极端天气城市特大暴雨洪涝灾害特征再分析及应对策略

随着全球变暖和城市化快速发展,城市特大暴雨洪涝灾害风险日趋加剧。通过文献调研、科学分析与社会实践,首先凝练极端天气影响下城市特大暴雨洪涝灾害主要特征:包括降雨强度与累计降雨量大,突发性更强、预报极为困难,时空动态性明显、洪涝灾害耦合交互,分布范围广、多发群发,诱发次生灾害、级联效应明显,善于钻空子、找防汛漏洞,灾害破坏性与影响力更大。从多尺度自然环境、防洪排涝能力建设、洪涝减灾技术设备、防汛应急组织管理和洪灾防治政策法规等方面揭示城市特大暴雨洪涝灾害的主要成因,提出极端天气城市特大暴雨洪涝灾害科学应对策略,即:深化城市暴雨洪涝灾害级联效应理论,研发城市极端暴雨洪涝预测与精细化计算模型,提升城市暴雨洪涝应急防御技术与装备,推进城市防洪排涝体系全局协同防灾。研究成果有助于科学应对气候变化与极端天气影响下城市洪涝灾害面临的新挑战,进一步完善城市洪涝灾害防御理论技术与风险管理体系,对城市特大暴雨洪涝灾害的科学防控具有重要指导意义。

暴雨洪涝灾害对农产品供应链的影响及对策分析

在全球气候变化背景下,中国内地地区常常面临暴雨洪涝灾害的威胁,且不同地区影响不同,对农业生产和供应链管理带来了严重挑战。本文分析了中国农产品供应链的时空分异性,包括复杂的产地分布、季节性生产、多样化的农产品类型以及供应链各环节的紧密联系;分析了暴雨洪涝灾害对从种植到最终销售7个环节供应链的影响,从生产环节的农田水涝、土壤侵蚀,到物流运输环节的道路受损、农产品质量下降,再到销售环节的价格波动和市场不确定性等;针对农产品供应链的各环节,提出包括灾前预警、灾后短期救灾行动和灾后长期恢复重建措施。旨在提高农产品供应链的韧性,为减轻农业损失,确保农产品供应的可持续性提供参考,为未来灾害风险管理提供经验。

海河“23·7”流域性特大洪水下水利工程保险制度建设的思考——以北京市为例

海河“23·7”流域性特大洪水造成北京市水利工程严重水毁和经济损失。面向灾害风险控制的切实需求,建立健全水利工程保险制度具有必要性与紧迫性。梳理分析了水利工程保险相关国家法律法规及政策文件,在总结水利工程保险典型案例与相关经验基础上,针对北京市水利工程保险制度实施难点,从保险类型、参与机制、补偿机制、试点建设等方面提出北京市水利工程保险制度建设的建议。

干旱半干旱区中小流域洪水机器学习预警模型及其应用

由于对地形地貌特征、临界雨量、汇流时间和重现期等洪水特征因子的认识不足,干旱半干旱地区中小流域的洪水预报准确率有待提高。因此,本文选取甘肃省夏河县(位于半干旱区)和永昌县(位于干旱区)为研究对象,对夏河县(2015年)86个沿河村落的34个小流域和永昌县(2014年)395个沿河村落的240个过水断面的洪水特征要素进行了野外调查,并采用“铁一院”法、瞬时单位线法和地区经验公式法计算了两个区域的汇流时间、设计暴雨和设计洪水,推算了洪水预警值。然后基于计算结果,采用机器学习方法(线性回归、随机森林和神经网络),建立了针对干旱和半干旱地区的洪水预警模型,并对各模型进行了评价分析。结果表明,准备转移雨量与暴雨时程分配、临界雨量和主沟比降之间存在线性相关性,且线性回归模型能较准确地计算预警降雨量。为进一步验证回归模型适用性,使用该模型反演分析甘肃省合作市34个调查流域的准备转移雨量,平均绝对误差仅为0.56 mm。

郑州“7·20”特大暴雨移置合肥市洪涝分析

分析郑州“7·20”特大暴雨形成条件,合肥市发生郑州“7·20”特大暴雨的可能性是存在的。为深刻吸取特大暴雨灾害教训,将郑州“7·20”特大暴雨移置至合肥市,开展模拟计算和洪涝分析,为防范此类暴雨洪水、完善防御超标准洪水预案及城市防洪规划提供参考。

广州市暴雨雨型分类及在排水运行中的应用研究

暴雨是造成城市内涝的主要原因之一,但暴雨的雨型是随机出现且多样的。为了对内涝采取精确的控制措施,需要结合城市排水设施的运行需求,对暴雨的雨型进行分类研究。研究总结了国内外雨型分类的研究,并对广州市东濠涌流域进行在线雨量监测,以2场实测降雨为例,对实测降雨使用标准化欧氏距离、相似度分析方法进行模糊识别。研究结果显示,本雨型模糊识别方法能够较好地根据4场实测降雨的短时降雨对正在发生的降雨雨型进行分类判定。研究成果可基于实时监测并动态模糊识别的雨型进行排水系统动态调度。

