沿江城市降雨特性及雨洪关系分析——以四川泸州市为例

沿江城市气候多变,外洪和内涝之间关系复杂,相互影响、相互制约,洪涝统筹是沿江城市面临的最主要问题。分析掌握沿江城市的暴雨、洪水特征,可提前预测不同降雨条件下河道洪水的特性及其对城区排涝的影响,对于城市防洪系统和排涝系统统筹兼顾、合理规划、洪涝预报预警,都具有重要意义。以四川泸州市为例,对暴雨时空分布特征、洪水特征规律等进行了分析探讨,以期为新形势下沿江城市防洪减灾体系建设提供参考。

我国沿海地区城市洪(潮)涝成因及应对策略——以深圳市为例

沿海地区受地理位置、全球气候变化和城市化快速发展等影响,城市洪(潮)涝灾害频发,已成为影响我国沿海地区城市公共安全的突出问题,严重制约经济社会可持续健康发展。根据城市水文循环过程,综合考虑致灾因子、孕灾环境和承灾体等,将沿海地区城市洪(潮)涝成因概括为“先天不足—后天变化”两个方面,并以深圳市为例进行了深入分析。在此基础上,从提高防洪(潮)和排涝能力,协调防洪、除涝、排水标准,科学规划城市发展,充分考虑地下空间竖向设计,全面加强流域统一管理5个方面提出沿海地区城市洪(潮)涝应对策略,为沿海地区城市防洪(潮)、除涝工程体系建设和城市洪(潮)涝风险管理提供支撑。

山西北部极端降水时空演变规律及与大气环流因子的响应

基于山西北部28个国家气象站点,1972—2020年逐日降水资料,选用8个极端降水指数,采用线性回归、Pearson相关分析、连续小波和交叉小波变换分析等方法,研究了山西北部极端降水的时空变化及其与大气环流因子的相关性和周期特征。结果表明:(1)在时间上,山西北部8个极端降水指数都是在20世纪70年代后期和21世纪00年代后期到10年代,年总降水量(PRCPTOT)、中雨以上日数(R10mm)、强降水量(R95P)、极强降水量(R99P)、1 d最大降水量(Rx1day)、5 d最大降水量(Rx5day)均增多,日降水强度(SDII)显著增强,持续湿期日数(CWD)也略有增多。整个20世纪80年代降水异常偏少。(2)在空间上,极端降水指数呈从东北向西南地区逐步增加的态势。从站点趋势变化来分析,大多数站点的极端降水指数呈上升趋势,其中,上升趋势最显著的站点均位于忻州市境内西南部。朔州市境内和忻州市东南部站点PRCPTOT和SDII都呈增加趋势,但CWD则呈减少趋势,由此说明朔州市境内和忻州市东南部地区发生极端降水事件的概率较大。(3)通过小波变换分析发现,1990—2020年山西北部极端降水指数表现出约4 a左右的周期特征。在选取的大气环流指数中,北大西洋涛动指数(NAO)对山西北部极端降水影响最明显,NAO越大,PRCPTOT、R10mm、R95p、R99p、Rx1day、Rx5day、SDII则越小,同时CWD也越少,山西北部产生少雨干旱的几率较大,反之,易发生多雨、洪涝现象。研究结果可为山西北部气象灾害的防御提供科学理论依据。

气候变暖对吉林省降雪量与新增雪深关系的影响

降雪量和积雪深度的关系是降雪预报及水文气候模拟中的重要参数。本文利用吉林省50个站点1961—2021年的降水量、积雪深度、气温、风速和天气现象等气象观测资料,分析了降雪量和新增积雪深度的关系及主要气候影响因子。结果表明,在中等及以上强度的降雪过程中,吉林省新增积雪深度(D)与降雪量(S)的比值(深量比,Rds)平均为0.96 cm·mm^(-1);该比值存在空间差异,呈西部小东部大的分布特征,且存在明显的月际、年际和年代际变化特征,其中月际变化呈现不对称的抛物线型,12月和1月为大值时段;近60年来Rds呈减小趋势,变化速率为-0.01 cm·mm^(-1)·(10a)^(-1);降雪日Rds与气温呈明显反相关关系,其中在-12~0℃的温度区间,Rds随气温上升呈明显减小趋势。气候变暖、降水量增加和风速的减小是降雪过程中降雪量与新增雪深关系年代际变化的直接原因。揭示降雪量和新增雪深的关系对于认识东北亚中高纬度降雪积雪特征及其成因具有重要意义。

