上海地区洪涝致灾因子复合概率及未来变化分析

根据上海地区三阶段(1970-2004年,2020-2054年和2060-2094年)四要素(降水、吴淞口风速、太湖流域面雨量、吴淞口潮位)提取年极值时间序列,采用GEV分布首先开展"雨洪风潮"各致灾因子气候变化分析,结果显示:"雨洪风潮"各致灾因子年极值受气候变化影响均呈增加趋势;进而基于Copula联合函数中的三维...     

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。     

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。     

Archimedean Copulas在降水变异概率分布特征研究中的应用——以新疆福海县为例

探究二维情况下变异不同步,也就是一个变量发生变异,而另一个变量不发生变异的情况,对Copula联合分布的影响.在气温变化的环境下,降水过程发生了显著变异,而年降水量和年总降水天数的联合分布对长期旱涝情况有重要意义.以Copula函数为基础,计算新疆福海站年降水量和年总降水天数联合分布,用传统变异分析方法进行变异分析.针...     

上海中心城区复合洪涝淹没模拟及未来重现预估

台风影响期间造成的极端大风、降水和台风风暴潮极易引发洪涝灾害,叠加天文大潮、上游来水和未来海平面上升等因素将会对沿海特大城市的公共安全造成严重威胁。采用水动力模型ICM InfoWorks模拟了“海葵”台风影响期间“台风、暴雨、天文大潮”三碰头和“菲特”台风影响期间“台风、暴雨、上游来水及天文大潮”四碰头造成的上海市中心城区复合洪涝灾害淹没情况。结果表明历史“海葵”、“菲特”台风影响期间,上海中心城区受淹地区主要出现在黄浦江、苏州河附近地势低洼的上海老城区。接着基于PGW方法驱动WRF模式输出2050年“海葵”和“菲特”台风重现期间的降水数据,同法模拟上海地区复合洪涝灾害情况,结果显示未来气候变暖背景下,2050年“海葵”和“菲特”台风重现时降水均呈增加趋势,中心城区受淹面积和淹没深度均明显强于历史同期。     

基于混合Copula模型的灾害相关结构分析——以内蒙古中部强沙尘暴为例

为解决自然灾害发生频率评估中的偏差问题,利用内蒙古中部强沙尘区的植被返青期和春季大风事件资料,构建了单一类型和多类型混合的Copula函数模型,对比了拟合精度并进行了相关结构的分析,通过计算极端灾害事件对应的各变量的尾部阈值,评估了变量的尾部风险。结果表明:混合Copula函数比单一Copula函数更适合于构建两个特征变量的联合分布模型;两个特征变量具有非对称的尾部关系,且极端下尾有较强的正相关关系,出现极端低值时,两者具有更高的相关性;植被返青期早于90d和春季大风事件小于9次,以及植被返青期晚于223d和春季大风事件大于100次时,两个特征变量有较高的正相关关系,当两者同时取得尾部阈值时,发生强沙尘暴可能性更高。因此利用混合Copula函数能够有效提高灾害特征变量相关结构模型的拟合优度,改善灾害发生频率评估精度。     

气候暖化对中国洪旱极端事件演变趋势影响研究

针对气候暖化加剧区域水循环、增加洪旱灾害风险这一科学问题,利用1960-2005年全国588个气象台站资料,对基于标准化降雨蒸散指数的气象洪旱时空演变特征作了深入分析,并通过Copula函数与气温构建了二维联合分布函数,揭示了气温上升对中国气象洪旱极端事件发生的可能影响。研究发现,在不同的气温上升情景下,不同重现期的极端气象洪旱事件有着不同的响应。希望该研究对气候暖化背景下的中国防洪抗旱减灾及流域水资源管理能作出积极贡献。     

