不同热力学背景对城市降雨（暴雨）的影响（Ⅱ）：—降雨时序的混沌分析

首先介绍了研究复杂性系统的混沌分析方法,并利用上海城市降雨的时序资料重构了相空间,计算了一系列表征其混沌系数的特征值,对其混沌特征进行了分析,随后,文章进一步探讨在不同热力背景条件下降雨系统混沌特征,研究发现,从自然、低温到高温热力背景其降雨序列之间的可比性依次增大,而表征系统所需的独立变量数目则是依次减小,平均系统可预报尺度依次减小,最大可预报尺度依次增大。     

不同热力背景对城市降雨(暴雨)的影响(Ⅰ)──降雨分布的空间差异

如何准确描述和预测降雨（暴雨）的空间分布，已成为城市减灾防灾的重要内容。本文探讨了利用热信息研究城市降雨空间分布差异的方法．在遥感、ＧＩＳ技术支持下，利用对不同时期夏、冬季热图像的主成分分析和图像分割，将上海市１９５８～１９９８年热环境划分为自然、低温、高温３种不同的热力背景．在此基础上，就不同热力背景对城市降雨（暴雨）分布空间差异的影响规律进行了研究，为建立城市降雨空间差异预报模型奠定了基础．     

不同热力背景对城市降雨（暴雨）的影响（Ⅲ）：—基于人工神经网络的集成预报模型

在对降雨系统时序规律分析的基础上,提出了基于人工神经网络的集成降雨时序分析与预报模型,根据上海市降雨和实际测点布置的特点,提出了两套降雨预报策略,根据热力背景的不同,建立了城市降雨空间差异预报模型,经初步验证,该模型具有较高精度,可为城市规划,排水市政工程建设服务。     

不同热力背景对城市降雨（暴雨）的影响（Ⅰ）—降雨分布的空间差异

如何准确描述和预测降雨（暴雨）的空间分布,已成为城市减灾防灾的重要内容,本文探讨了利用热信息研究城市降雨空间分布差异的方法。在遥感、GIS技术支持下,利用对没的期夏、冬季热图像的主成分析和图像分割,将上海市1958－1998年热环境划分为自然、低温、高温3种不同的热力背景。在此基础上,就不同热力背景对城市降雨（暴雨）分布空间差异的影响规律进行了研究,为建立城市降雨空间差异预报模型奠定了基础。     

基于雨量(强)条件的泥石流预测预报研究现状、问题与建议

在对基于雨量(强)条件泥石流预测预报现状综合分析的基础上,提出了目前降雨型泥石流预测预报中存在的问题:①前期降雨对泥石流发生的贡献问题;②前期降雨对泥石流影响的衰减问题;③前期有效降雨天数的确定问题;④前期降雨和短历时降雨的权重衡量问题;⑤基于前期有效雨量的泥石流预测预报模式的确定问题。提出了降雨型泥石流预测预报程式框架和相关建议:①基于雨量(强)条件的泥石流预测预报应同机理研究密切结合;②单沟泥石流临界雨量条件和预测预报应同泥石流类型密切结合;③区域泥石流临界雨量条件和预测预报应同环境地质背景密切结合。     

极端降雨对边坡土体强度的影响及其稳定性分析

降雨是影响边坡稳定性的重要因素。在分析重庆市1951—2015年降雨特征的基础上,以重庆市某高速公路高填方路基边坡为研究对象,分析了极端降雨对边坡土体基质吸力、强度和边坡稳定性的影响。结果表明:在降雨的初期,极端降雨对边坡土体基质吸力的影响较大,随着入渗时间的持续,基质吸力呈现出降-升-降特征;当土体入渗稳定时,基质吸力趋于稳定;降雨入渗对边坡土体内聚力有小幅增大作用,对内摩擦角则具有减弱作用,其平均值可降为初始内摩擦角的0.68倍;降雨入渗降低了边坡的稳定系数,但降雨入渗稳定后,边坡的稳定系数趋于稳定。     

洪水径流系数的尺度效应研究

洪水径流系数是表征降雨径流过程的一个重要参数,以往对径流系数的尺度效应基本上是在坡面或者小流域上进行观测或试验。通过统计滦河流域6个中大尺度子流域汛期的暴雨洪水过程,计算了各场暴雨洪水的径流系数,发现径流系数随着流域面积的增大而减小,并分析了产生这种趋势的原因。结果表明,降雨空间分布不均匀性、单位面积地下径流出流能力及下渗都能引起径流系数的尺度效应。认识径流系数的尺度效应,对于研制开发不同尺度的、具有物理机制的流域水文模型,防洪减灾具有一定的指导意义。     

