A HYDROMETEOROLOGICAL RESEARCH PROGRAM1

ABSTRACT: An extensive research program in hydrometeorology was recently initiated in the Chicago region. Major objectives are to 1) develop a real-time, prediction-monitoring system for storm rainfall using a combination of weather radar and telemetered raingage data, 2) determine precipitation measurement requirements for hydrologic design, operation, and modeling purposes, 3) define the time-space characteristics of heavy rainstorms in the Chicago urban area, and 4) establish methods for applying the Chicago findings in other cities. Basic components of the field measurement program are a network of over 300 recording raingages in 4000 mi² in and around Chicago, plus two sophisticated weather radar systems for obtaining real-time information on storm parameters pertinent to optimizing operation of urban water resources systems. The raingage networks are to be used to compile information relevant to both design and operational aspects of urban hydrology. Radars are to be used primarily in developing the real-time operational techniques. Testing and evaluation of the real-time operational system will be done in cooperation with the Metropolitan Sanitary District of Chicago, operator of one of the most complex urban water control systems among major metropolitan areas.     

2014年11-12月国内环境事件

简要统计了2014年11-12月国内发生的各种环境事件63起,包括沙尘天气2起,污染事件16起,地震30起,山体滑坡和泥石流6起,以及其他自然灾害9起.     

地铁运营突发事件应急响应模式的马尔科夫链分析

为研究城市轨道交通网络化运营线路的风险传导规律和耦合关系,构建基于随机Petri网的同构马尔科夫链模型。通过模型分析突发事件应急响应模式中线路之间的相互影响,以及各线路启动突发事件应急响应模式对整个系统稳态的影响。结果表明,用该模型可从数学上研究城市轨道交通运营线路之间的传导规律和耦合关系,找出影响整个应急指挥系统效率的关键因素,最终提高地铁应对突发事件的能力。     

Development of the Spatial Rainfall Generator (SRGEN) for the Agricultural Policy/Environmental Extender Model

Accurate spatial representation of climatic patterns is often a challenge in modeling biophysical processes at the watershed scale, especially where the representation of a spatial gradient in rainfall is not sufficiently captured by the number of weather stations. The spatial rainfall generator (SRGEN) is developed as an extension of the “weather generator” (WXGEN), a component of the Agricultural Policy/Environmental eXtender (APEX) model. SRGEN generates spatially distributed daily rainfall using monthly weather statistics available at multiple locations in a watershed. The spatial rainfall generator as incorporated in APEX is tested on the Cowhouse watershed (1,178 km²) in central Texas. The watershed presented a significant spatial rainfall gradient of 2.9 mm/km in the lateral (north‐south) directions based on four rainfall gages. A comparative analysis between SRGEN and WXGEN indicates that SRGEN performs well (PBIAS = 2.40%). Good results were obtained from APEX for streamflow (NSE = 0.99, PBIAS = 8.34%) and NO₃‐N and soluble P loads (PBIAS ≈ 6.00% for each, respectively). However, APEX underpredicted sediment yield and organic N and P loads (PBIAS: 24.75‐27.90%) with SRGEN, although its uncertainty in output was lower than WXGEN results (PBIAS: ?13.02 to ?46.13%). The overall improvement achieved in rainfall generation by SRGEN is demonstrated to be effective in the improving model performance on flow and water quality output.     

典型喀斯特小流域水文水化学过程对旱季暴雨的响应

通过定位监测和样品跟踪采集,在旱季对喀斯特小流域连续20天无前期降雨的一场暴雨(累计降雨量64mm)水文水化学过程进行了动态监测,并分析了相关的影响因素。结果表明,小降雨事件(8.5mm)未能引起溪流水位、电导率及温度的明显变化,而当累计降雨量达到35.5mm后溪流水开始响应。此后,溪流水文水化学参数对降雨快速响应,除硝态氮外,电导率(EC)、δ18 O、Ca2+迅速降至最低值,雨水稀释作用对其水化学变化起主要作用。通过对溪流新旧水比例进行划分发现,降雨前期和后期,溪流以旧水补给为主,而在水位快速上涨阶段,新水比例达到34%左右。两次降雨过程中,在溪流水水位升高的情况下,水体中硝态氮浓度仍然表现出高于雨前浓度的趋势。该研究为该区旱季小流域水资源利用和污染物防治方面提供了一定理论依据。     

降雨对城市草坪温室气体源汇效应的影响

利用静态箱法研究了夏季降雨对上海市城市草坪温室气体排放的影响,结果表明,晴天上海市城市草坪是N_2O和CO_2的源,CH_4的汇;降雨会削弱N_2O和CO_2排放,使得草坪由CH_4的汇转变为排放源。N_2O通量在晴天和雨后分别为1.37±3.47和1.06±2.67μmol/(m2·h),CO_2通量在晴天和雨后分别为13.33±8.59和6.46±2.61mmol/(m~2·h),CH_4通量在晴天和降雨后分别为-0.08±3.77和0.22±6.27μmol/(m~2·h)。明暗箱对比实验显示,草坪生态系统能有效缓解土壤对大气N_2O和CO_2的贡献。N_2O和CO_2通量与光合有效辐射和温度呈显著负相关(p0.01),CH_4和二者相关性不显著。降雨通过降低光合作用和温度,间接削弱城市草坪CO_2和N_2O的排放。降雨可能通过提高含水率抑制城市草坪对CH_4的吸收,促进其排放。     

