基于指数雨胞雨衰模型的微波链路雨强反演方法

为了提高微波链路雨强反演的准确性,基于指数雨胞雨衰模型提出了一种新的微波链路雨强反演方法,并利用瑞典哥德堡市21条微波链路和距链路2 km范围内8个雨量站的实测数据,将指数雨胞雨衰模型与传统幂律模型和ITU-R P.530-16雨衰模型进行了雨强反演对比。结果表明:指数雨胞雨衰模型在雨强反演方面表现优异,决定系数和纳什效率系数均为0.78,平均绝对误差为0.39 mm/h,均方根误差为0.68 mm/h;与幂律模型相比,指数雨胞雨衰模型在准确度和稳定性方面有显著提升,与ITU-R P.530-16雨衰模型相比也有所改进,特别是在短链路和中小雨的雨强反演中表现出明显的优势,对于进一步提升微波链路雨强反演精度和改善降水监测效果具有重要价值。

2021年“7·20”郑州暴雨极端雨强对流尺度集合预报试验

2021年7月20日郑州市特大暴雨过程给人民的生命财产造成了巨大损失。然而,此次暴雨降水量极端性强,数值预报不确定性极大。为提高中国气象局(CMA)数值模式对此类暴雨极端雨强预报不确定性的描述能力,利用CMA自主研发的3 km水平分辨率的对流尺度数值预报系统(China Meteorological Administration Mesoscale model,简称CMA-Meso),通过设计集合同化观测扰动方案与云分析雷达反射率滤波阈值调整方案,实现对常规观测资料和雷达反射率的微小扰动,构建对流尺度集合预报初始扰动场,开展集合预报试验,评估对流尺度集合预报的极端雨强预报不确定性特征,并与CMA全球集合预报和区域集合预报进行对比分析。结果表明:(1)基于3 km水平分辨率的对流尺度集合预报对此次极端降水的预报仍存在一定的落区偏差,但不同集合预报成员的极端雨强值具有较好的发散度,且个别成员预报的极端雨强值接近实况的624.1 mm,较好地代表了极端降水的预报不确定性。(2)通过对比CMA不同分辨率集合预报的极端雨强值、离散度及累积降水邻域分数技巧评分,发现极端雨强值及离散度与模式水平分辨率密切相关,分辨率越高,极端雨强概率预报技巧越高,表明对流尺度集合预报能够更好描述极端雨强预报的不确定性及其极端性。(3)同时扰动常规观测资料及雷达资料的对流尺度集合预报,能够在较短的预报时效内对模式水汽场及环流形势产生影响,促使降水集合预报离散度在较短的预报时效内增长起来,有效提升了极端雨强概率预报能力。总体而言,通过扰动常规观测资料和雷达资料的对流尺度集合预报有助于提高模式对极端雨强概率预报技巧。

黄土高原不同降雨强度下生物土壤结皮对坡面流水动力参数的影响

[目的]明确不同降雨强度下生物土壤结皮对坡面流水动力参数的影响,进一步评估生物结皮的水土保持功能。[方法]以黄土高原典型藻结皮和苔藓结皮为研究对象,系统研究了60,90,120,150,200 mm/h雨强下生物土壤结皮对坡面流水动力参数的影响。[结果](1)所有雨强下藻结皮和苔藓结皮坡面流流型均为层流,除200 mm/h雨强下苔藓结皮坡面流为急流外,所有雨强下藻结皮和苔藓结皮流态均为急流;(2)藻结皮在90,120,150,200 mm/h雨强下流速、径流量和径流系数分别是60 mm/h雨强的1.76~3.9,4.89~9.26,3.91~4.13倍,苔藓结皮则为1.34~2.56,5.86~13.81,2.46~4.26倍,流速和径流量均随雨强呈线性函数增加(R^(2)≥0.85,p<0.01),径流系数呈幂函数增加(R^(2)≥0.49,p<0.05);(3) 60,90,120,150,200 mm/h雨强下藻结皮阻力系数和曼宁糙率系数变化范围分别为0.15~0.74,0.01~0.03,苔藓结皮则为0.82~3.02,0.03~0.06,阻力系数和曼宁系数均随雨强成指数函数降低(R^(2)≥0.47,p<0.05);(4)降雨强度与生物结皮种类均与坡面水动力参数显著相关。所有雨强下,藻结皮坡面流速显著高于苔藓结皮(11.77%~118.31%),而径流量、阻力系数和曼宁系数则低于苔藓结皮(1.41%~37.55%,53.32%~90.42%和38.08%~73.00%)。[结论]生物结皮对黄土高原坡面流水动力参数有较大影响,未来应加强生物结皮对坡面流水动力参数的研究。研究对于黄土高原生物土壤结皮坡面流水动力参数特征具有重要意义,可对精准侵蚀预报模型提供理论支撑。

