斯里兰卡极端降水时空演变特征及趋势预测

斯里兰卡是中国“一带一路”倡议的重要节点国家,极端降水对当地社会经济威胁较大,极易引发灾害。选取当地10个气象站2008—2020年的逐日降水资料,基于RClimDex模型计算斯里兰卡6个极端降水指标,利用经验正交函数分析、Morlet小波分析和重标极差法(R/S分析)等,分析极端降水事件的时空演变特征。结果表明:极端降水指数在时间分布上,除持续干旱指数(CDD)呈减少趋势外,其他各指数均为上升趋势;极端降水指数空间差异表现为北部沿海平原地带的极端降水强度高于南部沿海平原,拉特纳普勒市以西地区为斯里兰卡降水事件的多发区;极端降水指数周期性明显,绝大多数极端降水指数以6~7 a为第一主周期。R/S分析表明当地极端降水事件未来持续可能性较大。研究成果可为斯里兰卡极端气候预测、生态环境保护、防灾减灾工作等提供决策支持。

降雨监测与预报技术在防洪减灾中的应用进展

洪水灾害突发性强,成灾速度快,对人民生命和财产安全造成较大的威胁。降雨作为洪水灾害致灾因子,数据的精确度对防洪减灾具有重要意义。以降雨监测与预报技术为切入点,对雨量站点观测、天气雷达降雨估计及预报、降雨数值预报、卫星遥感反演的现状进行了总结,通过分析时空降尺度方法及多源数据融合技术在降雨监测与预报中的应用,揭示了其在提升降雨数据“量”与“型”准确度方面的效果。研究表明:降雨监测与预报技术在当前取得了显著进展,但在山丘区和城市环境空间的复杂地形方面仍面临分辨率受到限制及精确性、时效性不足的问题。多源数据融合能提高降雨数据精度、时空覆盖能力和预测准确性,优化算法模型、融合“空-天-地”多源数据形成高分辨率预报是未来的研究方向。

基于EEMD-SVM-ELM模型的月降水量预测研究

针对地表降水量数据的非线性、非平稳特征,首先利用EEMD对月降水量初始数据进行分解,再利用Lempel-Ziv复杂度算法将分量划分为高频及低频分量,使用粒子群算法(PSO)优化基学习器参数,最终构建EEMD-SVR-ELM月降水量预测模型,并采用该模型对长江下游部分城市的月降水量实际数据进行预测。结果表明,该模型的综合性能最优,具有更高的精确度。相较于单一模型,在M_(MAE)、R_(RMSE)、M_(MAPE)指标上分别降低了37.4%、41.4%、42.5%,DM检验表明该模型显著优于其他模型,说明该模型可作为月降水量预测的一种有效新方法。

近60年雷州半岛气象干旱变化特征及驱动因素分析

雷州半岛为中国华南农产品重要的主产区,区内水系大多独流入海,加上工程调蓄能力不足,干旱已成为制约当地经济发展的主要因素。通过计算不同尺度下的标准化降水蒸散指数(Standardized Precipitation-Evapotranspiration Index,SPEI)来分析雷州半岛气象干旱的变化特征,探究降水、气温和遥相关因素对雷州半岛干旱的影响。结果表明:①年尺度上雷州半岛干旱事件发生频率接近20%,北部呈现出显著湿润化的趋势,南部湿润化的趋势不显著,北部较易发生极端干旱事件;②降水与气温均与SPEI呈显著性相关关系,且降水与干旱的相关性更强;③海洋尼诺指数(Ocean Nino Index,ONI)与次年SPEI的负相关性显著,说明ENSO(EI NiÑo-Southern Oscillation)事件与干旱的关系密切,且当发生东部型和中部型ENSO暖事件时,对干旱的影响存在差异。研究成果可为即将实施的雷州半岛灌区工程提供参考。

长江上游卫星反演与再分析降水数据的适用性评估

为评估不同降水数据在长江上游的适用性,基于气象站点观测数据,采用多种评价指标,定量评估了卫星反演降水数据(IMERG-Final、GSMaP-Gauge)及再分析降水数据(ERA5-Land)在长江上游的应用精度,并分析了各降水数据在不同等级降水的误差结构。结果表明:3套降水数据均能准确捕捉流域降水东高西低的空间格局,与观测降水有着良好的相关性,且2015—2019年表现平稳,有可长期应用的潜力;各降水数据时间分辨率越高,误差相对越大,在流域地形变化剧烈的中部误差更大;对弱降水易错报高估,对强降水的低估随降水强度上升而加剧;两套卫星反演降水数据总体误差较小,适用性良好,IMERG-Final有更好的误差控制能力,GSMaP-Gauge对降水发生的识别更为准确;ERA5-Land明显高估流域降水,尤其在西南部地区。

