基于Copula函数的海南热带气旋风雨联合概率特征分析

热带气旋灾害的主要致灾因子为大风和降水,易引发风暴潮、海浪、洪涝等次生灾害,具有典型的多灾种灾害链特征。大风和降水是热带气旋灾害的两个具有代表性的致灾因子,如何表达多个致灾因子的综合强度是一个关键性问题。本研究以海南岛为研究区域,以1951-2014年共298场历史热带气旋过程最大3s极值风速风场以及总降水量时间序列数据为基础,首先利用极值理论分别拟合了海南风雨两个单致灾因子的强度概率边缘分布,其次采用Clayton、Frank、Gumbel Copula函数计算了风雨二维联合概率。并通过K-S检验及AIC、BIC检验等方法优选了拟合函数,然后分别计算了风雨单个致灾因子超过阈值(RPor)和两个致灾因子同时超过阈值(RPand)两种联合重现期,最后基于影响海南的9场历史典型热带气旋损失归一化数据检验重现期计算结果的可靠性。结果表明:对于年极值分布拟合最大3s极值风速用Weibull分布、总降水量用Gumbel分布效果较好;对于边缘概率分布的连接函数,Clayton Copula函数的效果较好;联合重现期RPand相比于联合重现期RPor与历史热带气旋归一化损失率具有更好的相关性。     

两种干旱指标在干旱致灾因子危险性中的对比分析——以宁夏为例

致灾因子是灾害风险分析理论体系中的重要组成部分,干旱致灾因子危险性指数由干旱强度和发生概率共同决定。基于致灾因子危险性指数计算模式,对比分析了宁夏中南部山区降水距平百分率和标准化降水指数两种常用干旱指标在致灾因子危险性中的应用。分析结果表明,基于两种干旱指标的宁夏中南部山区干旱致灾因子危险性分布趋势一致,且均与实际相符,考虑到计算的简单易行,可以选择降水距平百分率作为宁夏干旱致灾因子危险性指数分析的依据。从全区干旱灾害风险区划的分析表明,宁夏干旱致灾因子危险性大致呈由南到北逐步增加的趋势。     

长江流域一季稻高温热害分布特征及风险分析

基于长江流域一季稻区75个农业气象观测站观测数据和逐日气象数据,建立典型高温年份一季稻灾损和高温热害表征因子关系,筛选关键致灾因子、构建高温热害致灾等级指标,分析一季稻热害致灾时空分布规律。以多种分布函数对高温致灾因子序列进行拟合,筛选最优分布函数,综合热害强度及其风险概率进行高温热害致灾风险分析。结果表明:一季稻高温热害致灾程度与高温过程的日最高温度关系显著,以38.9℃、39.5℃、40.2℃、41.5℃为轻度、中度、较重、重度致灾热害的阈值。20世纪60至80年代致灾热害发生范围和次数减少,90年代稍有增加,21世纪后明显增大;致灾热害基本以轻度、中度和较重等级为主,80年代发生站次较少,重度致灾热害发生较少、21世纪后明显增加。重庆中部和北部为高温致灾热害发生的高频区。综合致灾强度和风险概率的致灾较高风险区主要集中在重庆和四川盆地东部地区。整体看,一季稻高温致灾热害范围和强度将呈扩大增强的趋势,需采取一定防范管理措施以应对气候变化、保障粮食稳产高产。     

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。     

应用联合极值分布评估热带气旋影响风险——以“海葵”对上海地区影响为例

热带气旋成灾是致灾因子、受灾对象的物理暴露与脆弱性以及应对灾害能力等共同作用的复杂的非线性过程。在应灾能力无显著变化的前提下,受灾风险大小及灾情轻重常与热带气旋风雨的影响强弱相一致。热带气旋风雨越大,越趋于小概率事件时,其超出承灾体忍受能力或设防标准可能性越大,导致严重灾害的可能性越大。所以,可根据热带气旋风雨强度的出现可能性大小确立风险阈值判据,以此评估影响风险程度。该研究应用了气象随机现象在时间域与空间域分布上具等价性的原理,以热带气旋"海葵"对上海地区影响为例开展试验,建立了以日降水量区域极值、极大风速区域极值为边际分布的热带气旋风雨影响强度联合分布模型。结果显示,根据联合分布模型得出的热带气旋影响风雨共现超越概率能较好地表征影响风险程度,尤其对受灾严重的高风险区有相当确定的鉴判。这为基于气象资料提高极端事件影响评估的准确性提供了有价值的思路,也为规避及转移风险或合理利用资源提供客观依据。     

