Verifikace předpovědi srážek pro hydrologické modelování

Ing. Martin Vokoun

Doctoral thesis

Verification of precipitation forecast for hydrological modelling

Abstract:

Vydávání povodňových výstrah a hydrologické modelování obecně, se neobejde bez kvalitní předpovědi srážek. Tato práce má dva hlavní cíle, které se zaměřují právě na zvýšení přesnosti hydrologických předpovědí. Prvním cílem je porov- nat úspěšnost předpovědí deterministického modelu ALADIN-CZ (Aire Limi- tée, Adaptation Dynamique, Development International–Czech Republic) a ensemblového modelu ALADIN-LAEF (Limited Area Ensemble Forecasting), který v současnosti není shledán jako přínosný pro hydrologickou předpověď a není operativně využíván. Srážková data byla pro účel verifikace upravena do podoby, v jaké vstupují do hydrologického modelu. Pro hodnocení byly vybrány významné srážkové události z letních částí roku v letech 2011-2015. Výsledky ukazují, že ensemblový model ALADIN-LAEF je stejně a v určitých případech i více úspěšný, než ALADIN-CZ. Druhým cílem bylo nalezení postprocesin- gové metody nebo jejich kombinaci, která by pomohla nakalibrovat ensem- blové predikce a vedla k přesnějším předpovědím srážek a také přímo průtoků. Testovány byly metody tvorby multimodelu, kalibrace pomocí metody BMA (Bayesian Model Averaging) a využití neuronových sítí. Výsledky prokázaly, že aplikace těchto metod generuje předpovědi o úspěšnosti srovnatelné s regio- nálním modelem o vysokém rozlišení ALADIN-CZ. Nejpřesnějších předpovědí dosáhla vytvořená kombinace modelu ALADIN-CZ v kombinaci s kvantilovou předpovědí vypočtenou z metodou BMA z modelů ALADIN-LAEF a COSMO- LEPS. Tato kombinace byla úspěšná i v případě testování neuronové sítě pro přímý výpočet průtoku na základě predikce srážek.

Abstract:

Precipitation forecasting has great significance for hydrological modelling, par- ticularly for issuing flood alerts. The objective of this work is to assesses the high-resolution deterministic model ALADIN-CZ (Aire Limitée, Adaptation Dynamique, Development International–Czech Republic) and the ensemble model ALADIN-LAEF (Limited Area Ensemble Forecasting). Verified precipitation data were modified to the form in which they enter the hydrological model used for flood forecasting in the Czech Republic. Unlike ALADIN-CZ, ALADIN- LAEF is currently not considered to be of any value for hydrological predicti- ons in the Czech Republic. In the present paper, we assess the added value of the ensemble model. The most significant rainfall events from the summer seasons during 2011–2015 were selected for the purpose of this study. The results show that ALADIN-LAEF does not have a lower success rate than ALADIN-CZ in predicting significant rainfall events. In fact, for the most verification scores and metrics, ALADIN-LAEF was assessed as more skilful. Second aim was finding of postprocessing method, leading to the more accu- rate precipitation forecast and also directly compute the river discharges. The second aim of this work was to find a postprocessing method or combination of postprocessing methods that would help calibrate ensemble predictions and lead to more accurate predictions of precipitations and river discharges. Methods of multimodel creation, calibration method using the BMA (Bayesian Model Averaging) and the use of neural networks were tested. The results shows, that the application of used methods generates predictions of success comparable to the regional model of high resolution ALADIN-CZ.The most accurate pre- dictions were achieved by the created combination of the ALADIN-CZ model in combination with the quantile prediction calculated by the BMA method from the ALADIN-LAEF and COSMO-LEPS models. This combination was also successful in the case of testing a neural network for direct discharge calculation based on precipitation prediction.

Keywords

hydrologické modelování, předpověď srážek, verifikace, kalibrace, postprocesing

Keywords

hydrological modelling, precipitation forecast, verification, calibration, postprocessing

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 1. 3. 2021

Thesis defence

• Supervisor: prof. Ing. Martin Hanel, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Environmental Sciences

Doctoral programme / field:
Landscape Engineering / Environmental Modelling