塔里木盆地及其周边地区大气可降水量分布及其与降水关系的研究

利用2018年7月至2022年6月塔里木盆地及其周边地区17部地基GPS水汽探测仪遥感的大气可降水量(PWV)资料、 14个地面气象站逐时和逐日降水资料,分析了塔里木盆地西部(区域A)和东部(区域B)PWV分布特征及其与降水关系。结果表明:(1)研究区年平均PWV高值区主要集中于盆地北部和盆地西南部平原地区,海拔超过1300 m站点的PWV年平均值与海拔成反比,低于1300 m的低海拔地区PWV年平均值在10~12 mm。夏季测站PWV平均值是春、秋季节的2倍。(2)区域A和区域B PWV月变化呈单峰型分布,分别在8月和7月达到峰值。区域A有、无降水日PWV均在23:00(北京时,下同)达到日峰值。区域B有、无降水日PWV日峰值出现时间相差5 h,分别出现在11:00和17:00。(3)区域A和区域B多数测站ΔPWV(PWV与PWV月平均值差值)峰值分别在降水开始前0~1 h和降水开始时刻前后1 h出现。春季区域B降水前PWV跃变程度较区域A更剧烈,夏季各区域σPWV(PWV与PWV月平均值倍数)提前降水开始时刻1 h、 5~6 h达到1~1.8倍的天气过程较其余时次偏多。秋季和冬季区域BσPWV分别集中在1.4~2.0倍和1.6~2.4倍。(4)海拔高于1400 m测站的5-6月、 7-8月PWV值达到10~20 mm和15~25 mm,对应降水结束时刻。海拔低于1400 m测站5-8月降水结束时刻PWV值逐渐由15~25 mm增至25~35 mm。

基于CAMM和CLDAS的黄淮海冬小麦成熟期连阴雨时空特征

利用黄淮海地区2008—2023年的CLDAS数据和同期65个农业气象观测站的冬小麦花期、成熟期观测数据,订正机理性中国农业气象模式(CAMM)中发育模块(RAM)的参数,评估模式对冬小麦成熟期的模拟精度,而后重构格点化的历年成熟期日期,统计成熟期前6天后9天共16天的降水量和雨日数,随后基于连阴雨指标,研究连阴雨的时空分布特征。结果表明:(1)RAM模式对冬小麦成熟期具有较好的模拟能力,各站RMSE平均值为2.28±0.46 d,模拟值与实测值的R2为0.915。(2)黄淮海地区冬小麦成熟期降水量和雨日数均呈南北两端高中间低的空间分布格局,区域平均降水量为8.8~84.6 mm,平均值为31.9 mm,雨日数为1.0~9.1天,平均值为5.4天。(3)2008—2023年连阴雨灾害波动较大,其中2009、2013、2018和2023年较为严重,大致呈4~5年发生一次的周期性规律,且灾情呈加重的趋势。(4)连阴雨灾害在黄淮海地区北部很少发生,河北和山东交界处偶发,灾害高发重发区主要集中在河南省,尤其是郑州以南的驻马店和信阳一带最为严重,发生频率约为5年一遇,持续天数多在9天以上。

城市洪涝风险的多方法组合评估与应用

近年来,受全球气候变化与城镇化快速发展的双重影响,城市极端降水事件频发,由此引发的城市洪涝灾害常造成灾难性的生命和财产损失,给城市公共安全带来了严重威胁。由于不同评估方法中指标赋权不同,评价结果往往存在较大差异,给风险评估与区划工作带来了诸多困难。因此,通过融合不同方法的权重构建一套复合权重,进而解决不同评估方法中结论非一致性的问题,这对于提升风险评估的准确性是至关重要的。该文以湖北省为例,旨从危险性、暴露性、脆弱性和恢复性四个层面构建城市洪涝风险评估体系。首先,分别采用熵权法和层次分析法计算指标权重;之后,通过Kendall检验判断两套权重序列的一致性并给出相应的复合权重计算结果;最后以湖北省下辖8个城市的历史洪涝事件为例,对上述风险评价结果进行了验证。结果显示,与熵权法和层次分析法相比,基于复合权重的组合评价方法具有更高的准确率。