气候变化对青海湖水位的影响及机理分析

为系统分析气候变化背景下青海湖水位的变化过程及影响机理,本研究利用1971—2020年青海湖流域的站点观测资料,运用时间序列分析、地统计学插值和相关性分析相结合的方法,定量分析了青海湖流域水文和气象要素的时空变化特征,并基于全球气候模式预估了不同情景下降水和水位的变化趋势。结果表明:过去50年间青海湖水位和水面面积呈先下降后上升的过程,径流量、降水量和气温呈增加趋势,而蒸发量则明显减小;青海湖水位受径流量、降水量、气温和蒸发量的影响非常显著,相关系数分别高达0.92、0.92、0.88和0.81;2021—2040年青海湖水位在不同情景下均呈上升趋势,年平均水位上升速率分别为0.218、0.187、0.125和0.132 m/a。本研究将为气候变化背景下高原湖泊水循环机理揭示及其量化分析提供科学依据。

江苏省新沂河流域短历时降水极值统计规律研究

为揭示江苏省新沂河流域短历时降水极值统计规律,以研究区内的10个雨量站1981—2020年历史实测资料为依据,以年最大1 h、3 h、6 h、12 h和24 h降水极值为研究对象,采用Mann-Kendall检验和Morlet小波分析,开展了新沂河流域不同历时面雨量极值趋势性、跳跃性和周期性分析。研究短历时降水极值的统计规律可为地区工程防洪设计与规划提供参考。

1960—2019年永定河流域降水演化特征

基于永定河流域内及周边53个气象站1960—2019年逐日降水资料及其插值数据,采用多种变异诊断方法研判永定河流域降水演化特征,结果表明:1)年降水量存在下降趋势,夏季降水量下降趋势显著,春季、秋季、冬季降水量呈上升趋势;2)在空间上,年降水量在大部分地区呈不显著的下降趋势,官厅水库以下较小的范围呈显著下降趋势,春季、秋季和冬季降水量基本呈不显著上升趋势,仅在部分区域呈不显著下降趋势,夏季降水量与其他季节相反,在流域大部分范围呈下降趋势;3)降水要素存在突变性,突变后年降水量的变化为极小值增大、极大值减小,7—8月降水量的变化为整体降低。

黄河上游降水变化分析

黄河上游是黄河流域重要的水源涵养区,径流占流域多年平均(1956—2000年)总径流的62%,降水变化不仅是水源的主要影响因素,也关系到涵养能力的变化。本文利用黄河上游43个气象站1960—2021年逐日降水系列数据,基于小波分析划分周期,采用Mann-Kendall检验法、距平法、频率曲线法等对上游区降水变化进行分析,结果表明:(1)黄河上游降水可划分出1963—1981年、1981—1999年、1999—2018年三个明显的周期;(2)1960—2021年年降水量以4.9 mm 10a的趋势增加,三个周期时段内年降水量的倾向率分别为-0.9 mm 10a,-1.0 mm 10a,46mm 10a;(3)1960—2021年年降水量距平百分率在-15%~15%的正常年份占比74%,距平百分率在-30%~-15%的轻旱年份和15%~30%的轻涝年份分别占比15%和8%;距平百分率在30%~40%的中涝年份占3%,旱涝年份基本发生在1963—1981年、1999—2018年两个周期;(4)三个周期时段日降水量具有差异的主要是频率小于10%的降水,且随海拔变化有差异,表现为1999—2018年玛沁站25~45.4 mm d降水量比以往增强,1999—2018年临夏站20~50 mm d降水量比以往增强,1963—1981年乌审召站50~65 mm d降水量比以往增强。

碳中和目标时代绿色氢能发展技术路线研究

大力发展氢能特别是绿色氢能是推动绿色低碳转型和新能源发展、实现碳中和目标的重要举措。论述了氢能的开发利用途径、氢能在“源网荷储”新型电力系统建设中的重要价值以及“风光氢储”的主要形式及重要载体;重点梳理了碱性电解水制氢技术、质子交换膜电解水制氢技术、固体氧化物电解水制氢技术和阴离子交换膜电解水制氢技术的能耗、成本、碳排放、能源效率、产业化程度、单机规模、技术瓶颈与发展方向;总结了氢能产业面临的技术难题与挑战,并提出了氢能产业的技术路线与发展趋势。

