基于HEC-HMS的郴江流域山洪预报研究

山洪灾害常造成严重的经济损失和人员伤亡,基于地理信息系统和遥感技术的水文模型集成系统,为无资料地区的山洪预报提供了新的思路。在对2006-2013年降雨特征进行统计的基础上,以自然分水线划分子流域,利用遥感影像和GIS技术提取流域信息,采用HEC-HMS半分布式水文模型进行郴江流域山洪预报。结果表明:对模型验证期的10场洪水,洪峰流量和洪量相对误差均在20%以内,峰现时差在2 h以内的占比为80%,Nash效率系数在0.7以上的占比为80%,模型模拟效果较好;相较于多峰洪水,单峰洪水的模拟效果更好。不同雨型的模拟分析结果表明,D型降水洪峰和洪量的模拟效果较好,而E型降水模拟流量过程与实测拟合较好。     

辽宁地区一次暴雨过程成因的位涡诊断分析

2003年8月5—6日，受东移北上的华北气旋的影响，辽宁省大部分地区出现暴雨天气，其中彰武、本溪等地出现局地大暴雨。应用MM5非静力中尺度模式对这次暴雨过程进行了数值模拟，在模拟结果的基础上，利用位涡分析方法对这次过程进行了诊断分析。结果表明，在对流层低层有正位涡扰动存在，对强对流天气具有触发作用；对流层中低层的相对高位涡中心和对流层高层的较强低位涡中心相配合，有利于形成低层辐合与高层辐散，使得气旋得以维持和发展，从而为对流性降水提供了必要条件；在对流层中低层，出现高位涡中心地区可能形成暴雨中心。     

中国未来极端降水事件的变化——基于气候变化预估结果的分析

利用区域气候模式PRECIS单向嵌套Hadley气候中心海-气耦合模式HadCM3高分辨率的大气部分HadAM3P,分别进行了气候基准时段(1961—1990年)和2080 s时段(2071—2100年)中国区域各30年时间长度的模拟试验,以分析PRECIS对当代中国区域极端降水事件的模拟能力和SRES B2情景下2080s时段相对于气候基准时段中国区域极端降水事件的可能变化趋势。气候基准时段模拟结果与观测值的对比分析表明:PRECIS能够较好地模拟出中国区域年平均极端降水事件的空间分布特征,但模式模拟的大雨事件和湿日数高值区范围较观测值偏大,对华南地区暴雨事件和日最大降水事件的模拟结果较观测值偏低。SRES B2情景下,2080s时段年平均大雨事件除东北和华南地区外,全国均呈增多趋势。暴雨事件在西部地区以减少为主,而东部地区主要呈增加趋势。年平均日最大降水事件的分布型与大雨事件基本一致。湿日数除华北、西北和青藏高原部分地区外均呈减少趋势。未来长江流域洪涝灾害事件发生的频率将可能增大。     

大跨度拱桥抗震性能分析与减震控制研究

论文运用通用有限元软件ANSYS对香溪长江大桥-大跨度拱桥进行了数值模拟。以COMBIN37单元模拟非线性粘滞阻尼器,分析了该阻尼器布置于拱肋横梁与主梁处(方案1)及安装在立柱与主梁之间(方案2)两种不同位置时对拱桥的地震响应控制效果。分析结果表明:针对顺桥向位移反应,方案1的控制效果明显优于方案2;两种阻尼器控制方案均对桥面加速度有放大作用,且方案1的放大效果要比方案2大。两种阻尼器控制方案对拱顶及拱脚轴力均有较好的控制效果,且方案1的控制效果优于方案2;两种阻尼器控制方案对拱桥面内弯矩的控制效果,方案2的控制效果优于方案1。上述研究结果为大跨度拱桥振动控制分析及工程应用具有重要的指导意义。     

云南一次致灾暴雨过程WRF模式模拟分析

采用三重嵌套网格,利用NCEP的1°×1°再分析资料以及新一代中尺度预报模式WRF模式,对2014年6月6日08:00-7日08:00川滇切变线致灾暴雨过程进行了数值模拟实验,并对结果进行诊断分析。结果表明:WRF模式可以较为客观地模拟出暴雨过程的落区和强度,较好地反映了强降水过程的实况和基本特征,模式能很好地指示出强降水发生的高湿水汽条件以及正涡度发展、强烈上升运动和下正上负垂直螺旋度结构的动力条件,模拟的上升运动位置及700 hPa正涡度带和正垂直螺旋带亦对强降水落区有很好的指示性,另外除了模拟的切变线位置稍偏西偏南而导致暴雨区稍偏西偏南外,对高低层影响系统的走向、结构、位置和强度的模拟结果与实际结果相近,表明该模式对云南省切变线致灾暴雨系统具有较好的模拟效果。     