宋元时期豫西山地丘陵区洪涝灾害时空分布特征

通过对历史文献资料的整理分析,提取了北宋和元代豫西山地丘陵区的洪涝灾害信息,对比分析了两个时期洪涝灾害发生的时空分布特征。结果表明:(1)宋元时期豫西山地丘陵区洪涝灾害频发,北宋平均3.29 a发生1次,元代2.74 a发生1次,均以轻中度灾害为主,分别占全部灾害的76.5%和63.2%;受灾类型均以雨灾型为主,其次为河溢型和河决型,北宋3种类型的频次比分别为56.9%,29.4%和13.7%,元代则分别为60.5%,26.3%和13.2%,当地降水是这一地区洪涝灾害发生的根本驱动力。(2)北宋前60 a洪涝灾害频发,之后趋于减少,元代则前期少中后期多,季节变化上两个时期均集中于夏秋季节。(3)宋元时期洪涝灾害均主要集中于伊洛河流域中下游地区及黄河干流沿线,但北宋空间不均衡性突出,由西南向东北增多,元代空间差异性则显著减小。(4)极端降水、持续性降水及地理环境因素是造成宋元时期洪涝灾害空间分布差异的重要因素。(5)宋元时期洪涝灾害具有共同的3.2a,7~8a和25~27a的周期,且与现代气候条件下的汛期降水等因素存在不同尺度的响应关系。     

引汉济渭工程水源区与受水区的丰枯遭遇及动态变化

量化调水工程水源区与受水区的不同等级丰枯遭遇,揭示其动态变化及驱动因素,对工程调水方案的制定与优化意义重大。然而,以往丰枯遭遇的研究主要关注全序列静态结果,忽视了其动态变化。基于此,文中以引汉济渭工程为研究对象,通过Copula函数构建水源区与受水区不同时间尺度（年、汛期、非汛期）的二维联合分布模型,定量分析9种组合事件的丰枯遭遇规律,揭示不同组合事件的动态演变特征,并将基于Copula的似然比率法与小波相干结合探究丰枯遭遇动态变化的影响因子。结果表明：（1）在不同时间尺度下,黄金峡-华县和三河口-华县联合区的丰枯异步性大于丰枯同步性,具有较强的丰枯补偿特性,且2个联合区对调水的有利影响（概率约0.62）远大于不利影响（概率约0.38）,在理论上保证了供水的可能性;（2）工程水源区与受水区丰枯遭遇的联合概率普遍呈上升趋势,且黄金峡-华县联合区发生丰枯遭遇的概率比三河口-华县联合区大;（3）丰枯遭遇的动态变化与遥相关因子关系密切,北极涛动对年和汛期的丰枯遭遇变化具有主导作用,非汛期时丰枯遭遇的变化主要由厄尔尼诺现象主导。     

淮河流域极端降水空间分布及概率特征

利用淮河流域110个气象站点1959年1月1日至2008年12月31日的日尺度降水数据,建立了AM及POT极端降水序列,通过4大类33种概率分布函数对其进行了拟合,以建立最优概率分布模型,并利用其参数分析淮河流域极端降水的空间分布及概率特征。研究发现:(1)淮河流域1959-2008年日极端降水的空间分布为东西两端高并逐渐向流域中心降低,且有淮河上游地区及沂沭泗流域东部两处强降水中心;(2)经K-S法检验,Wakeby函数是AM及POT序列的最优概率分布函数。50a一遇的日极端降水预估值与1959-2008年实际最大日极端降水值的误差率随着实际降水量的增加而增大,且大多数站点的误差率在20%以下;(3)通过对最优概率分布模型参数的分析,得出河南省驻马店地区、安徽省阜南和淮南地区以及皖鲁苏交界地区的极端降水发生概率较大,淮河中上游干流周边地区及下游地区的极端降水变化不稳定;(4)以最优概率分布模型的形状、尺度参数为指标,绘制了淮河流域极端降水风险图,为极端降水风险管理与预警工作提供参考。     

干旱频率计算的简化方法探讨——以齐齐哈尔市为例

提出用干旱历时重现期与干旱烈度重现期的最大值max{T_D,T_S}代替按Copula理论计算联合概率分布的干旱重现期T_ɑ(d,s)。在齐齐哈尔的应用结果表明:由游程理论识别的干旱过程和由Copula计算的联合分布及干旱频率判定的干旱程度与历史旱情相符;验证了max{T_D,T_S}与T_ɑ(d,s)具有很强的一致性,可用max{T_D,T_S}代替T_ɑ(d,s)以简化计算;所提方法可行、有效、合理,具有推广应用价值。     