汶川县降雨时空分布特征及设计暴雨频率分析

为减少降雨及设计暴雨时空异质性对汶川县造成的损失,揭示汶川县降雨时空分布特征与设计暴雨特征,基于2001~2020年的GPM卫星降雨数据,采用Mann-Kendall等方法,从年、月、汛期、日等时间尺度和不同量级尺度,对汶川县降雨时空变化进行分析,并采用随机暴雨移置法(Stochastic Storm Transposition, SST)进行设计暴雨频率分析。结果表明:(1)汶川县年总降雨量呈显著增长趋势,主要受汛期降雨变化影响。(2)降雨空间分布不均匀,小雨主要分布在汶川县西南部,中到暴雨主要分布在汶川县东部。(3)基于随机暴雨移置法得到的设计降雨结果具有可靠性;随着降雨历时的增长,设计暴雨中心有从汶川县西南部向中东部移动的趋势;小重现期时,设计暴雨的空间分布不均匀性更为显著。研究成果可为汶川县暴雨洪涝防治提供参考。

澜沧江上游极端降水变化特征及未来预估研究

为探究澜沧江上游极端降水变化特征,基于中国区域地面气象要素驱动数据集(CMFD)再分析数据,对第六次国际耦合模拟比较计划(CMIP6)的10个气候模式降水数据进行了极端降水模拟评估,基于年降水总量对CMIP6多模式降水数据进行了偏差纠正,预估了未来时期(近期:2020—2049年、远期:2060—2089年)极端降水的变化趋势,并探讨了其趋势变化的驱动因素。结果表明:(1)偏差纠正后CMIP6多模式极端降水指数的不确定性减小,多模式集合平均的模拟效果优于多数单一模式。(2)未来研究区的降水总量增加,年内降水日数增多,降水频率上升。未来近期,研究区各极端降水指数的变化趋势并不明显,极端降水事件呈减少趋势;未来远期,尤其是高辐射强迫下,研究区极端降水的强度和频率都呈现显著的增加趋势。(3)气候变暖导致的空气含水量增加可能是极端降水增强的原因。

降水产品偏差校正方法在长江子流域应用效果

降水产品的精度受到多种因素的影响,相对于地面站点观测降水表现出不同程度的偏差,需在实际应用前进行偏差校正并评估其适用性。为探寻适用于不同降水产品在长江流域不同区域内的偏差校正方法,评估CMFD、MSWEP和ERA5-Land这3种降水产品在长江流域内3个气候、地形和面积有较大差异的子流域内的适用性,并在此基础上对比使用3类7种方法对日尺度降水值进行偏差校正。结果表明:校正后的降水产品的适用性得到了不同程度的提升,而局部强度缩放与三伽玛分布结合校正法在3种降水产品和3个子流域的校正效果均为最优。校正方法的校正幅度与降水产品在研究区域的适用性存在反相关关系,产品的适用性越差,精度评价指标的改进幅度越明显。研究结果可为后期不同降水产品在长江流域不同子流域的准确应用提供可参考的校正方法。

郑州市暴雨强度公式计算与对比分析

为真实客观地反映郑州市近年来暴雨特征变化,进一步优化郑州市暴雨强度公式,选取2000~2022年11个降雨历时的年最大暴雨量,采用最小二乘法、遗传算法、拟牛顿法优化了郑州市暴雨强度公式参数,并与郑州市2002年暴雨强度公式以及2023年暴雨强度公式进行对比分析。结果表明,郑州市暴雨强度公式在指数分布中采用拟牛顿法拟合误差最小,最终确定的优化参数A1为11.312、C为2.968、b为19.8、n为0.900;在不同重现期暴雨条件下,优化公式相对于2002年公式呈现出完全不同的极值分布情况,即“大的更大、小的更小”,而与2023年公式的雨强相差较小;在不同降雨情景管网水力运行特征中,优化公式与2023年公式的模拟结果高度一致,两者在预测郑州市内涝情况整体上具有相似的准确性和可靠性,对城市排水防涝具有一定的指导作用。

气候变暖背景下云南省暴雨灾害风险区划研究

为进一步研究气候变暖背景下云南省暴雨灾害风险,利用25个气象站1990~2020年的逐日降水数据、社会经济、地理国情和历史灾情数据,基于ArcGIS的空间分析功能,运用暴雨灾害风险指数法、加权综合评价法、层次分析法和百分位数法通过建立由暴雨灾害致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体易损性和防灾减灾能力组成的综合暴雨灾害风险评估模型,实现了对云南省暴雨灾害风险的区划研究。结果表明,云南省中东部和南部暴雨灾害风险较高,其中昆明中部及南部、曲靖南部、红河南部、西双版纳南部等地区暴雨灾害风险最高;暴雨灾害中等风险区主要位于曲靖北部、文山西南部、普洱西部、保山北部、楚雄西北部等地,而西北部的迪庆和怒江两州的暴雨灾害风险较低。区划结果能在一定程度上反映出云南暴雨灾害的分布情况,具有较好的理论意义和实际指导价值。

