西安市汛期降水变化特征及驱动机制研究

变化环境下城市内涝灾害事件频发,已严重威胁城市居民生命财产安全,汛期降水强度大、持续时间长、影响范围广,是城市内涝主要致灾因子,通过分析城市汛期降水变化特征并进一步揭示其驱动机制,可为城市防洪减灾与水资源管理提供参考。本文采用Mann-Kendall检验、累积距平和连续小波变化等方法分析西安市1951-2017年汛期降水变化特征,采用交叉小波和小波相干揭示太阳黑子、大气环流异常指数北极涛动(AO)、南方涛动指数(SOI)、厄尔尼诺(ENSO)、太平洋年代际振荡(PDO)、北大西洋振荡(NAO)对西安市汛期降水变化驱动机制。结果表明:西安市汛期降水量主要集中在中雨和大雨。汛期降水总量、小雨和暴雨降水量均呈减少趋势,日降水量、中雨和大雨降水量呈增加趋势。汛期降水总强度、日降水强度、月降水强度和不同等级降水的强度均呈增加趋势。汛期降水集中度Q指数呈增加趋势,降水日数减少,汛期降水有更为集中的趋势。汛期降水量存在1958和2002年两个突变点,并且有7-9年的显著周期。AO和太阳黑子对汛期降水的影响最为显著,其次为SOI、NAO和ENSO,PDO的影响相对较弱。AO、SOI、PDO和NAO对汛期降水主要存在正向驱动,ENSO对汛期降水主要为负向驱动。1975年之前太阳黑子对汛期降水有正向驱动,1975年之后则为负向驱动。     

华北地区汛期降水特征及对铁路水害的影响

收集整理了近几十年华北地区逐日降水(1961-2012年)和铁路水害资料(1973-2012年),采用了趋势分析、相关分析等多种统计方法分析了华北地区汛期降水特性及其与铁路水害的关系,并提出了应对这一铁路水害的防御措施。结果表明,华北地区夏季各等级降水量和降水日数均呈现出显著下降趋势,其中暴雨量和小雨日数的下降趋势最为显著。各等级降水强度变化趋势不同,小雨和大雨强度呈上升趋势。华北夏季持续性强降水过程的发生次数、持续天数及过程降水量均有减少趋势,并呈现一致的年代际特征。7月持续性强降水过程出现次数最多,其次为8月。2000年以来,6月发生持续性强降水过程的次数明显增多。华北铁路水害断道时间和次数均呈下降趋势。     

黑龙江省主汛期异常降水变化及其与洪涝的关系研究

利用黑龙江省80个气象站1971-2016年6-8月逐日降水资料,参考国家标准规定大雨、暴雨为异常降水,采用数理统计方法,分析了黑龙江省主汛期内(6-8月)异常降水的变化特征,并构建了异常降水量与洪涝面积的相关关系。结果表明:1971-2016年间,研究区主汛期内异常降水在时间上呈现非连续性发生特征,空间上呈现分散性特征,上述特征在相同时间内暴雨较大雨更为突出,不同时间内6月最显著,而7月异常降水相对集中;研究期间,研究区各站主汛期内异常降水量呈大幅度波动变化,年际间振幅大,相同时间内暴雨事件降水量震荡更强,不同时间内大雨事件主汛期降水量变化最剧烈、暴雨事件7月降水量变化最剧烈。异常降水量在空间分布上存在差异,高值区主要分布在松嫩平原,松嫩平原为异常降水多发区域;1971-2016年间,研究区6月异常降水与洪涝相关不显著,主汛期、7月和8月大雨或暴雨事件的降水量均与洪涝面积具有极显著的正相关关系(P0.01),表明异常降水对洪涝面积为正效应影响作用,其中主汛期大雨对洪涝影响最显著,7月大雨、暴雨影响均较显著。     