基于游程理论和Copula函数的辽宁省农业气象干旱特征研究

基于辽宁省近30年的气象站点逐月气候数据,计算SPEI-3指数作为农业气象干旱指标,利用游程理论对辽宁省的干旱特征变量进行识别,使用Copula函数同时从站点尺度和区域尺度对辽宁省干旱特征的联合分布和重现期进行了分析。结果表明:Frank-Copula函数对辽宁省农业气象干旱特征变量联合分布特征模拟效果最好;在相同干旱历时和干旱强度的条件下,各站点的联合重现期比单变量重现期小。干旱事件多集中在干旱历时小于4个月,干旱强度小于3的情况下发生;辽宁省不同干旱类型发生概率由高到低的排序为:季内中旱、跨季中旱、月内轻旱、半年以上重旱、月内中旱、季内轻旱。其中在季内中旱、月内轻旱和月内中旱的情况下,辽西地区发生干旱的概率最高;当干旱历时保持一致,随着干旱强度的增加,其最大最小联合重现期有明显增大的趋势;而当干旱强度保持一致,随着干旱历时的增加,不同干旱等级下联合重现期的变化规律不一致。     

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。     

气候变化下中国极端降水的道路暴露度分析

基于国际耦合模式比较计划第五阶段(CMIP5)中5个气候模式的日降水数据,采用广义极值分布对年最大5 d累积降水数据进行拟合,预估了RCP4.5和RCP8.5两种情景下不同重现期极端降水事件的分布及其变化;并结合Meijer等人整合的中国道路里程数据,在0.5°×0.5°栅格尺度上对中国道路系统对极端降水事件暴露度的时空格局进行分析。研究结果表明:(1)中国年最大5 d累积降水呈现明显的上升趋势,且RCP8.5情景下的增速在2040年之后明显高于RCP4.5情景下的增速。(2)2080年之前,各重现期极端降水事件的影响面积在两情景下随时间不断增加,但之后,RCP4.5情景下增加速度趋于缓和甚至开始下降。(3)道路系统对极端降水的高暴露度地区随时间逐步从我国东南沿海地区向西北地区扩张;至2080—2099年,中国极端降水道路系统暴露度在RCP4.5和RCP8.5两种情景下较2020—2039年分别增加了1.31和1.54倍。     

热带气旋降水重现期估算研究

强降水是热带气旋灾害的重要致灾因子,热带气旋的降水重现期估算对灾害管理具有重要的意义。首先,基于《热带气旋年鉴》(1951-2009年)中存档的纸质总降水等值线图,在GIS系统中进行了数字化,并利用距离平方反比法插值得到了784场1 km×1 km网格的热带气旋的降水栅格分布图。其次,基于极值理论,估算了全中国和各1 km×1 km网格热带气旋各重现期下的年总降水量(ATP)和年最大降水量(AMP)。结果表明,ATP和AMP呈自东南沿海向西北内陆递减。然后,定量探讨了可能影响重现期估算结果的因素。结果表明,Gumbel分布函数能较好地估算重现期;样本量越大,重现期估计可靠性越高;相同重现期样本下,样本的采样时段差异会引起结果估计的差异;1km-ATP重现期估计值在沿海地区及晋-冀-辽-蒙地区对样本选取较为敏感,而1 km-AMP在晋-冀-辽-蒙一带、浙北-苏南、辽东以及长江以南等斑块区域对样本较为敏感。     

深度不确定性下的沿海城市洪涝风险稳健决策：方法、原理与展望

全球气候变暖、海平面上升背景下,沿海城市极端洪涝事件的发生频率和强度将显著增大,洪涝灾害风险剧增,成为沿海城市安全与发展的严峻挑战。基于深度不确定性的稳健决策(Decision Making under Deep Uncertainty, DMDU)思路,旨在提供长期稳健的决策方案,成为全球沿海城市洪涝风险管理研究的新趋势。该文对比分析了稳健决策、适应路径和期权估值三类主要DMDU方法,基于不确定性、稳健性和适应性剖析了DMDU方法基本原理,提出了DMDU稳健决策的一般性框架。最后,从稳健性与决策目标、政策环境与决策参与以及方法的融合与创新三个方面对DMDU在洪涝风险领域的实践应用进行展望,以期为沿海城市适应气候变化稳健决策提供参考。     