冬小麦农业气象灾害风险预警的业务实践与思考

开展冬小麦农业气象灾害风险预警工作是当前保障小麦生产安全和防灾减损的重要工作之一。2022年开始气象部门和农业部门联合开展了冬小麦农业气象灾害风险预警的业务服务工作,取得了一些技术成果和成功案例,但也存在一些问题和不足。本文简述了农业气象灾害风险预警业务的内涵,提出了综合农业气象灾害可能性预报、危险性和脆弱性预估,构建基于风险矩阵的冬小麦农业气象灾害风险预警业务的技术框架,并以2022年小麦干热风风险预警工作为例,展示了冬小麦农业气象灾害风险预警工作的技术流程。冬小麦农业气象灾害风险预警工作刚刚起步,尚有很多工作不完善,包括如何与已有的灾害风险评估成果进行深入融合,开展定量化的灾害影响预报和预警指标率定等。此外,在提升冬小麦农业气象灾害风险预警的准确率和开展服务效益评估等方面,未来还需要做大量的研发工作。

青藏高原东侧九龙夏季非降水云的观测特征

青藏高原东侧九龙地区是西南涡多发区,利用该地区新型探测设备开展云探测,有助于增强对西南涡多发区云特征的认识。利用2018—2019年6—8月九龙站地基微波辐射计资料,分析了该地区夏季非降水云的出现率、液态水路径及过冷水路径的观测特征。结果表明:九龙夏季非降水云出现率月均值在67%~82%之间,以低云和中云为主,高云较少;低云出现率表现为白天低、夜间高,而中云和高云则相反;云出现率的垂直分布表现为单峰形态,在约2km高度存在云出现率峰值8.1%;受大气热力层结日变化影响,云出现率的单峰垂直分布呈现日夜差异。另外,九龙夏季非降水云的液态水路径均值为0.433kg·m^(-2),其中低云、中云、高云的液态水路径均值分别为0.665、0.240、0.102kg·m^(-2);低云的液态水路径日变化特征与其出现率相似,而中云和高云的液态水路径日变化特征不明显。此外,九龙夏季非降水云中冷云的过冷水路径均值为0.154kg·m^(-2),其中低云、中云、高云的过冷水路径均值分别为0.065、0.166、0.102kg·m^(-2);总体上过冷水路径在液态水路径中的占比约为34.3%~38.8%,过冷水路径占比随云的高度而增大,这使得中云和高云的过冷水路径日变化与其液态水路径相似。与同纬度华中地区相比,九龙夏季非降水云具有明显不同的特征,这与两地之间的大气水汽特征差异密切相关。

城市洪涝应急响应能力评价及优化研究

在气候变化和全球化的背景下,极端降水事件及其导致的洪涝灾害频发。为准确评估暴雨内涝影响下的城市应急服务水平,基于InfoWorks ICM构建了城区内涝模型,利用ArcGIS中的最快路径法评估了医疗、公安、消防的空间可达性,利用基尼系数评估了公共应急服务相对幼儿园分布的合理性,采用最大覆盖算法对医疗、公安、消防的分布进行了优化,并基于研究区的情况进行了分析。结果显示:研究区的医疗、公安、消防相对幼儿园的基尼系数随着降雨重现期的增加而增大;对研究区的医疗、公安、消防分布优化前,这些部门的分布不尽合理,其15 min内的应急服务可达性不能满足应急救援要求,研究区应急响应资源相对幼儿园缺失严重,相对来说,医疗应急响应缺失最为严重;对研究区的医疗、公安、消防分布优化后,这些部门相对于幼儿园的基尼系数普遍在0.400以下,医疗和公安的应急服务即使在百年一遇洪涝加晚高峰情景下仍可以在15 min内覆盖40%的研究区面积,消防可覆盖70%的研究区面积,医疗、公安、消防的分布相对合理。本研究为中国城市洪涝灾害应急响应能力评价提供参考。