黑龙江省夏季雨日变化及前期环流特征

利用1961-2017年黑龙江省62个台站的雨日资料,采用小波分析、相关系数与趋势系数等方法分析,研究夏季不同级别雨日的气候变化趋势.结果表明,黑龙江省夏季各级雨日变化趋势暴雨、大雨以上日数呈现略增加趋势,而中雨和小雨以上日数呈现略减少的趋势;夏季降水日数平均分布,各级别以上的日数分布中心基本是一致的。用黑龙江省夏季大雨以上日数做代表进行分析,小波分析表明存在20a(年)左右的年代际变化周期,还有9a左右、6a左右和3a左右的年际变化周期;前期北半球500hPa(百帕)环流场特征,初冬季由极地到太平洋距平场"-+-"形式,夏季大雨以上日数易偏多,反之,排列为"+-+"形式,夏季大雨日数易偏少。     

云南近46年降水与气温变化趋势的特征分析

利用云南1961-2007年降水与气温资料进行线性趋势分析和突变检验。结果表明,近46年来云南年均降水量是趋于减少的,其中夏季降水量减少较为明显,减少率为4.5 mm/10a,且夏季降水在1971年前后发生了由多到少的突变。从降水的季节变化特征及异常值统计结果来看,云南雨季平均降水量是趋于减少的,而干季平均降水量趋于增加;从降水的地域分布来看,滇南地区降水呈缓慢减少趋势;滇中降水呈缓慢减少后略升状态;滇西北降水呈略升趋势;滇东北降水为明显下降趋势。近46年云南年平均气温是升高的,从全省气温变化的季节特征及异常值统计结果来看,春夏秋冬四季增温都明显,但冬季气温增加最为显著,增加率为0.27℃/10a,冬季平均气温在1995年出现了一次由冷到暖的突变。滇中及以东地区的气温变化增暖趋势明显,滇西地区气温也为增暖的变化趋势。     

山东不同天气系统下暴雨雨滴谱特征分析

根据2013—2016年获取的山东暴雨过程雨滴谱资料,分析了3类不同天气系统影响形成的暴雨降水微结构特征。结果表明:气旋暴雨中雨滴数浓度、降水强度、含水量和最大直径值明显低于低槽冷锋和切变线暴雨,低槽冷锋暴雨中各值要高于切变线暴雨;各类暴雨降水中,直径大于1 mm的雨滴数量是决定降水量的主要因素;3类暴雨雨滴谱都很宽,均有7~8 mm的特大滴出现,大雨滴的存在体现了暴雨降水的特征;随着降水强度的增大,雨滴谱谱宽变大且各档雨滴数浓度增加,谱型的变化对降水的发展演变有一定的指示作用。     

湘江流域洪涝灾害与降水的关系

洪涝灾害是中国最为严重的自然灾害之一,给湘江流域（位于长江中下游）带来了众多的人员伤亡与巨大的经济损失,成为该区域可持续发展的严重障碍。以4—8月份总降水量和大雨强度（日降水量大于25mm）以上降水的频次为指标,分析了湘江流域近50年（1951—1998年）的降水与灾害严重程度的关系。研究表明：（1）湘江流域洪涝灾害程度在1981年前后发生了突变,呈现出显著上升趋势;根据其年代际波动特征可分为3个阶段：即1951—1965年的波动加剧阶段,1965—1973年的波动减轻阶段以及1973—1998年的波动加剧阶段;（2）近50年来湘江流域4—8月份总降水量和大雨强度以上降水频次没有明显的趋势变化,但其存在年代际尺度上的波动,可分为4段：即1951—1967年的波动减少阶段,1967—1977年的波动增加阶段,1977—1992年的波动减少阶段以及1992—1998年的波动增加阶段;（3）自每年4月1日开始,每5天统计一次该时段内的大雨强度以上总降水量,结果表明,自1980年以来,大雨强度以上降雨在时间上有向5、6月份集中的趋势;（4）随着社会经济财富的增加,洪涝灾害在加剧,人类对洪涝适应性对策（包括消极的经济欠发展行动和积极的兴修水利策略）在一定程度上可以缓解洪涝灾害。     