双偏振天气雷达在灾害性降水估测中的应用——以广州“5.22”特大暴雨灾害为例

针对降水估测是特大暴雨灾害防御的重要问题,以2020年5月21—22日发生于广东省的特大暴雨过程为例,采用广州S波段双偏振天气雷达研究了考虑比衰减的定量降水估测(QPE)新方法R(A),对比了R(A)方法中不同α系数对QPE结果的影响[R(A)_003和R(A)_0019],并与传统单偏振雷达中的R(Z)方法进行对比验证。结果表明:通过质量控制可有效剔除非气象回波和噪点,为QPE提供有效数据基础;传统的R(Z)方法受雷达部分遮挡影响,部分径向得到的降水反演效果欠佳,与之相比,考虑比衰减的R(A)方法可以有效规避这一缺陷,保障了QPE结果的空间连续性;R(Z)对降水中心大值区和强降水阶段存在低估,无法有效反映降水中心强度以及峰值变化,采用海洋性降水特征系数的R(A)_003出现了明显的高估,相较之下,考虑大陆性降水特征系数的R(A)_0019能够对此次暴雨过程的强度和空间变化进行有效刻画,效果最优。     

基于智能网格预报的江西暴雨灾害风险预评估研究

利用1951—2022年江西降水实况、逐日智能网格降水预报产品、暴雨灾情损失，地形DEM、河网密度及GDP、人口等数据，分析了江西暴雨灾害风险的主要影响因素，从暴雨灾害致灾因子危险性、孕灾环境敏感性和承灾体易损性三方面，构建了江西暴雨灾害风险评估模型。利用模型对2010—2020年135次暴雨过程灾害风险进行评估检验，结果显示该模型较为合理；对2019年6月6—11日江西暴雨过程进行灾害风险评估，结果显示该过程中吉安北部至赣州东北部、上饶东部为重度到极重度受灾区；再对2022年6月12—15日江西暴雨过程进行灾害风险逐日预评估；两者结果均与灾情实况分布大体一致，总体效果较好。     

天津市城区暴雨沥涝动态仿真模拟系统

天津城区内涝对人民的财产和正常生活，交通等方面造成了一定影响，因此研制了这套天津市暴雨商涝计算机仿真模拟系统，在收集城区雨量站实况降水资料和数值预报模式36h预报结果之后，通过对降水在地面不同走向的数值模拟，客观地反映出每场暴雨过程中城区的积水范围和积水过程，从而可以对暴雨灾害进行科学评估。     

地铁隧道不同排烟风速对火灾烟气控制的模拟分析

以某地铁隧道过江段为研究对象,基于CFD数值模拟方法,采用大涡模拟火灾分析软件FDS对相同纵向风速条件下,排烟道内不同排烟风速对地铁列车火灾烟气控制效果的影响进行模拟对比分析,分析结果可为设计单位对在排烟风机的选取提供一定的参考。模拟分析的结果表明,当纵向风速设定为1m/s时,排烟风道内排烟风速为5m/s即能达到较好的地铁列车火灾烟气控制效果。     

三峡库区强降水的数值模拟及其在滑坡灾害预报中的应用

采用中尺度数值模式MM5V3对三峡库区22次强降水过程进行了数值模拟,以检验该模式对库区强降水的模拟能力和对高度场与温度场的模拟状况;详细介绍了该模式对一次强降水过程的模拟结果,并分析了该次降水的成因;将MMSV3模式与关于三峡库区滑坡发生的预报模型相结合,对发生在宜昌的一次滑坡灾害进行了预报试验。结果表明,中尺度数值模式MMSV3对三峡库区的强降水具有较好的模拟能力,能较好地刻画出降水的分布及其成因;模式预报的降水,结合库区滑坡预报方程成功预报了宜昌滑坡的发生;该方法为三峡库区滑坡灾害的预警提供了一种新思路。     

多模式集成分级降水概率及落区预报试验

利用欧洲中心模式(EC-thin),日本模式(JAP),德国模式(GER),T639模式(T639)以及天津WRF模式(TJ-WRF)的格点降水预报资料和历史实况资料,分别基于Rank方法、平均法、相关法设计了三种集成降水概率预报方案,并对2014年4-10月进行集成降水概率预报试验及RPS、BS评分、ROC曲线检验,探讨了集成降水概率预报产品在实际降水预报业务中的应用方案。研究表明:对于各个量级的降水概率预报,Rank方法的预报准确性好于平均法和相关法。基于Rank方法的集成降水概率预报具有可预报性,通过晴雨概率阈值的试验分析,发现当集成降水概率预报达到40%时,降水预报准确率最高,晴雨预报准确率可达到85.1%,通过对各量级概率阈值的试验分析,发现基于集成概率预报阈值得到的分级降水预报产品的ETS评分明显高于单一模式成员;通过个例检验,多模式集成降水概率预报大于40%的区域对降水落区具有较好的指示意义,降水落区预报击中的准确率达到62.3%,典型个例分析显示,对天津小概率极端性的全区性暴雨落区和概率较大的一般性降水落区均有较好的预报效果。     