基于蒸散发干旱指数的子牙河流域干旱时空变化特征分析

为探究子牙河流域干旱时空分布特征,基于2001—2021年逐月降水和遥感蒸散栅格数据,采用标准化降水蒸散指数(SPEI)和标准化蒸散发亏缺指数(SEDI)表征流域干旱情况,运用Sen斜率估计和Mann-Kendall检验法分析了流域2001—2021年季尺度干旱时空分布及变化趋势,统计了干旱面积、干旱次数、干旱历时和干旱烈度等特征变量。结果表明:SPEI对子牙河流域旱情发生时间、程度和范围识别的准确率更高,2001—2021年流域SPEI呈上升趋势,表现出湿润化态势,冬季SPEI呈下降趋势,表现为干旱化态势,忻州、阳泉市等地存在显著干旱化的区域;流域各季节干旱面积占比呈现波动变化,部分年份出现大范围季节性干旱,夏旱和秋旱干旱面积占比最高,超过90%;忻州和阳泉市部分区域、石家庄市西部区域和衡水市北部区域呈现干旱次数少、历时长、烈度大的特点,邯郸和邢台市部分区域、衡水市南部区域、石家庄市东部区域表现为干旱次数多、历时短、烈度小的特征。

基于多维Copula函数的澜沧江-湄公河流域气象干旱特征分析

为全面揭示变化环境下澜湄流域多维气象干旱特征,采用标准化降水蒸散指数SPEI表征流域气象干旱,基于游程理论分别提取澜沧江段和湄公河段上、中、下游流域1901—1960年和1961—2021年两个时段的干旱事件,利用Copula函数分别构建两个时段不同子流域二维和三维干旱特征变量联合分布,计算不同干旱特征变量组合条件下的干旱联合发生概率,对比分析不同子流域多维气象干旱特征的时空变化。结果表明:时间上,1961—2021年各子流域平均干旱程度均较1901—1960年更严峻,尤其是极端干旱事件(单变量累积频率为25%、50%)的多维干旱联合发生概率增幅最大;空间上,1961—2021年,随着干旱历时、烈度和烈度峰值的增加,“或”情况下多维干旱联合发生概率最高值区自北向南转移,“且”情况下多维干旱联合发生概率最高值区自南向北转移。

基于温度植被干旱指数(TVDI)的甘肃省农业干旱监测方法研究

改进温度植被干旱指数(Temperature Vegetation Dryness Index,TVDI)并明确TVDI的农业干旱等级阈值,对提高TVDI指数监测农业干旱能力有重要意义。利用近19 a的MODIS(Moderate Resolu⁃tion Imaging Spectro-radiometer,MODIS)遥感数据,基于单时次和多时次方法构建NDVI(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)-LST(Land Surface Temperature,LST)、EVI(Enhanced Vegetation In⁃dex,EVI)-LST、RVI(Ratio Vegetation Index,RVI)-LST、SAVI(Soil-Adjusted Vegetation Index,SAVI)-LST等几种特征空间,讨论TVDI计算方法,分析TVDI在甘肃省农业干旱监测中的适用性,并明确甘肃省夏季TVDI农业干旱分级标准。结果表明:(1)基于多时次方法构建的SAVI-LST特征空间TVDI更适合甘肃省农业干旱监测,其对土壤相对湿度(Relative Soil Moisture,RSM)拟合的均方根误差(Root Mean Squared Error,RMSE)和平均绝对误差(Mean Absolute Error,MAE)比NDVI-LST特征空间TVDI对RSM拟合的RMSE和MAE下降1%~5%;(2)TVDI适用于夏季甘肃省半干旱区、半湿润区、湿润区等非干旱区浅层10、20 cm土壤深度的农业干旱监测,RMSE和MAE约15.6%和12.6%,拟合误差湿润区<半湿润区<半干旱区;(3)利用TVDI与RSM线性关系确定的TVDI农业干旱等级更有利于提高TVDI监测农业干旱的准确性。