吉林省夏季极端降水事件特征分析

利用吉林省46个气象站1961-2010年逐日降水资料,采用百分位定义极端事件阈值的方法,对吉林省极端降水事件的时空分布及变化趋势特征进行了分析。结果表明:(1)吉林省极端降水事件主要发生在夏季,其中5%的降水日数贡献了该季度25%～30%的降水量;夏季极端降水强度以通化地区最强、东部山区最弱,极端降水频率东部山区最大、西北部最小;(2)吉林省100mm以上的极端大暴雨天气也时有发生,通化地区南部发生几率最大,约为4～6 a一遇;中部一带约为8～10a一遇;西北平原区和东部山区出现大暴雨概率很小。(3)近50a吉林省夏季极端降水事件稍有增多的趋势,而强度变化趋势不明显,但存在明显的地域差别,西北部表现为频率减少、强度减弱,中部和东南部表现为频率增多、强度增强。(4)极端降水事件存在年代际差异,20世纪70年代极端降水频率最小,90年代极端降水强度最大,60年代初期极端降水强度存在由强转弱的突变。     

福建省主要流域的暴雨洪涝特征

利用1989-1999年近11年的水文、气象资料分析了福建省6个主要流域主控站水位与降水量的关系和洪涝的时间变化规律,进而分析了暴雨致洪的特征,结果表明:(1)福建省6个主要流域洪峰水位与上游有关气象站前期平均总降水量相关显著,暴雨是福建省洪涝发生的主要原因;(2)根据闽江(竹歧站)、九龙江(浦南)、交溪(白塔)、木兰溪(濑溪)4个站的达警戒水位或危险水位的降水指标,可利用暴雨预报作为洪涝预警预测的依据。(3)上世纪80年代后,洪水的高低变化有增大的趋势,应进一步完善抗洪防洪预警系统,提高抗洪防洪的应变能力。     

基于下垫面条件扰动的中尺度集合预报在一次暴雨中的应用

考虑到中尺度预报中地形高度和地表温湿物理特征的不确定性,针对2007年7月8日至9日发生在淮河流域的一次暴雨,利用WRF模式对地形高度和初始土壤温湿等下垫面要素进行扰动并设计了3组集合预报试验。结果表明:(1)综合考虑下垫面条件的不确定性可以使降水中心位置和量级的预报更为准确,并且预报准确率可以达到60%以上;(2)集合平均能有效地降低10 m风场和2 m温度场的均方根误差(RMSE);(3)集合平均的结果使得中雨、大雨、暴雨级别的降水干湿偏差程度接近于实况,且预报技巧也较高,但对大暴雨级别降水改进不大,3组集合预报试验相比,地形高度加扰对4个级别降水的预报相对都不占优势,陆面要素扰动对大雨和暴雨有较高的相对预报技巧,同时加扰的集合预报比只对单一要素加扰的试验有明显的优势。     

区域农业水分供应脆弱性分析及定量损失评估

采用积分湿度指数方法,建立了区域农业水分供应脆弱性分析模型,并以山东省为案例进行了应用研究,结果表明:无论春、夏、秋季还是年平均的积分湿度指数值,均呈从东南到西北递减的趋势,说明自然降水对农业需水的满足程度沿该方向递减。对山东省而言,农业用水的满足程度在季节上也存在较大的差异,夏季降水在农业满足程度方面最高、秋季次之、春季最差。由于气候因子的年变异较大,积分湿度指数的年变异亦大;根据作物产量的形成为一动态过程,作物整个生育期内的每一个生长阶段都对其最终产量有一定的贡献,利用积分回归模式对作物全生育期中每一旬降水因子与产量的定量关系进行模拟分析,得到了主要农作物全生育期内每旬降水对最终产量的贡献系数。根据每旬降水对产量的贡献系数和作物受旱指标,建立了作物旱灾损失评估模型。     

