新疆极端降水概率分布特征的时空演变规律

依据新疆地区53个雨量站1957-2009年日降水资料,根据研究需要,定义了8个极端降水指标。运用K-S法确定降水指标最适概率分布函数,确定10年一遇极端降水量值;在此基础上,采用Copula非参数估计方法,通过Akaike information criterion(AIC)法确定两降水指标联合分布函数,系统分析1980年以后极端降水单变量极值及降水极值二维联合概率分布特征变化的时空演变特征,研究结果表明:①新疆有湿润化趋势,北疆湿润化趋势比南疆显著;②从降水天数和极端降水天数角度来看,新疆极端强弱降水同时出现的概率减小,从极端降水雨量和强度来看新疆中部、南疆西部、北疆东部及北部极端强弱降水同时出现的可能性减小,而天山西部与南疆北部的可能性增加;③1980年后新疆地区发生涝的概率增大,发生旱的概率减少。     

我国主要流域降水过程时空分布特征分析

应用改进的中国区域降水过程综合强度评估方法,提取了1961—2016年珠江、长江中下游、太湖、淮河、黄河、海河、松辽等七个主要流域的降水过程。统计各流域降水过程次数的时空演变特征以及降水过程强度等级的年变化和月变化规律,研究发现:珠江流域、长江中下游和太湖流域年平均降水过程次数较其他流域明显偏多;珠江流域、长江中下游和松辽流域过程平均持续时间较其他流域明显偏长;珠江流域极端和特强降水过程出现概率最高,太湖流域和松辽流域次之;1961年以来各流域降水过程强度明显增强,特强和强降水过程均明显增多;珠江流域、长江中下游降水过程次数高峰期在4-5月,太湖流域、淮河流域、黄河流域、海河流域在7-8月,松辽流域在6-8月;珠江流域、长江中下游、太湖流域极端和特强降水过程峰值出现在6月;淮河流域、黄河流域、海河流域和松辽流域峰值出现在7月。此外,文中还将流域性大洪水与同期出现的降水过程匹配、比对和分析,总结出引起流域性洪水的降水过程特征。上述研究成果可直接应用于气象预报与气象服务业务,为我国流域性洪水灾害的提前预警评估和防御提供重要决策依据。     

降水概率模型在旱涝监测评价中的应用研究

选择正态、准正态和偏态Gamma多种理论概率分布模型对河南年、月、旬不同统计时段降水概率进行了模型拟合试验，推求了准正态概率分布密度函数的通用公式，提出了二参数Gam—ma分布参数Thom估计方法的修正方案，并对旱涝监测评价分析中有关概率特征量的数值计算方法进行了试验研究。     

辽东山区春季极端低温时空分布特征及发生概率预测

利用辽宁省东部山区13个气象站1960—2014年春季(3-5月)逐日最低气温等观测资料,采用EOF和Morlet小波分析法分析研究区春季极端低温的时空分布特征,在此基础上用Gumble-I型分布、Weibull分布和正态分布对各站极端低温序列进行了概率分布模型拟合,并检验筛选出最佳模型计算了不同重现期的极端低温及其发生的概率和空间分布。结果表明:(1)辽东山区春季极端低温空间分布主要表现为全区一致分布型、南北相反分布型和东西相反分布型;(2)全区域极端低温存在明显的5年和10年左右的周期变化;(3)所选13个站的极端低温概率分布模型拟合结果显示:Weibull分布为最适宜的分布模型。不同重现期极端低温预测与实测值对比结果表明,所选模型预测结果误差较小(绝对值1℃,R~2=0.98);(4)北部区和高海拔区容易遭受春季低温的灾害,低温灾害发生的概率及分布区域范围以轻度为最大,中度次之,重度最小。综上所述,该研究结果可为该区域极端低温预测及春季回暖后再次遇到低温灾害的防御提供科学参考依据。     

气候变化条件下21世纪中国九大流域极端月降水量时空演变分析

基于广义极值分布(GEV)建立了极端降水统计模拟模型,以20 a一遇重现期定义极端降水事件,利用误差订正与空间分解方法(BCSD)降尺度后的耦合模式比较计划第五阶段(CMIP5)的全球气候模式模拟及预估月降水数据,对中国九大流域未来21世纪极端月降水量时空变化进行了预估分析,同时评估了CMIP5数据(降尺度后)对中国区域极端降水事件的模拟效果,探讨了极端降水和平均降水之间的相关性特征。结果表明:CMIP5数据在中国区域模拟效果良好,基本能保证在一个较高的可信度水平;1901-2005年历史极端月降水量呈"东南多、西北少"的分布格局,未来21世纪上下半叶各流域极端月降水量分别表现出+3.2%~+12.8%和+7.7%~+24.7%不同程度的增长趋势,增强变化形成近似由西北往东南"高-低-高"的空间分布格局;未来情景模式假定的辐射强迫加剧了未来极端月降水量的增长变化,尤其表现在21世纪下半叶;极端降水和平均降水在未来变化方面,北部和中部流域基本保持正相关性,而南部东南诸河流域和珠江流域呈负相关性。     