基于突变理论的湖南衡阳暴雨灾害风险评估

基于衡阳9个县区1967-2016年气象资料、灾情数据、农村经济数据等,采用突变理论,从致灾因子、孕灾环境、承灾体和防灾减灾能力四个方面,综合分析了衡阳暴雨灾害风险的时间演变和空间变化情况。结果表明,①致灾因子方面,其风险由南向北逐渐增加。②孕灾环境方面,与致灾因子风险分布相反。③承灾体方面,其风险大致呈现中间高,四周低的趋势。④防灾减灾能力方面,呈现四周低,中间高的趋势。⑤暴雨灾害综合风险,大致呈现由南至北逐渐递减的趋势,与孕灾环境风险分布趋势基本一致。此外,突变理论的采用和评估体系指标的细化,优化了风险评估的过程,提高了风险评估的实用性和科学性。     

黑龙江省水稻初霜冻灾害致灾因子危险性分析

根据黑龙江省水稻的生长发育期,以全省77个台站1961-2009年的逐日最低气温资料、霜冻历史灾情数据、社会经济资料、地理信息数据及作物生育期资料为基础,综合运用GIS空间分析和灾害风险评估数学方法,分析了黑龙江省初霜冻灾害的灾情特征,并根据霜冻灾害的形成机制,分别计算水稻生育期初霜冻发生概率及偏早初霜冻发生概率,进而确定了致灾因子,对致灾因子危险性进行分析与评估。结果表明:水稻初霜冻灾害发生的概率随纬度的增加大致呈增大的分布形势,大兴安岭、孙吴、逊克、嘉荫、伊春、嫩江、克山、拜泉、海伦等市县为高危险区,黑河大部、齐齐哈尔东部、绥化北部、尚志、穆棱、富锦为次高危险区,松嫩平原南部、三江平原大部、牡丹江南部为次低及低危险区。     

不同时空尺度旱灾风险评价数字平台的建设

首先以降水量为主要致灾因子,结合我国的干旱分区和主要农业类型,构建了干旱区-旱地农业、半干旱区-农牧交错雨养农业、半湿润区-黄淮海平原灌溉农业、湿润区-湖南水田农业的匹配关系。在此基础上,借助于地理信息系统、数据库管理技术和网络技术等,拟搭建全球-国家-区域不同尺度的旱灾基础数据平台。基于灾害系统理论和风险评价理论,针对三个典型区,构建了横向以灾害系统的组成:致灾因子-孕灾环境-承灾体-灾情,纵向以不同的评价单元:县域-乡镇-农户-地块等多级尺度多种类型的农业旱灾风险评价指标体系。     

韧性城市视角下地铁洪涝灾害风险分析——基于Bow-Tie—贝叶斯网络模型

极端暴雨易引发地铁洪涝灾害,其致灾因子具有复杂性特征,辨识地铁洪涝灾害的致灾因素,可以有效提升地铁系统应对洪涝灾害的韧性。为此,建立了Bow-Tie—贝叶斯网络的灾害风险分析模型,利用事故树构建致灾模型,再以贝叶斯网络模型预测灾害的后验概率。通过节点后验概率、关键重要度分析等对地铁洪涝灾害的基本事件的重要度进行分析,提取出导致灾害发生的关键基本事件。分析结果表明,地铁和环境的不安全状态和管理的缺陷是导致灾害发生的重要中间事件。该文从灾前预防、灾中抵御、灾后恢复三个维度对地铁洪涝灾害提出针对性的对策建议,对建设更具韧性和包容性的社会-生态系统具有重要的借鉴意义。     