太平洋海温场变化与黑龙江省夏季降水关系

热带太平洋海温场是大气环流异常变化不可忽视的重要加热场,当厄尔尼诺/拉尼娜事件发生,全球均有不同程度异常天气气候出现,因此对海温场异常变化的研究与分析,是对提高灾害性气候事件预测重要的环节之一。本文应用相关、相似、及对海温场分型方法,寻找对黑龙江省夏季降水异常的强信号。结果表明:海温变化对夏季降水的影响稳定性较差,但春季EOF第1～3模态异常时,对夏季降水有一定影响。厄尔尼诺年发生在降水与SST正相关时段里,副高加强,降水多;厄尔尼诺次年处在正相关时段里,副高加强,全省大部降水多,降水中心在西部;拉尼娜年处在降水与SST正相关时段里时,副高减弱,全省大部分地区降水少。     

淮河流域极端降水空间分布及概率特征

利用淮河流域110个气象站点1959年1月1日至2008年12月31日的日尺度降水数据,建立了AM及POT极端降水序列,通过4大类33种概率分布函数对其进行了拟合,以建立最优概率分布模型,并利用其参数分析淮河流域极端降水的空间分布及概率特征。研究发现:(1)淮河流域1959-2008年日极端降水的空间分布为东西两端高并逐渐向流域中心降低,且有淮河上游地区及沂沭泗流域东部两处强降水中心;(2)经K-S法检验,Wakeby函数是AM及POT序列的最优概率分布函数。50a一遇的日极端降水预估值与1959-2008年实际最大日极端降水值的误差率随着实际降水量的增加而增大,且大多数站点的误差率在20%以下;(3)通过对最优概率分布模型参数的分析,得出河南省驻马店地区、安徽省阜南和淮南地区以及皖鲁苏交界地区的极端降水发生概率较大,淮河中上游干流周边地区及下游地区的极端降水变化不稳定;(4)以最优概率分布模型的形状、尺度参数为指标,绘制了淮河流域极端降水风险图,为极端降水风险管理与预警工作提供参考。     

TRMM卫星资料对陕西及周边地区夏季降水的探测

采用2002～2006年夏季6～8月热带降水测量（TRMM）卫星3841RT类数据资料，以发生在陕西及周边地区的连阴雨、暴雨和日降水量序列事件为例，通过比较TRMM卫星降水资料与地面气象站观测资料的差异，分析了TRMM卫星对陕西及其周边地区夏季降水过程的探测能力。结果说明TRMM卫星反映的陕西及周边地区夏季降水量值偏小，但探测结果能够大致表现陕西关中和陕南及同纬度周边地区夏季降水量的基本特征，对陕西北部地区夏季降水量的探测能力较差。     

长江中下游地区21世纪气候变化情景预测

利用IPCC数据分发中心提供的7个模式的模拟结果,分析了由于人类活动影响,温室气体(GG)增加以及温室气体和硫化物气溶胶(GS)共同增加时,长江中下游地区未来50～100年的气候变化情景.结果表明,长江中下游地区21世纪的未来温度变化与全球和全国一样,都将呈增加的趋势.GG作用下,2050年和2100年长江中下游地区的变暖幅度分别为2.2℃和4.5℃左右,比全国以及东部和西部地区的变暖幅度小;GS作用下2050年和2100年,其分别为1.2℃和3.9℃,总体上,长江中下游地区的变暖幅度低于全球与全国的变暖幅度.各个季节相比,春季和冬季的增温幅度最大,夏季最小,在两种情形下,长江中下游地区21世纪中期夏季温度将分别增加2.3和0.8℃,2100年将分别增加4.1和3.1℃.对降水变化的分析表明,GG作用下,长江中下游地区与全球、全国以及中国西部和东部地区相比,降水增加的幅度最大;GS作用下,降水增加趋势不明显;综合7个模式的模拟结果,GG作用下,春季和秋季降水增加最明显,夏季次之;GS作用下,长江中下游地区的年平均降水变化不明显,夏季降水增加.同时,本文还对长江中下游地区21世纪中期和末期的温度和降水变化的地理分布进行了分析,两种情形下,都是长江以北的增温幅度大于长江以南.GG作用下,春季长江中下游地区21世纪中期降水将增加5%～7.5%,夏季则是长江下游地区降水增加较大,将增加10%,而长江中游地区降水增加不明显;21世纪末,春季和夏季长江中下游地区的降水增加幅度都将加大,尤其是长江以南地区的降水增加最明显;考虑GG和GS的共同影响后,长江以南的地区降水增加,长江以北地区降水减少.     