极端降水事件下广西流域洪涝社会经济暴露度分析

利用广西90个气象站56年降水过程资料,采用百位数法确定12 h、24 h极端降水事件阈值,结合地理信息数据,构建广西12 h、24 h极端降水空间模型,获得了广西12 h、24 h极端降水事件空间分布图;利用DMSP/OLS夜间灯光、遥感本底、社会经济统计等多源数据,采用多元线性回归方法,构建像元尺度的广西社会经济空间模型,在此基础上,采用GIS技术,构建不同时段极端降水事件下广西流域洪涝社会经济暴露度模型,获得了100 m×100 m网格的广西12 h、24 h极端降水事件下洪涝人口和GDP暴露度空间分布图。结果表明:不同时段极端降水事件下广西流域洪涝社会经济暴露度具有明显的时空变异特征,12 h事件下,广西流域洪涝社会经济高暴露度分布在降水量为100~250 mm范围内的南流江、郁江、柳江、浔江、红水河、右江、桂江等流域;24 h事件下,广西流域洪涝社会经济高暴露度分布在降水量为100~300 mm范围内的南流江、郁江、柳江、浔江、红水河等流域。     

极端降水事件概率分布识别方法对比研究

识别极端降水的概率分布对于区域水旱灾害的预测防治具有重要意义。研究针对广泛采用的L-矩分析、KS检验和卡方检验3种方法,基于四川盆地24个气象站1951—2011年的日数据,对最大日降水量、连续最长无雨天数的概率分布分别进行了识别和误差分析。结果表明:KS检验结果的相对误差最小且大都小于0.05,并且与基于卡方检验的结果接近;基于L-矩分析识别结果的误差较大,尤其是连续最长无雨天数的平均误差在多个回归水平下超过10%;此外,具有相同概率分布的站点,基于KS和卡方检验结果的空间连续性更好。上述结果和一些研究优先推荐L-矩分析识别水文序列概率分布的结论不一致,原因是这些研究主要针对径流而非最极端的降水情况,且降水序列的空间异质性大。     

考虑不同成洪暴雨类型的洪水频率计算

不同气象成因(气候要素)致使洪水过程区别显著,由此,本文以流域暴雨类型与洪水过程关系为切入点,细化成洪暴雨类型,研究探索一种将水文气象规律与统计学科相结合的洪水频率计算方法。以汉江上游流域石泉、安康的暴雨洪水为例,在年最大洪水序列的基础上根据成洪暴雨的类型划分洪水序列进行采样,通过全概率公式建立年最大值序列与各子序列之间的分布函数关系,从而建立条件概率模型进行计算。由WLS、ABS、RMSE评价指标结果可得出:考虑成洪暴雨类型的条件概率分布法的计算结果相比于传统洪水频率分析法更接近序列的真实分布。同时,通过分析汉江上游近年来暴雨洪水的演变规律,也印证了考虑成洪暴雨类型时所得计算结果更符合实际。     

黄淮流域夏半年旱涝概率时空分布的研究

利用Γ分布模式拟合区域降水百分率的概率分布,由此推求黄淮流域夏半年（４～１０月）旱涝概率,并探讨该区出现各级旱涝概率的时空分布特征。结果表明,该方法具有相当的客观性,为旱涝灾害研究提供了一条新途径。各级旱涝概率的空间分布反映了各地旱涝频发程度的区域特征和季节变动,揭示了大旱大涝灾害的脆弱区分布特点。文中推导的区域旱涝概率与Γ分布参数α的经验关系,为推断无资料地区旱涝概率提供了可能性。     