基于图像的雨强等级监测算法研究

基于人工智能和深度学习技术,文章对不同雨强等级图片进行监测,提升了社会化摄像头对各雨强等级的监测能力。不同雨强等级的图像在HSV色彩空间、对比度、纹理特征、白色占比和灰度共生矩阵等特征上存在一定的差异,基于这五个特征,首先采用SVM+特征的方法进行雨强等级监测,但验证发现该方法监测效果不佳。其次,鉴于深度学习方法能够提取到图像中较多深层次特征,继而采用基于ResNet的深度学习方法进行雨强等级的监测。实验结果表明,深度学习方法在雨强等级监测中的准确率明显高于SVM+特征的方法。

2008-2012年四川强小时雨强的时空分布特征

利用2008-2012年四川157个基本测站和895个区域自动站的逐时降水资料,通过统计诊断方法分析了四川的强小时雨强发生频次、极值的时空分布特征,得到如下主要结论:(1)四川每年出现20 mm·h^(-1)以上的强小时雨强达3537.8次,平均每年的强小时雨强极值均超过了100 mm·h^(-1),并在2012年呈一个跃升的趋势。(2)四川强小时雨强落区主要集中在四川盆地及攀西南部的大部分地区,且强降水高发中心主要位于从盆地向山脉过渡的纵向陡峭地形区。雨强极值超过了30 mm·h^(-1)的落区也集中在盆地及攀西地区。频次及雨强极值的变化与海拔有密切联系,迎风坡的陡峭过渡地形削弱了频次及雨强极值随海拔的增高而减少的速率。(3)频次的月变化比强小时雨强极值的月变化更显著。7月发生强小时雨强的次数最多,其次是8月,5月最少。6-9月雨强极值均超过100 mm·h^(-1)。(4)20 mm·h^(-1)和30 mm·h^(-1)以上的强小时雨强频次日变化均呈夜间活跃的单峰型特征,而50mm·h^(-1)以上的强小时雨强突发性较强,日变化呈多峰型结构,且盆地不同区域的日变化特征及峰值活跃时间也有较大差异。

泥石流活动与雨强的关系——以雅砻江下游金龙沟为例

以金沙江支流雅砻江下游金龙沟为例，研究了泥石流活动与短历时雨强和环境条件的关系。提出暴发泥石流的降水指数（Ｈａ＇）、短历时雨强（Ｈａ）和环境背景指数（Ｋ）的关系为Ｈａ＇＝Ｋ（Ｈ１０Ｈ６０＋Ｈ２４）。当Ｈａ＇大于３６００时，可能激发泥石流。

不同耕作方式和雨强对紫色土养分流失的影响

【目的】揭示紫色土地区坡耕地常用农耕措施在不同雨强条件下对土壤养分流失途径及流失量的影响规律,为紫色土坡耕地培肥及养分流失治理提供理论依据。【方法】本研究采用两因素、三水平、三重复随机区组试验,利用人工降雨装置模拟3种不同强度的降雨,采用模拟径流小区观测地表径流量、壤中流量、泥沙侵蚀量及取样分析养分流失量。【结果】在耕作方式相同时,雨强越大,地表径流量越大,地下径流量减少,总径流量增加,不利于土壤保蓄雨水和含水量的提高。在相同雨强条件下,平作的地表径流量最大,土壤侵蚀也最剧烈。横坡垄作在中小雨强条件下控制地表径流和侵蚀的效果非常明显,但在大雨强条件下,控制径流和泥沙的效果减弱;横坡垄作有增加地下径流和氮流失量的趋势。在本试验条件下,约1%的化肥氮(速效氮)被雨水淋洗出土体并排放到环境中;而速效磷的流失量只占化肥磷的万分之三至万分之十,流失量很小。【结论】紫色土坡耕地磷素流失的载体是泥沙,流失量更易受雨强的影响,要控制磷的流失,首先应防止土壤侵蚀;横坡垄作能够有效控制土壤侵蚀,因此,也能较好控制磷流失。紫色土坡耕地氮流失载体在雨强较小时是径流,径流中又以地下径流为主,要控制氮流失,首先必须控制地下径流;传统的横坡垄作会加大地下径流量,也就加大了氮的流失。全面控制紫色土的氮、磷损失,必须采用控蚀耕作、增厚土层、提升土壤有机质等综合措施。