基于WRF的郑州市降雨模拟方案分析

为探究WRF模式对郑州市五区降雨过程的模拟能力,比选出一套符合郑州市五区大多数降雨的WRF模拟参数,采用WRF模式中的Thompson、WSM6及Lin三种微物理参数方案分别模拟了郑州市五区的9场降雨持续时间为1 h,重现期以3~5年为主的降雨事件,并对9场不同降雨历时、重现期的降雨事件在Thompson方案下进行模拟,通过水文预报中常用的相对误差、相关系数、均方根误差、平均误差进行评价。结果表明,Thompson方案在总降雨量、过程量及降雨趋势方面相较WSM6、Lin方案稳定性更好;对于不同降雨历时、重现期的降雨,Thompson方案模拟结果的相关系数都较高,但均方根误差略微偏大,平均误差正负参半,数值也相对偏小。研究结果对郑州市降雨预报方案的选择具有一定参考价值。

集合卡尔曼滤波与随机森林算法在异源遥感降水数据同化融合中的应用

为减小异源遥感降水产品的非均质误差,提出集合卡尔曼滤波(EnKF)联合随机森林(RF)的数据同化融合算法,选取长江流域5种遥感降水产品(ERA5、TerraClimate、GPM、TRMM和PERSIANN-CDR),在分析星地降水数据一致性的基础上,进行EnKF-RF数据同化与融合处理,并利用独立气象站点评估其精度。结果表明,异源产品在长江流域降水量捕捉精度为TRMM>GPM>TerraClimate>PERSIANN-CDR>ERA5;各产品经EnKF同化后的精度纳什效率系数N NSE增至0.93~0.96,均方根误差RRMSE降至89.48~176.03 mm,较未同化前的N NSE提升11.46%~22.34%、RRMSE减小96.35%~122.60%;RF融合进一步改进了单一源降水产品可靠性,融合后产品精度N NSE达0.99、RRMSE为43.56 mm;异源降水数据的EnKF-RF同化融合策略减少了单一源降水产品的误差,在长江流域乃至全球尺度具有较大应用潜力。

黄土高原近30年降水集中度分析及时空演变特征

选取近30年的黄土高原地区58个气象站点的降水数据,分析了黄土高原年降水以及降水集中度(PCD)和集中期(PCP)的时空变化特征,结果表明:(1)黄土高原地区年均降水量在50~900 mm,空间分布上东南高西北低。降水高值区分布在三门峡站与武功站附近以及五台山站,年均降水量为900 mm;低值区位于临河站附近,年均降水量为50 mm;(2)黄土高原地区的降水集中度分布于0.43~0.76,自东南向西北递增;而降水集中期的变化则不太明显,多集中于夏季的7-8月份。因此在降水集中的7-8月份,水土流失会比较加重,应加强水土流失防治工程,在降水量大的月份做好灾害防护,为工农业生产提供预警,减少工农业生产损失与经济损失。

四川省小时极值降水频率线型分布特征研究

以1961-2021年四川省1 h、3 h降水极值数据为研究资料,采用地区线性矩法对四川省极值降水进行频率分析计算,结果表明,四川省1 h、3 h的最适线型分布具有相似性,川西高原与攀西地区的最适线型多为广义极值分布(GEV),四川盆地青衣江暴雨区最适线性为广义正态分布(GLO);盆地环山地区不同时段均包含GEV、GLO、广义正态分布(GNO)3种线型,GLO在计算极值降雨时更具优势。研究结果在四川省中小流域山洪预报预警的防御工作中具有重要参考价值。

高原山地城市降水结构演变特征及城市效应——以昆明市为例

为探究城市化进程中高原山地城市降水结构演变规律,以昆明市为例,综合运用Mann-Kendall检验、R/S分析等方法,对不同降水结构序列演变特征及城市效应进行定量分析。结果表明:①1960—2017年间昆明市年降水量、降水频次均呈减小趋势,降水强度呈增加趋势;年降水量在昆明主城区及下风区存在2个明显的高值区;②夜、昼降水发生率相当,但夜间贡献率、降水强度略大,且夜间强降水事件持续加剧;夏秋季的降水占全年主导地位,其降水强度呈持续增加趋势;不同等级降水发生率随雨级递增呈指数型递减,贡献率呈二次型变化,降水强度呈线性递增;弱降水事件持续减少,强降水事件持续增加是降水等级结构变化的特征;③年降水量、降水频次、降水强度R CU分别为10.62%、-0.91%、11.32%,表明城市化对年降水量、降水强度具有增加效应,而对降水频次具有减小效应,主要由于城市化使冬季降水日数及小雨日数减少;城市化扰动了不同的降水结构,使夏秋季及夜间强降水事件更集中,小型降水事件减少,而强降水事件明显增加。