海温异常对长江流域夏季典型旱涝的影响研究

为研究长江流域夏季旱涝特征及其与海温异常之间的关联性,基于中国326个气象站降水量、NCEP/NCAR再分析资料等,采用合成分析、EOF分解等方法,分析了长江流域夏季典型旱涝年的降水分布、同期大气环流及前期海温特征,并以2018年为例,初步揭示了2018年前期海温异常对大气环流的可能影响。结果表明:①长江流域夏季典型旱年,仅嘉陵江和岷沱江会表现出局部偏涝,全国为典型的Ⅰ类雨型,多雨区位于黄河流域及以北地区。前期冬季赤道太平洋表现出类拉尼娜的东冷西暖分布,同时黑潮区海温偏低,西风漂流区海温偏暖。受多海域协同作用,同期欧亚环流场上自西北向东南呈现出“+-+”三极型分布,东亚地区为自北向南“-+-”的EAP负位相。长江流域典型涝年,全国多为典型的Ⅱ类和Ⅲ类雨型,环流及海温呈现出相反特征。②2018年为典型的长江中下游偏旱年,仅在岷沱江降水偏多近3成,为历史第4多,与长江流域夏季降水的主模态正位相类似,解释方差达24%。③2018年前冬出现弱拉尼娜、春末夏初西风漂流区异常偏暖、NAT异常正位相,三者共同作用,使得东亚副热带西风急流偏北,东亚沿岸出现EAP负位相,大陆热低压明显偏强,东亚夏季风为1961年以来最强,同时副高脊线最北,造成夏季降水主雨带北推至华北、西北地区,岷沱江、嘉陵江异常多,而长江中下游异常少,为典型的Ⅰ类雨型。研究成果可为长江流域旱涝预测、水资源调度提供参考。

城市地区场次降雨时空展布方法研究

受气候变化和城市规模不断扩张等因素影响,城市地区降雨过程的时空动态性愈发明显,通常采用的点、面雨量等表达方式难以体现这种时空动态性。随着降雨观测技术的进步,大多城市积累了长序列降雨观测数据,其中蕴含了丰富的降雨时空过程信息,为预报降雨或设计降雨的时空展布提供了可能。设计了一套降雨时空展布方法,包括数据收集、标准化处理、降雨场次划分、时空模式提取、标准网格插值、时空展布等环节,并提出每个环节的处理步骤和关键问题。以北京市为例,对该技术方法进行了验证,选择了12 h、24 h、72 h 3个历时的场次降雨,提取的时空模式和展布结果表达出了场次降雨的时空动态性,并与历史的降雨过程表现出很好的匹配性。表明该方法可用于城市地区降雨典型模式提取,以及降雨过程的时空展布。该方法利用历史降雨数据提取降雨展布模板,输入场次降雨(或预报降雨)的总雨量,得到该场次降雨的时空分布过程,展布结果可为洪水预报提供更为准确的降雨输入条件。

中昆仑山北坡水汽含量的计算及其特征分析

干旱区水汽变化影响区域水资源系统的结构和演变,基于2020年1月—2022年12月中昆仑山北坡地区4个地基GPS遥感大气可降水量资料(GPS-PWV)、2个探空站观测资料和108个地面气象观测站逐时水汽压资料,利用一元线性拟合方法建立了适用于中昆仑山北坡地区的大气水汽含量(W-PWV)和地面水汽压计算模型(W-e)并对计算结果进行评估,分析了中昆仑山北坡地区东段、中段、西段W-PWV的时空分布特征及降水开始时刻与W-PWV峰值的关系。结果表明:(1)W-PWV年平均高值区位于研究区西段,中段次之,东段沙漠南缘W-PWV最低。海拔高度大于1500 m测站W-PWV随高度升高逐渐减少。夏季地面气象观测站平均W-PWV是春、秋季的2倍左右;(2)研究区W-PWV月变化具有单峰型特征,其中海拔高度1300~1500 m测站的W-PWV在7月和8月达到峰值,其余测站的W-PWV在8月达到峰值,海拔低于2000m和高于2000m测站W-PWV分别在夜间和白天维持较高值;(3)水汽含量模型计算的测站W-PWV与降水开始时刻有较好的对应关系,降水前各站W-PWV均存在不同程度跃变过程,降水过程前1~2h内W-PWV峰值达到测站W-PWV月平均值的1.5倍以上。

