泥石流预报中的多层降水预报/监测系统

利用数值天气预报、静止气象卫星云图、天气雷达回波和遥测雨量等4种方法,进行了大气降水的预报与监测,构建了不同时间尺度满足不同精度的降水预报和监测体系,通过与下垫面中地形和地质等条件的耦合,为不同时间尺度的泥石流预报系统提供了相应的降水预报支持,以满足不同层次的泥石流减灾要求.     

集合预报技术在暴雨灾害风险分析中的应用

暴雨是我国夏季多发的一种灾害性天气，每年都造成了不同程度的财产损失和人员伤亡。暴雨预报不仅是气象和水文预报人员所关心的问题，也是广大人民群众和各级领导十分关心的问题。许多重大的政治经济活动事先都必须考虑气象预报的结果，以便做出合理的决策。因此，暴雨等灾害性天气预报不仅仅是一个自然科学问题，也是一个社会科学问题。集合预报技术作为一种新兴的数值天气预报技术，针对数值预报的误差来源，采用合理的扰动原理和扰动方法，构造能沿着模式大气相空间最不稳定的方向快速增长的扰动场与集合预报成员，不仅大大提高了人们对暴雨等灾害性、转折性、突发性、局地性天气过程的认识和预报能力，更进一步将自然科学和社会科学紧密联系，使自然科学更好地解决社会生产生活问题，为各级领导和群众合理安排生产生活活动、抗御暴雨等灾害提供了有力的技术保障。     

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。     

基于GIS的上海市嘉定区暴雨积涝灾害风险区划研究

根据2006-2012年上海嘉定区9个气象站点的小时降水资料,结合嘉定区的社会经济与自然地理要素,构建一个集致灾因子、孕灾环境、承灾体及防灾减灾能力为一体的区域暴雨积涝风险评价模型。通过GIS技术实现各指标的栅格化,并利用指数模型对各因子基于500 m×500 m栅格的基本单元进行计算,编制嘉定区的暴雨积涝灾害风险区划图,构成嘉定区五个等级的风险,分别为高、次高、中等、次低和低。区划结果表明嘉定区的暴雨积涝灾害危险性指数从中心向外围成递减的趋势,且嘉定镇、新城和工业南区相对风险较高,华亭、徐行、南航和江桥风险相对较低。经嘉定区历年暴雨积涝灾情资料、典型暴雨积涝案例和专家的验证,均表明风险区划的结果和实际灾情符合度较高,对嘉定暴雨积涝的防灾减灾具有重要的现实指导意义。     

1999-2008年湖南省暴雨特征分析

分析了1999-2008年湖南省暴雨的时空特征,并从地形和低空气流、水汽条件等方面分析了该省暴雨时空分异的原因。分析结果表明:(1)春季和夏季暴雨总日数较多;春季,湖南东部的西北、中部和西南部暴雨日数较多,且东部比西部暴雨总日数多;夏季西北和东南暴雨日数较多;秋季,东部暴雨总日数比西部多;冬季,暴雨分布在岳阳-益阳、株洲北部-衡阳北部-永州北部-邵阳南部这两条西南-东部走向的带状区域。(2)春季,湖南北部和西部日暴雨降水较多;夏季,湖南山区日暴雨降水较多,日暴雨降水从东南至西北呈多-少-多的带状分布。秋季,在临湘-平江-长沙县、长沙市域、望城-湘潭-衡山-衡阳市域-祁东-祁阳、永州市、双牌-蓝山、临武、嘉禾这一带状区域暴雨日平均降水较多;冬季,株洲北部-衡阳北部-永州北部邵阳南部一带的平均日暴雨降水较多。(3)冷暖气流交汇、山地对暖湿气流阻挡以及山地有利于湖南平原地区暖气团维持是该省暴雨时空分布一个重要原因。(4)春季和夏季水汽条件相对秋季和冬季充足,导致春季、夏季暴雨比秋季和冬季暴雨要多。     