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。     

黄土高原丘陵沟壑区坡面-沟道系统中的高含沙水流(Ⅱ)--泥沙存储-释放及降雨、径流特征的影响

以黄河中游多沙粗沙区子洲径流站和离石王家沟试验站的径流场观测资料为基础，对黄土高原丘陵沟壑区坡沟系统中高含沙水流特征进行了研究。研究表明，在坡面-沟道系统中，存在着泥沙的存贮-释放机制，这一机制与非高含沙水流和高含沙水流不同的输沙行为有关。当水流为非高含沙水流时，来自坡面和悬移质泥沙中的粗粒部分可在沟道中发生沉积；当为高含沙水流时，前期沉积的粗粒泥沙将因沟道高含沙水流强烈的侵蚀搬运作用而发生释放。降雨对坡沟系统高含沙水流的形成关系密切。在冲沟次降雨最大含沙量与雨强的关系中，表现出两个临界值。超过第一个临界值以后，含沙量急剧增大；超过第二个临界值之后，则出现极限含沙量，即含沙量不再随雨强的增大而增大。     

抚顺西露天煤矿滑坡与降雨的关系及预报方法

抚顺西露天煤矿的滑坡40％以上发生于降雨集中的夏季，说明该矿区滑坡与降雨关系密切。分析了西露天降雨型滑坡的时空分布特征，通过对降雨量和降雨强度两个参数的探讨，说明滑坡与之具有很好的拟和性，最后提出了有关该类滑坡的一些预报方法。     

淮河流域洪涝变化的混沌特征

从功率谱结构,Ｌｙａｐｕｎｏｖ指数,吸收子维数和可预报时间等方面分析了淮河流域洪涝变化的混沌性质,研究表明淮河流域洪涝变化是一类混沌变化序列,洪涝系统是一类混沌为动力系统,系统时初值极端敏感,长期和不可预测,其可报预时间约为５－６年。     

不同降雨重现期下山洪汇流过程关键因子识别研究——以赣江上游为例

森林植被与山洪过程耦合关系是生态水文学研究的热点问题,而给定降雨条件下不同重现期山洪汇流过程关键影响因子识别研究不足严重制约着山洪灾害的预警预报。该研究选取江西赣江上游易灾地区为研究案例,将洪峰模数、汇流时间和1h立即转移临界雨量这3个参数作为山洪汇流过程表征因子,以生态参数、人类扰动、森林起源及林龄4个因子集共计14个因子作为环境解释变量,采用10 min不同重现期降雨实现暴雨区划,在乡镇尺度上利用Canoco5.0软件中RDA模型并进行关键因子识别。研究结果表明:NDVI在1%、2%、5%、20%和50%不同降雨重现期下对山洪汇流过程影响贡献最大且变化幅度相对稳定,其贡献率在37.8%～44.2%之间,而植被覆盖度指数(VC)在80%时贡献率最大;天然林、中林龄、25~0以上坡耕地及人口密度对山洪汇流过程的影响作用不容忽视;不同重现期下解释变量和响应变量因子的空间分布特征及其相关性变化不大;植被指数与山洪汇流过程耦合作用显著,可作为山洪预警参考指标之一。     

近30年来湖北洪涝灾害时序特征及预测分析——基于分形与混沌理论的研究

借助分形与混沌理论,对1978-2004年湖北省洪涝灾害成灾面积时间序列进行了分析,重构了其嵌入相空间序列,计算了其关联维数和饱和嵌入维数,确定了模拟相应动力系统所需的基本变量数目;同时,通过计算Kolmogorov熵,得出了对该洪涝灾害时间序列进行预测预报的时间尺度.最后,基于R/S分形分析,对湖北省未来洪涝灾害成灾面积的发展趋势作了预测,对该省洪涝灾害成灾面积可能呈现增大趋势的原因进行了分析,并提出了相应的对策.研究表明,该方法是一种有效的研究洪涝灾害时间序列分形特征的方法,能够客观、合理地反映洪涝灾害系统的分形特征,能为建立洪涝灾害成灾面积时间序列预报模型提供基础信息.     

加卸载响应比理论应用于堆积层滑坡预报

加卸载响应比理论是一种用于研究非线性系统失稳前兆和进行失稳预报的新理论,目前主要用于地震预报方面.对将该理论应用于探索滑坡前兆和滑坡中期预报作了探讨.降雨是影响斜坡稳定性的外部因素中最常变化的因素,也常是滑坡的诱发因素.针对降雨在堆积层滑坡孕育、发生过程中的关键作用,以降雨变化作为加卸载手段,建立了降雨型堆积层滑坡的加卸载响应比预测模型,并以新滩滑坡为例进行了预报.结果表明,文中提出的加卸载响应比方法可作为滑坡预报的手段,且在某些方面它比常规预报方法更具优势.     