东北地区近50年农作物生长季干旱趋势研究

采用Penman-Monteith模型计算了东北三省72个台站1960-2008年生长季的潜在蒸散量,进而计算了潜在蒸散量与降水量的比值,得到各站生长季干燥度。东北三省1960-2008年生长季干燥度总体上表现出从西南向东北方向逐渐减小的变化特征,大值区位于辽西地区,小值区位于黑龙江省北部。东北区生长季降水量与潜在蒸散量相当;东北南部生长季略干,东北北部较为湿润。东北地区生长季干燥度近50年增加趋势通过显著性检验;东北地区干燥度序列在1996年发生了突变。东北三省1973年以来干旱绝收面积、成灾面积占旱作农作物播种面积比例的增加趋势均通过了显著性检验。以1996年为分界点,1997-2007年成灾面积、绝收面积占旱作农作物播种面积比例分别是1973-1996年均值的1.99倍和5.58倍,上升幅度非常明显。从而证明了采用Penman-Monteith模型得到的干燥度公式来评价东北地区生长季干旱是符合实际的。     

暴雨泥石流预报程式

论述了暴雨泥石流预报的４个基本原理,即现象可预报性原理、成困分类组合原理、判别因素简化原理和预报决策依据原理。对泥石流时间预报模型作了分类,提出了通过泥石流活动周期与降水量周期叠加,建立泥石流活动性的长期趋势预测模型;通过泥石流活动年数频次与降水量丰欠等级频次组合,建立泥石流活动年份频次的态势预测模型;根据月或旬雨量确定泥石流发生的阈值关系,建立年内月或旬泥石流发生频次的中期预报模型;由短期天气预     

哈尔滨市降水形势对大气污染物浓度稀释的影响

大量的观测事实和分析表明，随着季节的变化，降水对大气污染物浓度稀释的影响是比较复杂的。冬季，降雪越多，严重污染出现的概率越大；降雪时的天气往往风速小，湿度大，空气层结较稳定，扩散能力较弱。春季，降水对污染物浓度的影响就大一些，降水对PM10有较大的稀释作用，尤其对NO2稀释的影响更大一些，高湿的低温东风雨水对污染物浓度有降低的作用。夏季，降水大于等于10．0mm时高温高湿降水对污染物的稀释作用较大。秋季，高湿气压降低，降水10mm以下，对污染物浓度有降低的作用。     

大风重现期的风险分析

目前结构抗风设计计算风荷载时所采用的设计风速,是根据重现期即所谓多少年一遇的概率来确定的,只考虑某一风速大风出现的概率,不考虑该大风出现的间隔时间是有一定的局限性的.对某一风速大风出现的间隔时间及其概率分布进行了研究,提出了一种大风重现期的风险分析方法.运用该方法,可以分析得出按年度出现某一特定风速大风的发生概率或风险率.     

东北地区冬季降雪的气候特征及其区划

根据东北地区197个气象观测站1961-2006年冬季(12-2月)的逐日降雪量资料,采用线性趋势、小波分析、突变分析、t-检验、EOF(经验正交函数)、REOF(旋转经验正交函数)和CAST(聚类统计检验)等气候统计方法,对东北地区近45a来冬季降雪的气候特征进行了研究.结果表明:东北地区近45a冬季降雪呈下降趋势,每10a下降0.2mm.降雪具有明显的阶段性,1960年代中期到1970年代中期为偏少时段,1970年代中期以后到1980年代中期为偏多时段,1980年代中期至1990年代降雪基本持平,在2000年之后降雪量有所增加.东北地区冬季降雪在45a间始终存在着10a左右的长周期,1980年代以后存在着6a左右的周期,而在1970-1980年代和1990年代之后存在着4a的短周期.EOF分析结果表明:全区一致由北向南的正变化趋势为主要模态,大值区主要位于吉林东部和辽宁西北部,西北-东南反向变化,黑龙江北部同其它区域表现出反向变化特征,也是重要的异常模态.REOWCAST方法的区划表明:东北地区降雪主要分为4个区域,分别为辽宁-吉林东部、吉林北部-黑龙江南部、辽宁西南部和黑龙江北部地区,不同区域降雪量的变化趋势存在差异.     