不同雨强和坡度条件下紫色土养分流失规律研究

采用室内模拟降雨装置,研究了三峡库区紫色土在不同雨强和坡度条件下的养分流失规律。结果表明,紫色土坡面流失养分主要由径流和泥沙携带,其中径流养分含量与雨强和坡度无关,但与产流过程一致。泥沙中养分含量与雨强无关,但随坡度增加而降低;泥沙养分含量与产沙量过程无关,但其流失量与产沙量过程一致。泥沙中各养分含量略大于降雨前表土养分含量,远大于径流养分含量,但由于径流中以速效养分为主,故径流携带的养分流失量不容忽视。

不同雨强条件下黄土性土壤养分流失规律研究

本文利用室内人工降雨模拟装置，通过坡面小区试验，初步分析了不同雨强条件下黄土性土壤养分流失的规律。结果表明：土壤养分主要是以不溶态的形式随泥沙迁移，随径流迁移的可溶态养分很少；不同形态的养分在泥沙中有富集现象；养分流失量与雨强成正比；同一雨强条件下，土壤流失量与养分流失量呈显著的正相关关系。

平衡施肥及雨强对紫色土养分流失的影响

利用人工降雨装置模拟3种不同强度的降雨,采用模拟径流小区,研究了四川紫色丘陵区玉米净作条件下雨强及平衡施肥对土壤养分损失量及载体的影响。结果表明:雨强是影响地表径流量、径流总量及土壤侵蚀量的最主要因素。在小雨强条件下,无地表径流及土壤侵蚀发生;随着雨强的增大,地表径流量、径流总量及土壤侵蚀量都急剧增加。磷素和钾素流失总量也随雨强的增加而增加,而雨强对氮素流失的影响不大。在3种雨强条件下,3种施肥处理的氮素流失总量表现为:高氮施肥>农户习惯施肥>平衡施肥,平衡施肥能减少氮素流失,而高氮施肥增加氮素的流失。农户习惯施肥处理的磷流失总量和钾流失总量均高于平衡施肥和高氮施肥两种施钾处理,在紫色土坡耕地增施钾肥能减少磷、钾养分的流失。

不同雨强和施肥方式对紫色土养分损失的影响

【目的】揭示紫色土地区坡耕地不同施肥方式在不同雨强条件下对土壤养分流失途径及流失量的影响规律,为紫色土坡耕地肥料管理及养分流失治理提供理论依据。【方法】采用两因素、三水平随机区组试验,利用自然降雨和人工降雨相结合的方法,采用模拟径流小区观测地表径流量、壤中流量、泥沙侵蚀量,取样分析养分流失量。【结果】一次性施肥显著提高了玉米生育前期地下水中氮浓度,加大了氮的径流损失,降低了氮肥利用率,使玉米生育后期供肥不足,造成玉米减产。氮的主要损失载体是壤中流,平均损失量达5.08 kg.hm-2,对环境造成了较大压力。氮损失受雨强影响小,受施肥方式影响大,一次性施肥显著加大了氮的损失量。磷损失的主要载体是泥沙,受雨强影响大,雨强越大,磷损失量显著增加,而受肥方式影响小。钾损失的主要载体也是泥沙,平均损失量达29.1 kg.hm-2,雨强越大,钾损失量成倍增加,施肥方式对钾总损失量影响不大。【结论】氮的损失载体主要是壤中流,磷、钾的损失载体主要是泥沙。一次性施肥显著增加了玉米生育前期壤中流氮浓度,显著增加氮的损失。在紫色土地区,不仅要采用分次施肥等施肥技术控制磷、钾和部分氮损失,还需增厚土层,改良土壤结构、提高土壤蓄水保肥能力,才能更全面控制紫色土的氮、磷、钾损失。

