IBM HyREF流域高精度降水数值预报和灾害预警系统-for Cux

当前水电公司流域降水预测存在以下迫切需求 1. 中长期降水趋势预报； 2. 临近暴雨预警；
（迫切需求，填补空白）
3. 短期降水定量预报
（扩展需求，提升准确度）
（迫切需求，填补空白）
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基于IBM全球领先的核心气象平台开展联合创新
年度
拦蓄水量 增发电量 （亿m3） （亿kWh） 1.91 1.32
对应发电 效益 （亿元） 0.3
2013
0.27
平水期：依据降水趋势预测，保证平水期蓄水量，在高电价期间实现多发电
业务价值2：提前灾害预警，实现“安全防汛”
• • 流域暴雨预警：辅助洪水预测，如2010年7.17洪水，使用更加丰富和准确的降水预测 ，可以支持防洪策略的制定，完成相关泄洪或蓄拦等措施； 坝区暴雨预警：辅助坝区作业人员和物资安全决策，严防在大渡河流域出现如“锦屏 8.30”等灾害损失
Analysis, Design
Project Plan
Procure Manufacture
Construct Test
Run & Operation Operate Maintenance
Maintain Modify
Manage Fleet
plan
design
construction
operation
水电公司需求：节水增发和安全防汛需要准确的流域降水预测
水资源时空分布不均匀，汛期来水量枯丰变化显著（如2011偏枯，2012偏丰，来水差异100亿立方） — 需要准确的降水预测，优化调度计划，发挥瀑布沟等水库的调节能力，实现节水增发 暴雨及其相关灾害频发（如7.17洪水，磨西河泥石流，泸定6.30，以及周边流域如锦屏8.30等） — 需要及时的暴雨预警，保证人员与设备安全，实现“防汛抗涝，容灾减灾”
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实时数据（客户每1小时提供一次）：
外部数据（IBM收集）：
其它外部数据（可选）：
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建设企业级气象站 先进的灾害天气预警能力 打造流域降水预测新标杆！
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有雨日预报评分
同期已有预报系统预报预报评分在60%左右。
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系统实施——数据需求列表（客户一般都有，无需额外增加数据采集设备）
静态数据：（客户提供）
• 流域GIS数据（划界、高程、植被、土壤、河流 截面等）
系统物理架构——从已有系统中抓取少 量数据，计算后对结果进行展示，并不 影响已有系统运行：
• • • • 满足电力系统二次安防规定，与现 有系统无缝对接 利用和优化现有计算设备和网络资 源 预测系统主要位于安全三区，与三 区现有同步数据库实现数据交换 外部数据下载置于四区
•
• • • • • • • • • • • •
流域雨量计坐标和历史数据
流域自动气象站坐标和历史数据 流域水位计、流速计坐标和历史数据 流域雨量计数据 流域自动气象站数据 流域水位计和流速计数据 大尺度环流数据 全球地形数据 常规气象观测数据 卫星和雷达网络图片数据（西昌、宜宾、成都） 气象局自动气象站数据 气象局雷达实时图像和level-2数据 气象局卫星实时高清图像和原始数据