基于三维变密度流模拟的潍坊北部沿海区海(咸)水入侵研究

莱州湾南岸是我国海(咸)水入侵地质灾害较严重的地区之一。为研究海(咸)水入侵过程,优选合理的防治方案,本文采用三维变密度数值模拟方法,对潍坊市北部沿海区海咸水入侵过程进行模拟,并利用实测的水位与TDS(Total Dissolved Solids)浓度数据对模型进行识别验证;然后,利用数值模型分析未来50年不同方案的防治效果,确定最优的海(咸)水入侵防治方案。研究结果表明:潍坊市北部沿海区地下水流场已由天然场逐渐转变为人工场,人类活动对地下水流场的影响越来越大;区内地下水流场存在2个淡水漏斗区,1个卤水漏斗区,以及漏斗之间的分水岭区域,地下水流向均是向漏斗中心汇流;未来50年,4种防治方案下海咸水入侵界线均向北回缩,回缩距离在500-8 000 m之间;通过4种防治方案对比发现,减少淡水开采量引起海(咸)水入侵界线向北回缩的距离更大,防治效果最优。     

藏东南地区日降雨极值的波动变化

西藏东南部地区是我国地形差异最为显著的地区,北进的印度季风在该地区产生了巨大的降雨梯度。以藏东南地区林芝、波密、嘉黎和察隅4个气象观测站从1961年至2014年的日降雨数据为基础,分析了年降水与年最大日降雨的波动情况及其变化趋势,以及年最大日降雨的规模与频率特征。研究发现,年降水从大到小依次为波密、察隅、嘉黎和林芝,过去45 a间的年降水整体呈先增加后减少的趋势;而年最大日降雨依次为波密、察隅、林芝和嘉黎,波动性以波密和察隅最为显著,而嘉黎和林芝较弱,其变化有增有减;研究发现,采用皮尔逊Ⅲ型可以较好地模拟区域日降雨量的规模频率变化,并基于样本统计给出了均值、变差系数和变异系数。     

剪跨比和箍筋率对钢筋混凝土框架柱动态特性的影响效应

基于通用有限元软件ABAQUS,分别在准静态和动态加载条件下,对不同剪跨比和箍筋率的钢筋混凝土柱进行了数值模拟。对比现有试验结果发现,ABAQUS的模拟效果与试验结果吻合较好;加载速率的影响随着剪跨比和箍筋率的增大而降低;钢筋混凝土柱的峰值承载力随着加载速率增大而增大的趋势明显,刚度无明显变化,延性比趋于稳定。因此,在进行地震作用下钢筋混凝土结构的抗震分析时,对加载速率的影响效应要给予足够的考虑。     

广东省不同等级小时强降水时空特征分析

把小时雨量大于等于20 mm的降水定义为小时强降水。小时强降水由于降水强度大、短时内雨量累计多,常带来城市内涝、交通堵塞等影响,造成山地丘陵等地区出现滑坡、山洪、泥石流等灾害。利用广东省自动气象站、国家气象站小时降水资料,分析广东汛期(4—9月份)小时强降水变化特征。结果发现:小时强降水多出现在广东3个多雨区域内;5月份是高发期,其次是6月和8月;8月份小时强降水的日变化是双峰结构,汛期其余月份日变化均呈现单峰结构;每天13至19时是小时强降水出现的集中时间段,16时出现小时强降水次数最多;小时强降水多出现在粤西云雾山、粤东莲花山山脉南侧、清远南部和珠江口等地区,跟山脉走向基本一致。     

辽宁省"05-6"龙卷风过程的诊断与数值模拟

首先对2005年6月10日（简称“05—6”）发生在辽宁省的一次龙卷风过程进行了诊断分析，然后，利用美国新一代中尺度气候研究与预报模型（WRF）进行了数值模拟试验。诊断分析结果显示：低空强辐合与高空强辐散的配置在6月10日14时前后达到鼎盛时期，为强对流提供了充分的条件。上干冷下暖湿的大气层结不稳定结构和近地面的水汽通量辐合，为龙卷风的发生提供了持续的能量和充足的水汽条件。数值模拟结果表明：WRF模式能够比较成功地再现此次龙卷风过程，其结果与诊断分析相符。模拟的辽西地区的不稳定能量和气柱上升运动的配置关系从10日上午开始，在当日14—15时达到一个峰值，导致了16时龙卷风的发生。另外，不论是在诊断分析还是数值模拟的结果中所体现出的强烈的对流运动和较小的影响范围，都十分符合龙卷风这种小尺度强对流系统的特征。