基于经济损失的河北省雪灾风险定量评估

通过河北省142个国家气象站的逐日积雪深度和历史灾情资料,运用概率分布理论对不同重现期下河北省雪灾致灾因子危险性进行评估,并利用"致灾强度指数-经济损失率"反演法构建脆弱性曲线,对承灾体损失风险进行定量评估。结果表明:河北省的张家口、承德和唐山北部地区海拔较高,雪灾致灾因子危险性高于其他地区。随着重现期的增加,雪灾积雪深度也在增加。在承德、唐山交界以及唐山东南部地区,30年一遇雪深达44 cm,50年一遇高达66 cm。对于雪荷载敏感的结构,承德与唐山交界处、唐山东部应满足100年一遇雪压0.5 k N/m~2以上。承灾体的损失风险受到致灾因子、承灾体暴露度和脆弱性的综合影响。在同等致灾强度下,雪灾经济损失风险与经济暴露度分布大体一致,石家庄、保定、邢台、邯郸的市辖区附近以及唐山遵化县和曹妃甸区的雪灾经济损失高达50万元/km~2以上。     

上海降雨特征及其对城市水情灾害的影响

利用上海降雨资料,分析了上海汛期降雨的变化和最大年日雨量极值的累积分布规律,近期降雨空间分布、暴雨频度和强降雨特征,及气候因子对水情灾害的影响。结果显示,汛期雨量大小对水情灾害影响较为复杂,大暴雨或强降雨是造成水情灾害的重要原因。初步探讨和提出了气候因子的灾害危险评估方法,并对上海各区(县)近期的暴雨灾害影响进行了危险评估;暴雨对上海地区水情灾害影响差异明显,崇明、市中心区和浦东新区暴雨灾害危险较大,南部地区的青浦、金山、奉贤和松江区危险较小。     

近50年北京地区主要灾害性天气事件变化趋势

应用1958-2008年逐日气象观测资料,对北京地区的几种主要灾害性天气事件进行了统计分析。结果表明:(1)各种灾害性天气事件的发生频率与强度均具较大的年际变化特征,高温事件的分布为双峰型结构,1990年代以来为高温多发期,年极端高温强度及连续高温日数均有增加的趋势,低温事件的变化趋势则正好相反;(2)强对流天气事件如暴雨、冰雹、雷暴日数的下降趋势不明显,但强度有减弱的迹象,大风、沙尘暴、大雾事件下降趋势明显;(3)北京年酸雨日数上升趋势明显,酸雨pH值的变化表明污染日趋严重;(4)北京气候变暖突变发生前后某些极端天气频率和强度表现出明显差异,其突变点相差1～2 a间隔,表明极端事件对于气候增暖变化需要一个响应过程。     

1995年气候对交通系统的影响

根据气象部门和交通部门的资料，对１９９５年气候条件对我国交通系统造成的影响进行了分析评述，其中影响最大的是暴雨洪水，其它气候灾害还有雾、雪、风及高温等，使我们对影响交通系统的气候灾害有了进一步的认识。     

基于GIS多准则评价与BP神经网络的暴雨洪涝灾害风险辨识--以闽三角地区为例

灾害风险辨识是灾害有效防控的重要环节之一,辨识体系与风险水平之间的非线性复杂关系使研究方法向精细化、智能化转型。闽三角地区是我国重要的沿海经济开放区,独特的“山-海”自然地理格局、起伏破碎的地形、高发的台风暴潮和极端短时降雨特征使其常遭受洪涝灾害侵扰。以闽三角为例,将生态服务价值纳入风险评价体系,构建基于GIS多准则评价与BP神经网络模型的风险辨识方法,旨在完善评价体系的同时,弥补传统评价方法存在的非线性缺陷和主观依赖,并以此为基础,进一步探究该地区风险空间分布规律和空间格局,为灾害风险防控提供思路。结果表明:①基于GIS多准则评价与BP神经网络模型的风险辨识方法能够系统准确的认知暴雨洪涝灾害风险水平与空间分布;②高风险区主要分布在河流沿岸、河口处、湾区,且人口、经济活动较活跃地区,城市化发展快速区与缓慢区相比,更容易遭受洪涝灾害威胁;③洪涝风险以高-高和低-低集聚为主,风险根据空间自相关性特征分为“整体随机”“局部随机-邻域集聚”和“整体集聚”三种类型。最后根据风险特征将闽三角地区高风险分为“厦门集美版块”“泉州湾区版块”“漳州县区版块”,分别提出灾害治理建议。     