新安江流域气象干旱和水文干旱特征及两者之间的关系研究

新安江流域是传统丰水区,对该区域进行干旱演变规律以及气象-水文干旱传播特征及其响应关系的研究,对于流域水资源的调度和管理具有重要科学意义。基于新安江流域近63 a的降水和径流数据,利用标准化降水指数(Standardized Precipitation Index,SPI)和标准化径流指数(Standardized Runoff Index,SRI),研究不同时间尺度的新安江气象干旱和水文干旱的演变规律,并分析流域水文干旱对气象干旱的时滞效应。结果表明:(1)1960—2022年新安江流域的气象干旱和水文干旱主要发生在20世纪60年代、70年代末到80年代中期以及21世纪初,2010年至今新安江整体处于水资源丰盈状态,其余时段则干旱与湿润交替发生。(2)近63 a的数据显示,新安江流域总体呈现变湿趋势,干旱事件有所减少。其中冬季和夏季变湿最为明显,且水文角度变湿趋势比气象角度更为明显。(3)新安江流域的水文干旱与气象干旱显著相关,通常在气象干旱发生后1~3个月出现。水文干旱对气象干旱在汛期的相关性和响应速度均高于非汛期。因此,应更加关注汛期的流域干旱并采取针对性措施。

江苏省里下河地区洪涝灾害与综合应对策略

防洪除涝保安是保障地区经济社会稳定发展的重要前提。近年来持续变化的自然和人文条件给防洪减灾带来了一系列重大挑战,总结归纳了江苏省里下河地区洪涝治理特点及历程,在解析自然和人文因素对流域洪涝灾害主要影响基础上,从加快完善防洪除涝工程体系、升级防汛预警调度决策指挥系统、强化防洪抢险和应急救援能力、科学规范和管控人类活动4个方面探讨变化环境下强化流域防洪除涝能力与韧性的对策,为江淮平原河网完善防洪治涝体系提供了参考。

1960-2020年河南省极端降水时空演变特征

全球变暖加快了水文循环速度,导致极端降水事件频发,增强了城市排水负荷和洪涝风险,并影响了区域气候的时空特征。在河南省均匀选取26个雨量站对1960—2020年61年间的降水资料进行研究,采用趋势分析、Kriging插值、M-K突变分析、Morlet小波变换和Spearman相关系数等方法对河南省9个极端降水指数的时空演变特征进行分析。结果显示:河南省年降水量呈上升趋势,极端降水事件呈下降趋势,河南省整体气候逐渐变得湿润。河南省极端降水指数具有显著空间差异,东南部极端降水风险显著大于西北部。除降水强度、最大连续降水日数和1 d最大降水量外,其余指数与年降水量、汛期和6—9月的各月降水量具有良好的相关性,这对于评估年降水量及其年内分布特征、极端降水事件频率有较好的参考作用。结果表明:降水从短历时高强度向长历时低强度演变,要应对此类长历时极端降水的风险,防涝思路应从提高短时间大量排水能力转变到提高长时间低强度吸收降水能力。

基于高分一号的莫莫格自然保护区湿地动态变化分析

利用2013—2021年高分一号卫星数据,采用遥感技术和地理信息系统,提取莫莫格自然保护区湿地分布信息,并对研究区湿地格局动态演变过程及驱动力进行分析。结果表明:2013—2021年莫莫格自然保护区内湿地面积总体呈先下降后上升的变化趋势,总动态度为正值,湿地面积有所增加;湿地质心移动过程表明2013—2015年减少的湿地主要集中在研究区东南部,2015—2021年增加的湿地主要集中在研究区的东部;2013—2021年研究区内湿地斑块面积总体的空间分布格局较为稳定,空间分布格局以东西方向为主导;2013—2021年研究区内湿地面积的变化趋势与年降水量一致。