基于月尺度马尔科夫模型的塔河流域洪旱灾害研究

基于月尺度马尔科夫链模型,系统研究了塔河流域各洪旱状态之间的转移概率、期望停留时间和平均首达时间,在此基础上,预测了未来该流域洪旱灾害状态发生的概率风险。研究表明:(1)塔河流域丰水月和枯水月变化显著,其中,阿拉尔4-9月份枯水发生平均概率最高,大山口枯水发生概率最低;(2)塔河流域10月至次年3月连续枯水频率最高,而开都河流域连续丰水事件发生频率最高,表明该流域有较大的大旱或大涝风险;(3)丰水事件重现期低值主要集中在开都河和阿克苏河,而和田河和叶尔羌河丰水事件重现期较高;(4)塔河流域4-5月份干旱影响较大,加剧了塔河流域的水资源短缺问题。     

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。     

基于综合干旱指数的黄河流域干旱多变量概率特征研究

变化环境下,全面掌握干旱演变特征对流域水资源管理具有重要意义。基于黄河流域1952-2012年月降水和径流资料,采用Copula函数和综合干旱指数(MSDI)分析了干旱多属性概率特征及其动态变化,运用交叉小波变换,探究了太阳黑子、大气环流异常因子(AO、ENSO)和植被覆盖指数(NDVI)对黄河干旱的影响。结果表明:(1)MSDI综合了SPI和SRI的优势,能够系统全面地反映流域干旱情况;(2)流域上游和中游部分分区不仅容易受到干旱的侵扰,且干旱风险还在加剧;(3)太阳活动、AO、ENSO以及NDVI都对黄河流域干旱有影响,其中太阳活动不仅直接影响MSDI的变化,也通过影响AO和ENSO间接影响MSDI的变化。     

北京市极端降水事件和应对策略分析

随着北京城市化进程的不断发展,极端降水造成的灾害性损失也越来越严重,有针对性的制定极端降水应急管理对策是降低灾害性损失的有效办法。基于1981-2014年北京地区20个常规气象站逐日降水资料,采用百分位法确定20个站点各自极端降水阈值,定义4个极端降水指数,对北京地区极端降水事件进行分析。结果表明:极端降水阈值的分布和极端降水量、极端降水强度、年最大日降水量的分布十分接近,大值区都分布在北京市城区(海淀、朝阳、丰台)和城区东北部(顺义、怀柔、密云、平谷),这些地区因极端降水强度大,面临的灾害性风险最高,是灾害应急管理重点关注的地区;北京市西部(斋堂、霞云岭)和西北部山区(佛爷顶、汤河口)虽然是极端降水日数的大值区,但由于北京地区特殊的地形和人口分布规律,这些地区并没有因为极端降水出现概率高而导致过大的灾害性损失。结合北京市极端降水灾害应急管理现状,提出从提高预报预警能力、加强城市基础设施建设、提高全民应急避险能力几个方面应对极端降水灾害的策略。     

北非Sahel地区夏季降水异常对华北平原旱涝指示意义

利用NECP/NCAR再分析和气象站点实测降水资料,辅以分段线性回归、趋势分析及相关分析方法,分析了近54a华北平原和Sahel地区的降水变化特征,探讨了Sahel地区夏季降水异常对华北平原旱涝变化的指示意义。结果表明:(1)华北平原与Sahel地区夏季降水异常相关性存在空间差异,显著相关区域位于800mm等降水线以北的地区,淮河平原的相关性较弱;(2)华北平原与Sahel地区降水关系既有稳定性,又存在明显的年代际变化特征。20世纪70年代中期和90年代末为相关性变化的重要转折点,这与NAO,PDO和东亚季风以及青藏高原积雪突变时间一致;(3)地形因素、城市因素对降水相关性影响较弱。在省域尺度上,山东省正相关特征最为突出,表现为全区一致性;京津冀平原区表现为显著正相关,河南省则以负相关为主,江苏、安徽表现为不显著负相关;(4)Sahel中区对黄河下游旱涝具有正向指示意义,Sahel东区对海河平原旱涝具有负向指示意义。     

江苏省典型年梅雨洪涝灾害对比分析

梅雨期降水形成的洪涝和枯梅年产生的干旱是江苏省主要的气象灾害.为了能客观地划分各年梅雨的旱涝等级,从而为防灾减灾决策提供依据,利用江苏省近50年来的梅雨资料,考虑梅期持时长短、梅期平均日雨量及暴雨日数等3个因子,给出了梅雨强度计算模型及梅期旱涝指标,较好地反映了江苏省每年各地的梅期旱涝状况.结合实际灾情,确定了典型梅雨洪涝年的标准.针对1954,1991和2003年3个比较典型的梅雨洪涝年,进行了详细的比较分析,结果表明:(1)长江及淮河流域上游的客水、入梅之前的降水量和梅期降水会直接影响该省梅雨期的洪涝灾情;(2)1991年的洪涝是历年来最为严重的,1954年的洪涝稍重于2003年;(3)3个典型梅雨洪涝年中全省最涝的地区都位于沿淮地区或江淮之间地区的北部,淮北地区这3年中都出现了较重的涝灾,淮北南部的灾情重于北部.     