遗传—神经网络集合预报方法在广西热带气旋降水预报中的应用

利用多维尺度分析可以从一系列数据集的相似性信息中发掘其中的潜在结构信息,并通过样本点间的相似度构建相似矩阵,再将相似矩阵映射到低维欧氏距离空间获取新的特征的能力。论文以1980—2015年共36年的广西热带气旋逐日降水量为基础,综合考虑热带气旋降水的数值预报产品物理量预报因子,采用多维尺度分析的预报因子信息数据挖掘技术,以进化计算的遗传算法,生成期望输出相同的多个神经网络个体,建立了一种新的非线性人工智能集合预报模型,进行遗传—神经网络的广西热带气旋降水集合预报模型研究。遗传—神经网络的集成个体的输入因子是通过选出相关程度较高的数值预报产品的物理量场格点因子,同时网络的输出是通过多维尺度降维方法对初选预报因子群进行合理的降维处理来实现的。通过对2011—2015年影响广西的22个热带气旋共94个独立样本的试验预报的统计结果表明,对于暴雨以上量级的预报,广西89站的预报平均TS评分达到了0.3;同区域同样本的对比分析表明,新预报模型5年的TS评分比欧洲细网格的TS评分提高了15%以上;进一步对大量级的降雨落区的预报对比分析表明,新方案的预报效果比欧洲中心的预报更理想。     

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。     

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。     

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。     

庐山台风暴雨环境背景与云型特征分析

使用近10年来登陆台风对庐山降水影响的历史资料进行了分析,结果表明:(1)影响庐山降水的台风移动路径主要为中路;其它登陆台风,中心位置低于北纬25°N或高于北纬30°N,对庐山的影响都很小。(2)500 hPa平均场以上和500 hPa平均场以下,天气系统的特定配置易引发庐山台风暴雨。(3)庐山地形对台风降水的增幅作用十分明显。(4)台风影响庐山主要有3种云型:分别表明台风3个不同阶段的云型特征。     

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。     

一次低纬高原暖区暴雨对流系统演变及边界层触发

利用高空和地面区域站、FY2G卫星TBB、昆明C波段多普勒雷达、闪电观测资料和NCEP/NCAR1°×1°再分析资料,分析了2017年7月12-13日云南副高外围暖区暴雨对流系统演变特征及边界层触发成因。结果表明,滇东中部和滇中中部暴雨,12日08:00以锋面降水为主,14:00后以暖区降水为主;环境场具有弱垂直风切变,湿层深厚,暖云厚度大,抬升凝结高度低等特征,利于降水持续及强降水触发,但昆明对流有效位能111.6~217.3 J/kg,暴雨对流性较弱;降水具有低质心对流结构,属于暖云性质,降水粒子以液态为主,伴有稀疏负闪;暴雨中心降水有3次波动,其中白邑初始对流的产生,是由于其西北侧山脉附近对流降水形成冷池,山脚地形性辐合线加强南移,此后在深厚偏南气流引导下,不断有25~30 dbz回波以1~5.1 m/s的速度经过白邑,形成列车效应,加之冷池作用下,地面辐合线再次加强影响白邑,形成午后降水峰值,夜间降水峰值的形成仅与偏南气流脉动有关,而格里三次降水波动,均是偏南气流脉动下形成列车效应,加之地面伴有中尺度气旋活动。     

利用欧氏距离函数评估海河流域暴雨灾害

考虑气象数据的特点和灾后评估的时效性,针对暴雨灾害的平均降水强度、最大降水影响范围、持续时间,利用欧氏距离等数学方法,研究了海河流域暴雨灾害的气象评估模型.利用该评估模型对1960 - 2008年间的海河流域暴雨进行了评估,结果表明,等级划分合理,所评估的暴雨气象等级级别与海河流域历史上对应的洪灾事件影响程度非常吻合.     

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。     

异常环流背景下贺兰山地形对8.21特大致洪暴雨的影响分析

利用常规气象观测资料、NCEP再分析资料对2016年8月21日傍晚到夜间贺兰山沿山特大致洪极值暴雨展开研究,分析了异常大气环流形势及其影响,并利用天气研究和预报模式WRF(Weather Research and Forecasting model)进行数值模拟和地形敏感性试验,研究了贺兰山地形对暴雨过程的影响。结果表明:超强厄尔尼诺结束后的盛夏,大气环流形势发展异常,8月南亚高压和副热带高压异常偏强,西北地区东部处于高温、高湿、高能控制,副高的快速进退和冷平流的入侵,触发暖湿不稳定能量强烈聚集与快速释放,导致特大暴雨的爆发。其发生在200hPa高空急流分流区即强辐散区、中空西南气流的高温高湿区、低空偏南急流轴左侧流场最大弯曲处的强暖平流区、850hPa偏东大风速轴南侧的风速辐合区,天气尺度强迫作用相对较弱的环境中,500hPa短波槽与700hPa、850hPa低涡切变线和偏南偏东急流以及地面气旋式切变辐合线共同作用是其发生的主要影响系统。贺兰山地形对特大暴雨的发生有明显的增幅效应,主要是贺兰山地形阻挡与强迫抬升作用,促使低涡切变强烈发展从而影响了降水范围、强降水落区及其中心位置等。     

