七大江河流域面雨量计算方法及应用

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1、万方数据七大江河流域面雨量计算方法及应用徐晶林建姚学祥毕宝贵吴昊(国家气象中心，北京100081)提要参考我国水文部门和各省气象台的做法，比较客观地确定了全国七大江河流域(松花江、辽河、海河、黄河、淮河、长江、珠江)及其支流域的边界，将全国划分为71个子流域，并实现了各支流域内计算机自动选取代表测站。同时研究了各种面雨量计算方法的优缺点，最后选定泰森多边形法为面雨量计算的主要方法。2000年6～9月在中央气象台进行了面雨量预报业务试运行，每天定时完成将24小时常规雨量资料和加密雨量资料合并作为实况资料，并将中央气象台短期降水预报指导产品24、48小时雨量预报场转换成站点降水

2、，在此基础上计算各支流域的实况和预报面雨量，同时实现了面雨量实况和预报在MIGqPS下的显示。关键词：七大江河流域面雨量泰森多边形法引言防汛抗洪决策的一个重要依据是江河水位和流量的变化，而对水位和流量的预报依赖于对江河流域内面降雨量的估计。目前，我国水文部门主要用降雨实况资料计算面雨量，进而计算径流、预报水位和流量，至今没有预报的面雨量，这就限制了洪水预见期的延长。必须有准确的流域面雨量作为水文模式的初值，才可能尽量延长洪水预见期。实际上，在欧美发达国家，面雨量预报早已用于水文预报，而在我国这方面的技术研究和业务服务正处于起步阶段，有一定难度。本文对面雨量预报的计算方法及业

3、务流程进行探讨。1面雨■的定义面雨量是指某一特定区域或流域的平均降水状况，定义为单位面积上的降水量。面平均雨量可表示为：p=扎PdAP为面雨量，A为特定区域的面积，P为有限元dA上的雨量。由于流域面雨量能客观地反映该流域的降水情况，因此在分析、预报水情变化时面雨量应用非常广泛，为水文学上的一个重要参数“I。2面雨■计算方法面雨量的计算方法很多，主要有逐步订正格点法”1、三角形法”1、算术平均法、格点法、等雨量线法、泰森多边形法“3等。算术平均法简便易行，但仅适用于流域面积小、地形起伏不大，且测站多而分布又较为均匀的流域，秦承平等“o利用算术平均法对清江流域和长江上游干支流域

4、面雨量进行了探讨，结果证明对三峡区间气象测站分布较均匀，雨量资料较齐全的情况，算术平均法简单易行；格点法能较好地反映降水的连续性；等雨量线法精度高，但较多地依赖于分析技能，而且操作比较复杂，不便于日常业务使用；泰森多边形法或三角形法，考虑了各雨量站的权重，而且当测站固定不变时，各测站的权重也不变，比算术平均法更合理，精度也较高，因此应用较广。以往一直认为泰森多边形法缺乏弹性，是由于技术困难而无法根据站点变化自动更新站点权重，我们克服了这个技术难点，实现了程序自动化，能适应不同流域的站点变化。下面我们主要介绍泰森多边形法的13万方数据气象第27卷第11期原理和编程处理。泰森多

5、边形法又叫垂直平分法或加权平均法。该方法是先求得各雨量站的面积权重系数，然后用各站点雨量与该站所占面积权重相乘后累加得到面雨量。雨量站权重数的求法：将流域内各相邻雨量站用直线相连，作各连线的垂直平分线，这些平分线相交，把流域划分为若干个多边形，每个多边形内都有一个雨量站。设每个雨量站都以其所在的多边形为控制面积，A^、幽，△A与全流域的面积A之比fr=!竽}，、n，即为该雨量站的权重数，流域平均面雨量为：P：f、PI+kP2+⋯七f，。式中-厂。，，2⋯^分别为各雨量站用多边形面积计算的权重数；P。，P：⋯只，F分别为各测站同时期降雨量和流域平均雨量。用此种方法计算面雨量时

6、考虑了测站的权重，精度较高，对测站分布不均匀的流域尤为适合。我国水利部门大多采用求积仪求取各测站的控制面积，但是在考虑的流域较多，站点也很多的情况下，所组成的多边形面积小，个数多，用求积仪求面积操作起来不方便。因此，必须实现业务自动化。在计算机上实现面雨量计算程序自动化，其技术难点在于确定环绕每一个站点的多边形的唯一性和确定任意多边形的面积。下面主要说明计算环绕各雨量站的多边形面积问题。首先，求出该流域内某站点A(iota(1"1)，lat(n))与其余站点B(ion(i)，lat(i))的垂直平分线方程：由A、B两点的坐标求出AB的中点坐标C，由直线AB的斜率可求出AB垂

7、直平分线的斜率，再由点C和垂直平分线的斜率求得垂直平分线方程。其次，为了求出垂直平分线所围成的多边形的面积，以站点A为圆心，每隔1。(可任意规定)可确定一条射线，该射线与多边形的边有一个交点，这样扫描一圈就有360(11)个交点，分别求出该站点与交点的距离，每两条距离可组成一个小三角形，把这360(n)个小i角形的面积累加起来就等于该多边形的面积。但是，求射线与多边形的交点时实际上——14——是求射线与垂直平分线的交点，可能在某一方向卜，射线与好几条垂直平分线都有交点，这时就必须取最短距离的交点，才能保证多边形的唯