区域降雨型滑坡风险分析统计模型研究

较大空间区域内的降雨型滑坡风险分析受降雨情况以及地质地貌条件复杂多样的影响,难以完全量化分析。本文以地层岩性、岩土体结构、地质构造、坡度及河流冲刷等为主要因素建立了边坡危险性区划模型,在重庆地区滑坡与降雨关系的统计分析基础上,建立了重庆地区滑坡前期累计有效降雨量模型与降雨型滑坡预报累积降雨量指标体系,结合对重庆地区降雨概率分布的分析,建立了降雨型滑坡风险分析模型,研究了不同降雨条件、不同边坡危性等级下的年度滑坡风险,验证了所建预报预警模型的合理性和适用性,为城市区域规划和基础设施风险评估与管理提供了定量依据,为一定空间和时间范围内降雨滑坡风险的量化评估提供了有效途径。     

黄土高原降雨径流调控利用潜力定量评价模型

降雨径流的调控利用是缓解黄土高原干旱缺水与控制水土流失的有效手段,研究区域降雨径流调控利用潜力的定量评价对黄土高原降雨径流合理利用的宏观决策与规划设计具有重要意义.以黄土高原为例,将可以调控利用的最大降雨径流量作为资源化潜力值,从宏观尺度上,系统分析了影响该潜力的各个因素,确定出黄土高原降雨径流调控利用潜力的各项评价指标,利用GIS技术,建立了降雨径流各个影响因素的专题图层,提取出各个影响因素专题信息.在上述基础上,引入人工神经网络建模方法,建立了黄土高原降雨径流调控利用潜力BP网络模型,并利用实际资料对网络模型进行了训练和预测,取得了较好的结果.评价模型可供黄土高原降雨径流调控利用及其生态与环境保护工作参考.     

淮河流域洪涝变化可预报时间研究

在先前的淮河流域洪涝变化基本特征、混沌特征、耗散性等基础上,采用Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｖ熵和Ｌｙａｐｕｎｏｖ指数谱分析了淮河流域洪涝变化预报时间。研究表明,淮河流域洪涝变化长期不可预报,短期是可以预报的,其可预报时间为４￣６年,以４年为较合适。     

降雨型泥石流（水石流）预报模型研究

根据泥石流暴发具有某种周期性的特点，在获取了大量野外调查资料和历史资料的基础上，对降雨型泥石流进行了预报模型研究，并以北京市北部山区密云县为例作了泥石流预报尝试。以层次分析法和多元回归方法所得出的泥石流空间预报和时间预报模型对于泥石流的预报具有重要意义。     

中巴公路盖孜河段降雨型泥石流的激发雨型及临界阈值研究

目前针对新疆南疆干旱少雨地区降雨型泥石流的研究较为薄弱,开展泥石流发生的激发雨型和临界阈值研究具有重要理论意义和应用价值。以中巴公路盖孜河段为研究区,分析降雨型泥石流发生的降雨过程数据,探讨泥石流的激发雨型及激发雨量特征,建立研究区降雨型泥石流发生的临界降雨阈值。研究表明:(1)研究区降雨型泥石流的激发雨型包括快速、中速和慢速3个类型,这三种降雨历时的泥石流分别约占总数的64.3%、14.3%和21.4%,说明短历时的降雨更容易激发泥石流;(2)研究区降雨历时和诱发泥石流所需的平均雨强之间呈反比例关系,但降雨历时与泥石流发生所需的累计降雨之间是正比例关系;(3)利用有限的泥石流降雨过程数据拟合出降雨阈值函数,并对研究区无降雨资料区发生泥石流所需的激发雨量指标进行了合理预测。研究成果可为中巴公路沿线泥石流预警中降雨阈值确定提供基础数据,也可为新疆干旱地区的降雨型泥石流预警预报研究提供参考依据。     

煤岩电磁辐射信号时间序列混沌特性分析

采用华丰矿1409工作面电磁辐射观测数据,应用相空间重构法计算了5次矿震前后系统混沌吸引子的关联维数D2。研究结果表明:电磁辐射时间序列具有混沌特征,混沌系统的自由度在2~26之间。矿震发生前,混沌吸引子的关联维数D2先升后降,矿震过程中系统有降维现象。研究结果对认识矿震过程中煤岩体产生的电磁辐射信号的非线性特征和进行矿震预报具有一定的参考价值。