模拟雨强和地下裂隙对喀斯特地区坡耕地养分流失的影响

喀斯特坡面水土地下漏失直接观测难度大,其土壤养分地下漏失的研究仍处于空白,而雨强和地下孔(裂)隙度(以下简称地下裂隙)对其土壤养分流失影响作用尚不清楚。该文以喀斯特坡耕地为研究对象,通过模拟其地表微地貌及地下裂隙构造特征,采用人工模拟降雨试验研究雨强和地下裂隙对喀斯特坡面氮磷钾养分流失的影响。结果表明:雨强对地表产流产沙影响显著(P<0.05),其产流产沙量均随雨强增大而增加,且地表产流产沙临界雨强在30~50 mm/h之间;雨强对地表径流各养分输出负荷、地下径流全氮(TN)输出负荷及径流TN总负荷影响亦显著(P<0.05)。地下裂隙度对地下径流TN输出负荷影响显著(P<0.05),而总体上对其产流产沙、地表径流泥沙各养分输出负荷及总负荷影响不明显。喀斯特坡面TN、全磷(TP)输出负荷总体以径流为主,而全钾(TK)输出负荷则以泥沙为主。雨强是喀斯特坡面土壤养分流失的重要影响因子,地下裂隙度对其养分流失影响不大,但地下径流是喀斯特坡面主要的养分流失方式。研究结果可为喀斯特坡耕地养分流失的机理揭示及源头控制提供基本参数和科学依据。

不同雨强条件下太湖流域典型蔬菜地土壤磷素的径流特征

以太湖流域典型区域无锡市近郊区鸿声镇的蔬菜地为研究对象，采用人工模拟降雨的方法，通过野外径流小区试验，研究了不同雨强对菜地土壤磷素径流流失的影响．结果表明，初始产流时间随雨强的增大呈幂函数减小（R^2=0．99），径流量在雨强较小时，缓慢上升，但随着雨强的增大急剧上升，在雨强0．83、1．17和1．67mm·min^-1时，总磷（TP）和颗粒态磷（PP）都表现为初始流失浓度较高，随降雨历时延长略有下降，最终趋于稳定，而在大雨强2．50mm·min^-1时，TP和PP呈现波浪式起伏，没有明显的变化趋势；在整个降雨-径流过程中，溶解态磷（DP）变化比较平缓，占TP的比例为20％-32％，而PP占TP的比例为68％。80％，其变化规律与TP相一致，由此可见，PP是土壤磷素流失的主要形态；通过对比不同雨强下不同形态磷素的流失率，发现1’P的流失率，大雨强2．50mm·min^-1是小雨强0．83mm·min^-1的20倍，而DP的流失率，却是33倍，这表明随着雨强的增加，加速土壤PP流失的同时，也大大促进了DP的流失，主要原因是降雨前表施磷肥，使得磷肥中大量的无机态磷溶解释放到水环境中，增加了DP的流失，从而会加重受纳水体富营养化的程度．

不同雨强条件下红壤坡地养分流失特征研究

采用人工模拟降雨装置 ,对红壤坡地养分流失特征进行了试验研究 ,结果表明 :在雨强较大情况下 ,土壤养分以泥沙形式随径流迁移 ;当雨强较小时 ,随径流迁移的可溶态养分流失量占流失泥沙养分量的比例较高 ,土壤养分流失氮、磷、钾分别达到 5 3.12 % ,2 3.1% ,2 1.5 % ;不同形态的养分在流失泥沙中均有养分富集现象 ,但富集率各不相同 ;土壤养分流失量与雨强及泥沙流失量呈正相关关系。

雨强及施肥降雨间隔对油菜田氮素径流流失的影响

利用室内模拟降雨和原状土盆栽的方法。研究了3个不同降雨强度条件下降雨施肥间隔对杭嘉湖平原区油菜田氮紊径流流失的影响。结果表明：在同一降雨强度下，降雨施肥间隔与总氮输出浓度呈负相关关系。而同一降雨施肥间隔下。雨强与径流氮浓度呈正相关关系．但即使在低雨强下．短降雨施肥间隔仍可导致大量氮紊流失；径流氮素输出动态过程可以分为前期浓度出峰期和后期浓度下降稳定期，径流氮浓度的输出风险主要集中在前期出峰期，低雨强的稳定期出现时间较早；硝氮是氮索流失的主要形态，各处理条件下硝氮比重均在30％以上，降雨施肥间隔时间在3天以上比重更高；高雨强和短降雨施肥间隔明显促进总氮及硝氮的流失，降雨施肥间隔应尽量在5～7天以上。

雨强对三峡库区黄色石灰土养分流失的影响

采用室内模拟降雨装置研究了三峡库区黄色石灰土的养分流失规律。雨强对径流的养分浓度和泥沙的养分浓度无关 ,但可影响其浓度峰值出现时间 ,并与养分流失量呈正相关 ;径流中养分浓度远低于泥沙养分浓度 ,坡面养分流失以泥沙携带为主 ,但由于径流中养分以可溶态速效养分为主 。