基于Copula的鄱阳湖流域水文干旱频率分析

选用游程理论识别了水文干旱特征变量,运用Mann-Kendall(M-K)方法分析了水文干旱特征的趋势变化,并运用柯尔莫哥洛夫—斯米尔诺夫方法(K-S法)选出了最适合的8个概率分布函数;引入当前多变量分析中较常用的Copula函数,分析了中国最大淡水湿地鄱阳湖流域主要支流"五河"的干旱历时和干旱烈度的联合概率特征,并对引起该流域水文干旱特征频率变化的原因及影响作了有益的探讨。研究结果表明:(1)对数正态分布是用于研究鄱阳湖流域水文干旱特征的最佳概率分布函数。(2)赣江流域和饶河流域发生的干旱次数最少,干旱历时最长;抚河流域发生干旱次数最多,干旱历时最短。(3)抚河流域的李家渡干旱历时和干旱烈度发生的频率高于其他地区,饶河流域的干旱历时和干旱烈度发生的频率在鄱阳湖流域是最低的。水利设施和森林覆盖率对干旱烈度降低起到了一定的作用,而农业用地的变化对干旱烈度的加强起到了一定的作用。     

西南地区短期/长期综合干旱指数的构建与应用

西南地区雨水充沛、气候湿润,但近年来,该地区严重干旱频发,造成了难以估量的经济和社会损失。干旱评估作为干旱灾害监测与防御的一个重要方面,如何准确评价并预测研究区域的旱情是当前研究的热点和难点。以西南地区南盘江小龙潭以上流域为研究区域,基于日降水、日蒸发、日均气温等水文气象资料,采用栅格化的新安江模型,对研究流域进行日尺度模拟,根据模型计算的栅格土壤含水量以及栅格产水量分别计算土壤相对湿度指数和标准化径流干旱指数,综合改进的帕默尔指数、帕默尔水文干旱指数、帕默尔水分距平指数、不同时间尺度的标准化降水蒸散发指数,利用主成分分析方法,分别研制基于新安江水文模型的短期/长期综合干旱指数并探讨了其在南盘江流域的适用性。结果表明:短期综合干旱指数和长期干旱指数均能很好识别并评价南盘江流域的历史干旱。该研究成果可为西南地区及其他地区建立和健全干旱监测与预警系统提供重要参考。     

室内火灾升温过程的随机性研究

火灾升温的参数化模型由两部分组成,即升温段持续时间的确定和升温过程的函数关系。升温段持续时间是随机变量,升温过程是随机过程。随机性参数的概率密度函数复杂,用解析方法推导升温段持续时间和升温过程的概率分布类型和概率特征比较困难。本文运用Monte Carlo方法和数值方法研究了参数化模型升温过程的随机特性;给出了升温段持续时间的概率模型、升温过程的均值函数和方差函数,并利用区域模拟验证了基于参数化模型的火灾升温概率模型的有效性。     

基于信息扩散理论的江苏省酸雨风险评估

利用江苏省2008-2013年24个站的酸雨监测资料,分析出2008-2013年江苏省酸雨的强度和发生频率都有下降趋势,秋冬季酸雨发生频率高,夏季最低。基于信息扩散理论对全省酸雨进行风险评估,结果发现:年降水p H值和酸雨发生频率在不同风险水平分布特征较为一致,呈西北-东南逐渐增强趋势;年降水p H值80%的可能介于4.5~5.6之间,呈弱酸性;淮河以南地区酸雨发生频率的风险为40%的概率超过90%。     

基于TOPMODEL与统计降尺度模型的泾河流域未来径流变化分析

通过美国国家环境预报中心NCEP再分析资料和泾河流域10个气象站的历史降水及蒸发资料,采用逐步回归法建立了降水、蒸发统计降尺度模型,利用TOPMODEL模型模拟了未来时期的径流量,分析了泾河流域未来的径流变化趋势。模拟结果表明:基于逐步回归法的降尺度模型与TOPMODEL模型的结合能较好地分析未来径流变化;未来时期的降水量和蒸发量呈现增大趋势;在RCP4.5情景下,年径流呈现先增大后减少再增大的趋势。在RCP8.5情景下,年径流呈现增大的趋势。