基于Copula函数的汉江中上游流域极端降雨洪水联合分布特征

选取汉江中上游流域作为研究对象,根据流域九个气象站点1969~2008年逐日降雨资料以及丹江口水库同时期日入库流量资料,采用年最大值法(AM)和百分位法两种选样方式选取1 d、3 d降雨和1 d、3 d洪量极值样本,分别运用广义极值分布(GEV)、广义帕累托分布(GPD)、伽玛分布(Gamma)3种极值统计模型对样本进行单变量边缘分布拟合,运用Gumbel、Clayton以及Frank Copula函数模型对样本进行多变量联合分布拟合,遴选出描述流域降雨和洪水联合分布规律的最优概率模型。结果显示:对于AM选样样本,边缘分布为GEV时降雨洪量的二维和三维联合分布Frank Copula函数拟合效果最优;对于百分位选样样本,边缘分布为GPD时降雨洪量的二维联合分布Gumbel Copula函数拟合效果最优,三维联合分布则是Frank Copula函数拟合效果最优;比较二维和三维Copula函数模拟结果,三维联合Copula函数推求的设计值更大,说明三维联合分布考虑了更多的变量和极值信息,能更全面地反映极端降雨洪水事件的真实特征,对工程设计更显安全。     

云南不同量级降雨下的降雨侵蚀力特征分析

为研究云南省及5个子区域年降雨侵蚀力和各量级降雨侵蚀力的时空变化特征,基于云南120个站点近43a逐日降水资料,利用Man-Kendall趋势检验、Morlet连续复小波变换分析等方法进行系统分析。结果表明:各区域大雨侵蚀力在年降雨侵蚀力中起主导作用;年内各月降雨侵蚀力滇西北基本以大雨侵蚀力为主,其余区域干季以中雨侵蚀力为主,雨季以大雨侵蚀力为主;各量级降雨侵蚀力表现出降雨量级越大,季节性越强,集中程度越高的特征;各区域中雨侵蚀力相对变化呈减少趋势,其余量级降雨侵蚀力变化趋势以减居多;暴雨侵蚀力相对变化程度最强,大雨和中雨侵蚀力相对较缓;滇西北年降雨侵蚀力、大雨和中雨侵蚀力以9a左右时间尺度为主震荡周期,其余区域主震荡周期多为18~21a左右,暴雨侵蚀力主震荡周期在各区域存在一定差异。     

1644~1949年长江三角洲地区五种洪涝致灾因子组合特征分析

为研究洪涝灾害中不同洪涝致灾因子组合特征对灾害的决定作用,基于历史文献资料,对长江三角洲地区1644~1949年五种洪涝致灾因子(简称洪涝因子)——连续降水、台风、潮灾、上游洪水以及强降水——分类辨识并逐年赋值统计,得到1644~1949年长江三角洲逐年洪涝因子总值序列。结果表明:(1)影响洪涝的因子平均为1.66个,依据洪涝因子总值序列变化趋势,研究时段可划分为三阶段:阶段一,1644~1718年,三因子与四因子洪涝年多集中于这一阶段,该阶段均值高于全段均值与其它两阶段;阶段二,1719~1864年,该段波动较大,单一因子与二因子洪涝年发生频次较高,该段均值最低,其中单一因子洪涝年以强降水因子的影响为最多;阶段三,1865~1949年,大多出现单一因子与二因子洪涝年,整体波动较小,为较平稳的时段。(2)单一因子洪涝年发生频率最大,以强降水因子出现最多,二因子洪涝年发生频率次之,以连续降水-强降水比例最高,三因子洪涝年以连续降水-台风-强降水为最多,四因子洪涝年出现最多的为连续降水—台风—上游洪水—强降水的因子组合,未出现五因子洪涝年。(3)按灾情影响范围辨识了长江三角洲地区1644~1949年6个极端洪涝灾害年和7个极端台风灾害年,发现极端洪涝灾害年主要集中于阶段一中期和阶段二后半期,包括2个四因子年、3个三因子年和1个二因子年,都与连续降水和强降水有关;而极端台风灾害年多发生于阶段二前半期,多为台风与潮灾共同致灾。     

论重大突发事件应急决策气象服务

随着经济的快速增长和改革的逐渐深入,我国重大突发事件屡见不鲜,事件突发性强、社会关注度高,且部分事件受天气制约因素大,因此做好决策气象保障工作对重大突发事件管理起着非常关键的作用;同时,其服务产品领导阅读率较高,关注度和重要性不可小觑。因此立足于业务实践,对国家级气象部门的重大突发事件应急决策气象服务进行总结、分析和探讨,旨在不断提升决策气象服务产品的质量,展现气象行业的重要性,更好地服务政府和人民。