降雨强度对紫色土坡耕地养分流失的影响

采用人工模拟降雨装置,通过野外径流小区试验,研究了不同雨强对紫色土净作玉米条件下坡耕地土壤氮、磷、钾养分流失的影响。结果表明,在小雨强条件下,无地表径流及土壤侵蚀发生;随着雨强的增大,地表径流量、径流总量及土壤侵蚀量都急剧增加。磷素和钾素流失总量也随着雨强的增加而增加,而雨强对氮素流失的影响不大。在3种雨强条件下,氮素均主要通过地下径流的途径而流失,平均占氮素总流失量的96.5%。在小雨强条件下,磷、钾素不通过地表径流和泥沙流失;在中、大雨强条件下,磷、钾素流失途径均以侵蚀泥沙流失为主,分别平均占流失总量的95.3%,93.0%。

东南沿海残积土地区降雨诱发型滑坡预报雨强-历时曲线的影响因素分析

东南沿海山地丘陵地区每年雨季期间有大量土质滑坡发生,如何对由降雨诱发的滑坡进行预报一直都是一个热点研究课题,雨强-历时曲线(简称I-D曲线)是目前国内外常用的降雨型滑坡预报的降雨量临界值曲线。针对东南沿海地区的浅层残积土滑坡,根据相关勘察数据及资料,概化得到了该类型边坡的地质剖面及岩土层性质,然后应用Geo-Studio软件分析了边坡初始湿润条件、土体抗剪强度、饱和渗透系数、边坡坡角、残坡积土层厚度及雨型等参数对I-D曲线的影响规律。分析结果表明:残坡积土抗剪强度参数、饱和渗透系数、边坡坡角、雨型等因素对I-D曲线的影响显著,边坡安全系数降至临界值所需降雨历时随抗剪强度参数值降低、表层残积土渗透系数增加或坡角增大而减少;当雨强较小时,初始湿润条件对I-D曲线的影响显著;当雨强大于残坡积土层饱和渗透系数时,入渗量主要由渗透系数控制,边坡安全系数降至临界值所需降雨历时不随雨强增大而变化。该研究结果为I-D曲线在东南沿海残积土地区降雨诱发滑坡预警预报中的应用奠定了基础。

雨强和糙度对坡面薄层流水动力学特性的影响

基于流体力学和水力学基本理论,通过6个糙度、5个流量和5种雨强组合条件下的放水冲刷和模拟降雨试验,研究雨强和糙度对坡面流水动力学特性的影响。结果表明:在坡面薄层水流中,床面糙度对坡面流阻力有"增阻"效应,但在粗糙尺度为1.77 mm时产生拐点;降雨条件下,坡面流自由表面失稳的动态演化过程显著,其波动临界条件为黏深比0.382 4、0.599 3,在整个动态过程中阻力系数都随着降雨强度增加而减小;结合黏滞阻力、雨强阻力构建层流过渡区阻力计算公式,决定系数为0.92(P<0.05),可以较好地为坡面流模型的建立提供参考依据。研究成果有助于从泥沙运动力学的角度揭示坡面流层流失稳的本质,为坡面流理论的发展奠定基础。

不同雨强对我国西南喀斯特山区土壤侵蚀影响的模拟研究

选取我国西南喀斯特地区作为研究区域,通过资料查询、野外考察,设计加工满足该区域雨强范围的针管式人工降雨装置,在不同地表覆盖情况下,针对不同雨强对土壤侵蚀的影响进行了16场室内模拟试验,结果表明(1)坡面径流率在产流后180～300s之后保持稳定。随着雨强的增大坡面径流率增大,同雨强时坡面覆盖的植被或岩石均有明显的减流效果。(2)坡面输沙率变化可分为快速增大、迅速减小、增大、缓慢减小和趋于稳定5个阶段。坡面平均输沙率均随雨强的增大而增大。同雨强时坡面覆盖的植被或岩石的减沙效果显著。(3)坡面总径流量随雨强的增大而增大,同雨强时裸地坡面总径流量最多。裸地、植被覆盖(70%)地、植被-裸岩覆盖(70%～60%)地坡面总侵蚀量随雨强的增大而增大。裸岩覆盖(60%)地坡面总侵蚀量随坡度的增大而先增大后减小,在60～114mm/h之间存在土壤侵蚀的雨强转折点。同雨强时裸地坡面总侵蚀量最大,植被或岩石覆盖的减沙量均在71%～88%之间。