IBM Offering，销售策略，额外技术支持 IBM Offering, Sales Strategy, and Technical Support
Resouces
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水电是中国未来能源发展的重要领域之一
“十二五”时期，全国开工建设水电1.6亿千瓦；到2015年，全国水电装机容量达到2.9亿千瓦；到2020 年，全国水电总装机容量达到4.2亿千瓦。
单次来水过程蓄拦水量可增加1.5亿立方以上，年经济效益预期超亿元
目前预报水平下 高精度预报下 拦蓄水量 （亿m3） 3.61 增发电量 （亿kWh） 2.50 对应发 电效益 （亿元） 0.57 增加收入 （亿元）
以2013年8月来水为例：现用预报显 示无主要降水，但实际降水明显，导 致集控中心中小洪水调度力度较弱， 单次蓄拦减少1.7亿立方。 •
maintenance
准确的气象预测和灾害预警，对 于保证在建坝区的人员安全和施 工进度有重要意义
需要准确的流域降水预测，制定并上报发电计划， 平衡蓄水与发电，减少弃水量； 同时，也要关注气象灾害、洪涝灾害和相关地质灾 害预警，实现“防汛抗涝，容灾减灾”
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IBM全球研究机构超过3000名研究人员，其中300人团队 从事电力、气象等相关领域研究
借助IBM全球科学家智慧和多年科研与成功项目实施经验 IBM与全球多家气象研究和业务机构长期合作，具有多年 天气模型开发和支持经验
分布全球的研究机构
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基于统一气象预测平台技术，服务于气象、农业、自然 资源、水文、电力等多个领域的跨行业应用
IBM HyREF 流域高精度降水数值预报和灾害 预警系统
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内容大纲 Content Agenda
背景与需求 Background
• 客户群及其需求简介 Customers and Requirements
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IBM核心气象平台研发与实施的项目 IBM Weather Platform and Related Projects
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业务价值1：优化调度计划，实现“节水增发”
实现“节水增发”的途径： • 主汛期：依据降水和蒸发量趋势预测，制定合理调度计划，减少弃水 - 未来枯水——当前加大蓄拦水平，保证未来持续发电能力
示例：8月21日旬预测
- 未来丰水——当前加大发电水平，不需要提前蓄拦，
新能源风光储 功率预测
电网气象灾害预警 (复冰，强风，雷击.。)
智慧数值天气预报
流域水情预测与灾害预警
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高精度降水数值预报和灾害预警系统成功案例：实施并应用于西南某水电流域公司
系统Βιβλιοθήκη Baidu能
• • 1. 流域中长期降水趋势预报
核心气象平台在国内外成功案例：
奥运会高精度气象预测服务：亚特兰大（1996）， 北京 （2008），巴西世界杯（2014），里约（2016） 加拿大魁北克水电公司（Hydro Québec）预测系统 美国Velco水电、风电的预报、调度一体化系统 巴西Rio洪水气象灾害预报项目； 文莱Brunei灾害暴雨及洪水预报项目 南方电网暴雨、台风等灾害预报及电网风险管理支持系 统 国家电网“张北风光储示范工程”、神化国华、华润新 能源、中国光伏等30多个风电、光伏预测项目
西南是中国重要的水电资源基地
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水资源占全国的70%，水电发电量占全国比重约50% 其中，四川、云南和贵州的水电装机容量比重分别达到71%、68%和49% 大量的在建水电站
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水电站的建设和运行阶段都需要水文气象技术的支持
Requirement
Concept Feasibility
高精度模型网格
气象要素预报
灾害天气预报能力
• 强风预报相关性评分：超过90%； • 雷暴雨团预报有效时间：3小时 • 雷击预报相关性评分：超过80%； 台风路径48h预报误差：小于50公里； • 最大台风风圈强度综合评分：超过90%
*相关指标数据基于国际通用的评估方法与定义
•
气象灾害预报
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系统性能展示2：大幅高于已有相关系统
2. 测试短期定量降水预测的合格率 24小时降水预报评分达到82%
预报评分
3. 测试短期定量降水预测“有雨日”的合格率 24小时降水预报评分达到75% 有雨日：全流 域有单站降水 量超过10毫米， 且所有站平均 降水量超过2 毫米的期间的 预报结果
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已有相关预报系统：面临“准确性”与“定量化”的挑战
合理的发电计划和来水预测，都依赖于流域降水预测的准确性 气象部门只发布区域定性预报，无法达到“定点、定量、定时”的要求 中长期降水预测、临近暴雨预警等方面存在业务空白 暴雨相关灾害的形成机理非常复杂，与瞬时降水量关系密切
系统性能展示1：大幅高于已有相关系统
1. 测试中长期旬降水趋势预测合格率
流域旬降水量趋势预测评分达到 85%
系统可以预测未来主要降水过程，枯水到丰水的转变和大致来水时间，从而优化调度计划，降水时间趋势评 分达到 80%，均满足甲等、乙等合格率，可作为业务使用
8月19日预 测
8月21日预 测 同期已有预报系统预报趋势范围过大无法使用：如预报“中游为20～55mm，下游为60～120mm”。
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气象预测平台相关性能指标
领先世界先进水平的常规气象预报能力要素
• • • • • • • 预测空间分辨率：可达1-2公里 风速预报平均误差：小于0.5米/秒 温度预报平均误差：小于0.5度 风功率次日预报准确度：超过92% （国内同类型厂商提供预报平均约为5075%） 风功率超短期预准确度：超过94% （国内同类型厂商提供预报平均约为5078%） 流域面雨量预报准确度可达85%（包括长江中下游梅雨期和珠江流域华南前汛 期） 滚动气象6小时预报计算时间：小于30分钟

成功案例 Reference
• 基于核心气象平台的 HyREF 流域高精度降水数值预报和灾害预警系统 HyREF solution Introduction
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业务价值 Client Value Provided
系统性能指标 Solution Key Performance

实施与数据要求 System Implementation and Requirements
每旬/月末更新，流域旬/月降水量趋势变化预测
2. 临近暴雨预警
每1小时更新，0~12小时流域和坝区暴雨预警
每1小时更新，0~12小时对流不稳定区域和潜在雨区
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3. 流域短期降水预报
每12小时更新，0~5日流域逐日定量降水预测
4. 系统管理与高级可视化
预测结果与预警信息可视化 数据接口管理 用户分类管理 日志管理