气候变暖背景下西南四省市暴雨洪涝灾害风险变化

为了对西南地区气候变暖前后四省市相对灾情指数变化、暴雨洪涝相对灾情概率分布和暴雨洪涝灾害致灾因子危险性风险进行评价,采用西南地区四省市83个气象站点的逐日降水和气温资料、以及灾情数据等,首先利用突变检验确定气候变化突变年,然后借助灰色关联法、信息分配法以及熵权法等进行分析。结果表明:西南地区四省市年平均气温于1998年发生突变,总体以0.26℃/10年的速率呈显著性上升趋势;四个省市1978-2018年间的相对灾情指数主要集中在0.65~0.85之间,其中以小灾、中灾居多,变暖后较变暖前大灾发生频次增加显著;暴雨洪涝致灾因子危险性评估中指数变化主要呈西南-东北走向,两边为危险性增加区域、中间地区增幅较少或有所减小,川渝地区在变暖前后暴雨洪涝灾害危险性均高于云贵地区。     

基于联系数和马尔可夫链耦合的山东省旱情动态预测评价

为增强区域旱情预测评价模型的合理性、可解释性和预测评价结果的准确性,以山东省1972-2001年旱情历史序列作为评价样本,选取水库蓄水量距平百分率、地下水埋深、土壤含水量和降水量距平百分率4个旱情评价指标,采用基于加速遗传算法的模糊层次分析法确定评价指标权重,通过计算评价样本的指标数联系数、指标值联系数并利用最小相对熵原理得到样本的平均联系数,由属性识别法确定了各年份的旱情等级,建立了基于集对分析五元联系数和马尔可夫链耦合的区域旱情动态预测评价模型(简称CNMC模型),将CNMC模型应用于山东省2000、2001年旱情等级动态预测评价中,判定山东省旱情等级,将该模型确定的旱情等级与属性识别法评价结果进行对比分析。结果表明:采用CNMC模型得到的旱情等级计算值与属性识别法的评价结果一致,可发现CNMC模型中由集对分析法确定的权重值较自相关系数法确定的权重值分布均匀,克服了自相关系数法的计算不稳定性;以联系数分量为基础的属性识别法克服了直接将指标数值与评价标准匹配得到的马尔可夫链状态等级空间的粗糙性;以前5 a各年份的联系数分量为基础,充分利用了1~5步长状态转移概率矩阵,克服了普通马尔可夫链法中仅采用状态转移概率矩阵中某一行信息所带来的局限性。CNMC模型有助于深入刻画和解析预测对象与预测因子之间的复杂关系,以联系数分量为基础,不同步长的马尔可夫链状态转移概率矩阵为驱动所建立的模型能更精准地刻画系统的不确定性趋势且计算简单、操作方便,为区域旱情动态预测评价提供了一种新途径。     

中国南部沿海地区雨涝灾害时空特征及趋势预测

根据插补完整的近５００年旱涝等级序列和近４０年实测降水资料，分别制定了历史时期和观测时期雨涝分级标准。建立了五省一市１８个站的雨涝序列。在此基础上，探讨了中国南部沿海地区雨涝分布时空特征，并对典型雨涝年的成因及灾情进行了分析和评估，最后作出９０年代雨涝趋势预测，为沿海的减灾、防灾提供科学依据     

气候序列的最优分割与暴雨的灾变预测

暴雨是形成泥石流的水动力。泥石流发展趋势预测的主要内容之一是气候条件尤其是暴雨的变化趋势之预测。作者首先以气候资料序列最长的上海站为例，应用有序样品最优分割方法，综合降水与气温要素，对百年来气候序列进行划分，显示出气候变化的周期性和降水的平稳趋势，使泥石流发展具有周期性和持续性。进而，以南昆铁路宜良泥石流带为例，应用灰色灾变预测方法，预测可能引发泥石流的暴雨之频率变化趋势，为泥石流发展趋势的预测提供依据