评价指标
A、S、L
；
[0028](2.2.3)
降水预报评价指标
A
计算：
[0029][0030]式中，为降雨的估计值；
R
为降雨的实测值；和
D(R)
分别为估计和实测降雨集中区的均值，分别由下式确定：
[0031][0032][0033](2.2.4)
降水预报评价指标
S
计算：
[0034][0035]式中，和
V(R)
分别由下式确定：
[0036][0037][0038]式中，
R
n
为实测网格降水第
n
个降雨集中区的降雨量，等于个降雨集中区的降雨量，等于为预报网格降水第
n
个降雨集中区的降雨量，等于个降雨集中区的降雨量，等于和
V
n
由下式计算：
[0039][0040][0041]式中，为预报网格降水第
n
个降雨集中区中的降雨极大值；实测网格降水第
n
个降雨集中区中的降雨极大值；
[0042](2.2.5)
降水预报评价指标
L
计算：
[0043][0044]式中，代表预报网格降水所有降雨集中区组成平面的质心；
x(R)
代表实测网格降水所有降雨集中区组成平面的质心；
d
代表预报区域的最长距离；
L1＝0，代表预报降雨和实测降雨的质心重合；
[0045][0046]式中，和
r(R)
可分别通过下式计算：
[0047][0048][0049]式中，代表预报网格降水所有降水集中区的总质心和第
n
个降水集中区质心间的距离；
R
n
|x
‑
x
n
|
代表实测网格降水所有降水集中区的总质心和第
n
个降水集中区质心间的距离
。
[0050]优选地，步骤
(3)
中的水文预报评价本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种考虑水文预报精度的网格降水预报评价方法，其特征在于：它包括以下步骤：
(1)、
站点实测降水网格化；
(2)、
构建降水预报综合评价指标体系，所述评价指标体系包括格点降水量级评价指标
ETS
，雨量精度评价指标
A
，结构精度评价指标
S
，位置精度评价指标
L
；
(3)、
确定水文预报评价指标；
(4)、
基于历史数据和随机森林算法建立各降水预报评价指标和水文预报评价指标间的响应关系，计算各降水预报评价指标的重要性，获得各指标权重；
(5)、
基于降水评价指标和指标权重，计算降水预报综合评分
。2.
根据权利要求1所述的一种考虑水文预报精度的网格降水预报评价方法，其特征在于：步骤
(1)
具体包括以下步骤：
(1.1)、
使用克里金插值方法，逐时段将站点实测降水数据统一到与降水预报相同分辨率的网格上，得到实测网格降水数据
。3.
根据权利要求1所述的一种考虑水文预报精度的网格降水预报评价方法，其特征在于：步骤
(2)
具体包括以下步骤：
(2.1)、ETS
评分指标计算：式中，
N
hit
为实测和预报均有雨的格点数；
N
ref
为实测和预报；
N
miss
为实测有雨，预报无雨的格点数；
N
falsealarm
为实测无雨，预报有雨的格点数；
N
ref
可以通过下式计算：
(2.2)、S、A、L
评分指标计算
。4.
根据权利要求3所述的一种考虑水文预报精度的网格降水预报评价方法，其特征在于：步骤
(2.2)
具体包括以下步骤：
(2.2.1)、
预报和实测网格降水数据的卷积平滑处理：对预报和实测的网格单元进行卷积半径为
R
个网格单元的卷积平滑，计算公式如下所示：式中，
R
m,n
为行数为
m
，列数为
n
的网格单元降水值；
(2.2.2)、
预报和实测网格降水数据卷积场的阈值化处理：对卷积平滑后的预报和实测网格降水数据进行阈值化处理，阈值为
T
，计算公式如下所示：经步骤
(2.2.1
～
2.2.2)
后，原网格降水数据被划分为
M
个连续的降水集中区域，由此可计算降水评价指标
A、S、L
；
(2.2.3)
降水预报评价指标
A
计算：
式中，为降雨的估计值；
R
为降雨的实测值；和
D(R)
分别为估计和实测降雨集中区的均值，分别由下式确定：的均值，分别由下式确定：
(2.2.4)
降水预报评价指标
S
计算：式中，和
V(R)
分别由下式确定：分别由下式确定：式中，
R
n
为实测网格降水第
n
个降雨集中区的降雨量，等于个降雨集中区的降雨量，等于为预报网格降水第
n
个降雨集中区的降雨量，等于个降雨集中区的降雨量，等于和
V
n
由下式计算：由下式计算：式中，为预报网格降水第
n
个降雨集中区中的降雨极大值；实测网格降水第
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘杨合，张东杰，张海荣，曹辉，徐卫立，赵建华，王二朋，张滔滔，
申请(专利权)人：中国长江电力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：