桂林市极端天气气候事件分析

桂林是以"甲天下"的山水美景而闻名的国际旅游城市,极端天气气候事件造成的灾害将给其社会经济的发展带来负面影响.本文采用桂林1951～2004年的资料,统计干旱、暴雨、高温和强对流天气等极端天气气候事件的出现频率、强度并分析其演变趋势.结果显示,近50年来,桂林市极端天气气候事件除暴雨、干旱强度增大外,频率变化呈平稳或减小趋势.     

深圳市洪涝灾害的数值模拟与分析

深圳市自建特区以来,沿河沿海低地迅速城市化,流域内大规模的开发活动加剧了水土流失,河道淤塞严重,行洪能力降低,新增市区防洪排涝设施不足,使深圳市洪涝灾害更趋频繁,经济损失急剧增长,为配合深圳市制定新的防洪(潮)规划,本研究开发了城市洪水演进一、二维不恒定流混合模型,分现状与规划措施实施后两种情况对各典型年暴雨、高潮的组合在深圳市可能造成的洪涝灾害进行了模拟和分析,其结果为深圳市合理评价防洪(潮)规划提供了依据。     

上海洪涝灾害发生特征、致灾因子及影响机制研究

基于上海1949-1991年间洪涝灾害发生频次和程度数据,综合考虑城市化和区域环境变化对洪涝灾害的可能影响,系统探讨了研究时期内上海洪涝灾害发生的基本特征和趋势性。选取汛期降雨量、米市渡和黄浦公园年最高潮位以及逐年河道消失数作为主要致灾因子,分析了它们对上海洪涝灾害发生的影响程度和方式。研究表明,选取时段内上海洪涝灾害发生频率有下降趋势,灾害程度趋于减轻;水利工程对洪涝灾害的发生具有决定性的影响。致灾因子自身变化与城市化进程及其区域环境变化有一定的响应关系,其致使洪涝灾害发生的作用方式呈阶段性变化。降水和潮位的致灾影响基本是即时性的,河道消失的致灾影响则具有滞后性和持续性。多元回归分析表明,采用米市渡年最高潮位、年河道消失数和汛期雨量指标,可以进行洪涝灾害发生的趋势性预测。     

基于GIS的上海浦东暴雨内涝灾害脆弱性研究

随着全球气候变化和城市化进程的加速发展,城市暴雨洪涝灾害的频度和强度不断加强。灾害脆弱性研究是当前灾害研究的热点,基于灾损率的脆弱性分析方法是当前灾害脆弱性研究的重要课题点与前沿。采用G IS和遥感技术,依据20年、50年、100年、200年、500年、1000年一遇的6个重现期情景,对上海浦东新区开展了基于灾损曲线的脆弱性研究。研究中修正了上海地区的径流模型,基于G IS栅格编制了不同重现期的淹没深度图,实地调查了研究区暴雨内涝灾害的灾损率数据,确定了研究区的脆弱性等级划分,并利用G IS编制了基于不同重现期情景的上海浦东脆弱性图。研究中提出的方法对于沿海城市开展暴雨内涝等自然灾害脆弱性研究具有借鉴意义,研究结果可供区域灾害风险评估和防灾减灾规划参考。     

近50年中国汛期暴雨旱涝的分布特征及其成因

利用全国160个站点的汛期降水量资料，采用EOF展开并结合聚类相似方法分析了我国汛期旱涝的分布类型和暴雨雨量对每个雨型的多雨带位置和强度的贡献，还探讨了我国汛期主要雨型的500hPa大尺度环流背景。对暴雨和雨型的研究结果表明：主要多雨带中心区域与暴雨总量的显菩正距平区域有很好的一致性，这说明我国汛期8个主要多雨带类型的多雨中心主要是由频繁的暴雨造成的。