海岸带风暴潮减水的统计分析

在青岛大港观测站连续30年实测资料的基础上,按照年、季、月等时段分别抽样,对风暴潮减水进行了长期统计分析.考虑到海岸地区风暴潮减水的诱因不同,在一维复合极值分布的基础上,提出了"组合分布法".新方法探讨了假设所有数据源于同一分布而产生的重现值估计误差.与年极值法和阈值法的计算结果进行了比较,说明以往算法得到的重现值偏低,并给出了青岛地区受季节变化影响的风暴减水设计重现值.统计表明,青岛大港春、秋、冬季均有风暴减水发生.由于寒潮大风是其产生的主导因素,以冬季的极值减水序列为样本,所得重现值与考虑季节变化得到的重现值相当.说明在实际工程区域,选取主要天气形势产生的水文要素为样本,替代所有观测数据,使统计计算得以简化的做法是可行的.     

清代陕西南部地区洪涝灾害研究

通过整理清代陕南地区洪涝灾害资料,利用历史文献研究法、数理统计法、小波分析法、滑动平均法等方法进行分析,得到陕南地区洪涝灾害发生规律及其与气候环境、太阳活动之间的联系。结果显示：(1)1644—1911年陕南地区共发生洪涝灾害143次,其中一级偏涝发生最多,占总数的76.22%;(2)陕南地区洪涝灾害可以分为3个阶段：第1阶段(1644—1710年)为洪涝灾害低发期,是频次变化小的平稳洪涝灾害型;第2阶段(1711—1800年)亦为洪涝灾害低发期,是频次变化大的洪涝灾害强振荡型;第3阶段(1801—1911年)为洪涝灾害高发期,为该区清代的洪涝灾害期,是高频振荡洪涝灾害型。在洪涝灾害期,洪涝灾害事件频发,发生了2个洪涝灾害事件和1个长达26年的极端洪涝灾害事件;(3)洪涝灾害期和极端洪涝灾害事件显示,陕南清代1801—1911年为该区多雨气候期,1821—1840年为极端多雨气候事件;(4)研究区降水多集中于夏秋两季,因此夏秋两季洪涝灾害频发,春冬则较少。洪涝灾害在时间尺度上大致存在4年、28年和53年3个震荡周期;(5)洪涝灾害高频期处于小冰期气候波动强烈的阶段,APO值以负相为主,...     

我国降水的时空变化与暴雨洪涝灾害

本文论述与降水的时空变化相联系的我国暴雨洪涝灾害的主要特征。我国受东亚季风影响明显,暴雨活动频繁。各地的降水分布极不均匀。暴雨（降水）活动具有明显的年代际变化、年际变化、季节性变化和季节内振荡。与之相对应的暴雨洪涝灾害也具有以上的时空变化特征。我国东南部沿海地区受两种不同性质的降水天气——非台风暴雨和台风暴雨的影响,而各沿海省（区）由两者造成的洪涝灾害程度大小也不同。华南地区后汛期中的暴雨洪涝灾害比前汛期的严重。湖南省的降水一年中具有两个峰值,所造成的洪涝灾害也有两个季节性极大值点。     

极端降水诱发地质灾害链风险评估研究——以贵州省水城县为例

从极端降水诱发地质灾害链的危险性,承灾体的暴露性和脆弱性,以及防灾减灾能力四个方面选取指标,基于设定的不同极端降水重现期情景,构建了风险评估指标体系和评估模型,以贵州省水城县为例,开展极端降水诱发地质灾害链风险评估研究。结果表明：极端降水量越大,整体的极端降水诱发地质灾害链风险也就越高。研究区极端降水诱发地质灾害链风险主要以极低和低风险为主,高风险区域主要集中在水城县县城、中部的米箩镇、阿戛镇和蟠龙镇以及东部的比德镇和化乐镇。这些高风险区域,应制定好地质灾害风险预防的相关对策,尤其在汛期时,针对可能发生的不同极端降水情景采取不同的应对措施,加强区域防灾减灾各项工作的实施,保障居民的生命财产安全。