西安市降水频率变化特征分析

利用1951-2005年西安市的逐日降水资料,分析了西安市降水量和降水频率的年、季变化特征,探讨了各等级降水的频率变化对总降水量变化的贡献。结果表明:(1)50多年来西安市降水量有所减小,降水日数显著减少且在春夏秋冬四季均有反映,降水日数的减少速率以秋季为最大;(2)5mm以下小雨的降水频率有显著的逐年代降低趋势,而5～10mm的小雨和中雨的降水频率基本上没有变化,大雨和暴雨及以上的降水频率低,且其变化具有随机性;(3)自20世纪80年代以来,春夏秋冬四季的小雨降水频率均有所降低,其中夏季小雨降水频率的减少系主要由微量降水雨日的减少引起;(4)小雨降水的频率比重和总量比重自20世纪80年代以来显著降低,中雨降水总量比重也有所降低,而大雨和暴雨及以上的降水量比重基本没有变化。所以小雨和中雨降水总量减少是多年来总降水量减少的主要原因。研究结果显示,人类活动排放的气溶胶可能是造成西安市降水频率降低和总量减少的主要原因之一。     

青藏高原东北侧突发性暴雨特征综合分析

对1970-2007年发生在青藏高原东北侧陕西的突发性暴雨研究发现,其夜间降水特点明显,对流层中层较强的偏南气流是突发性暴雨水汽输送贡献最大者和低层辐合的主要动力来源。偏南气流北伸的位置决定突发性暴雨落区偏南或偏北,300hPa一致的纬向12～20m·s-1强风速带为突发性暴雨提供高层抽吸作用。上述两点对突发性暴雨落区有一定的预报指示意义。云图分析显示,突发性暴雨多有中尺度云团配合,上升运动最大值的高度层与突发性暴雨落区地域位置有关。     

“1410”台风麦德姆强降水与地形关系的分析

利用多种资料对2014年第10号台风麦德姆的降水实况和环流形势进行分析;并以欧洲中心ERA-Interim资料为背景场使用WRF模式,对山东半岛地形对麦德姆强降水的影响进行敏感性试验。结果表明:中纬度西风槽和台风系统结合,冷空气从对流层低层入侵使麦德姆发生变性。山东半岛地形对麦德姆的移动路径、强度和降水均有一定影响。地形高度与强降水中心强度有较好的对应关系。地形高度的强迫抬升作用有利于水汽辐合增强,从而使降水量增大。地形高度与降水量减少不是简单的线性关系。     

气候变化背景下贵州省典型区域设计暴雨再分析及其潜在风险

极端降水背景下的基础设施安全是当前面临的重要问题，喀斯特区域复杂的水汽来源和下垫面条件导致该区域的时空不确定性更高。研究以典型的喀斯特区域贵州省为例，基于最大24 h暴雨量(1951—2019年),在分析其变化趋势和显著性水平的基础上，按照30 a的最低设计资料年限要求，以1980年为初始时段(1951—1980年),逐年分析(1951—1980,1951—1981,1951—1982,……,1951—2019年)各区域典型频率下设计暴雨的动态变化过程和空间差异，并揭示其产生的偏差和潜在风险水平。结果表明：典型重现期水平下设计暴雨变化的显著性水平均明显高于最大24 h暴雨量，其原因是基于PⅢ型曲线推求设计暴雨量时，要求Cs≥2CV的约束条件导致估算结果更大，同时适线时极端值在曲线拟合过程中占有较大的权重；对于同一站点，设计暴雨量与设计频率(或重现期)呈较好的对数关系，并且在相同频率下设计暴雨的极差平均为10%～20%,最大可达45%。因此，设计暴雨的变化趋势比降水敏感，基于不同时段监测资料的设计暴雨量差异较大。相关部门在开展洪水防治相关规划和应急管理时，需要充分考虑上述问题，不能简单地...