汉北河流域强人类活动影响下的暴雨洪水模拟方法

为了研究人类活动影响下丘陵到平原区流域洪水模拟的关键问题,包括流域内降雨空间分布不均、丘陵平原产汇流差异大、下垫面受水利工程建设和调度影响等复杂边界条件,并提出相应的解决办法和模型,以汉北河为例,将大流域划分为11个单元,通过分析场次暴雨在各单元的空间分布解决降雨空间不均的问题;各单元根据各自下垫面条件进行API水文模型参数的率定,解决了丘陵平原产汇流差异大的问题,提高了模型参数与实际情况的贴合度。在模型中,将河流改道、水库、蓄滞洪区、水闸、泵站建设和调度、土地利用等人类活动对汇流的影响纳入物理模型和产汇流模拟中,以便构建符合实际调度的下垫面产汇流体系。模拟计算的洪峰的纳什系数NSE均在0.85以上,模拟结果表明洪峰流量、水位及峰现时间与实测值吻合良好。

缺资料山区中小河流成灾临界雨量计算分析

山区中小流域在暴雨条件下易形成山洪灾害,其历时短、强度大、暴涨暴落,加之中小河流建站时间短,雨量站点布设密度不够,预警难度大。为提高预警精度,采用雨洪同频频率反推法对缺资料山区中小河流不同时段成灾临界雨量进行计算。雨洪同频频率反推法结合了实际防护对象受灾情况,仅采用雨量信息计算预警雨量临界值,方法简单易行,实用性较强,能及时、准确对中小河流洪水预警。经实际洪水验证,雨洪同频频率反推法计算的各时段成灾临界雨量均在允许误差范围内。因此,雨洪同频频率反推法可作为缺资料地区洪水预警参考指标计算方法之一。

广东后汛期季风槽暴雨天气形势特征分析

对1981～2002年广东后汛期季风槽暴雨期间的环流形势和天气系统进行了统计分析,结果发现,广东后汛期的季风槽暴雨多数发生在西太平洋副高位置偏东或偏南的情况下,并与中纬西风槽或ITCZ有直接联系;季风槽多数位于华南地区上空或华南沿岸海面;高层辐散覆盖广东全部或大部,中心在华南近海.西南季风向北推进源于西南和华南地区低压槽发展,或由于热带气旋登陆后北上而牵动西南季风深入华南陆地,也有些过程是副高西端的偏南气流引导南海季风北进.对流活动有从南海北部或北部湾附近向华南移动的趋势,并有昼夜变化.

四川盆地边缘山地强降水与海拔的关系

利用四川盆地1666个站点2011-2015年4-10月的逐小时降水资料及高精度格点海拔高度资料,对降水特征与海拔高度的变化关系进行详细分析,研究发现:(1)汛期总降水量、总雨日、小雨日、中雨日随海拔高度升高而增加,但降水量与雨日随海拔的增长方式并不相同,降水量显著增长区主要集中在200~1200 m,当海拔超过1200 m时降水量迅速减少;大雨日及暴雨日在海拔超过1200 m后也迅速减少。(2)盆地西北部、西南部沿山一带的暴雨日主要由强小时雨强贡献,而盆地东北部的暴雨日主要受持续性降水影响。(3)四川盆地复杂地形对降水的日变化有较为显著的影响,小时雨量及短时强降水频次峰值出现时间均随着海拔高度升高而提前,而短时强降水首次出现时间则随海拔高度升高而推迟。

暴雨洪涝灾害对社会经济和人民生活的影响分析

自然灾害的发生不仅给人类社会造成直接的损害 ,还具有极强的后效效应。本文以分析暴雨洪涝灾害对我国国民经济和灾区经济的影响情况 ,揭示了暴雨洪涝灾害对社会经济发生的短期和长期影响特征。

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。

影响华南后汛期季风持续性暴雨和热带气旋持续性暴雨的大尺度环流背景分析

利用1961—2008年NCEP逐日、逐月再分析资料和全国和华南各省台站逐日降水资料,得到华南后汛期持续性暴雨74例,其中热带气旋(TC)引起的持续性暴雨(TCR)有54例,季风引起的持续性暴雨(MSR)有20例。TCR主要发生在8月,占TCR总数的52%,MSR主要发生在7月,占MSR总数的70%。两类持续性暴雨的出现次数具有明显的年代际变化特征,自1980年代以来发生的次数明显增加。通过对比分析得到,MSR主要由前期和同期热带中东太平洋异常海温持续偏暖所致,其一方面加强了南海夏季风环流、水汽辐合异常增强;另一方面增强了菲律宾海的对流,使得高空西风急流位置偏北;在两者的共同作用下,大气环流激发出"-、+、-"的EAP遥相关型波列分布,为7月持续性暴雨的发生提供有利条件。相比之下,TCR主要由于8月局地海温-黑潮区海温异常偏冷致使高空西风急流位置偏北所致。此外,叠加在这种尺度背景下,导致MSR和TCR发生的关键是10~20天季节内振荡导致系统由东南向西北传播。

灰色拓扑预测理论在暴雨洪涝灾害预测中的应用

本文应用灰色系统理论中拓扑预测的理论方法对长江中下游地区未来几年的水灾状况作了预测试验

2011年渭河和汉江上游秋汛期环流特征及暴雨致洪成因

利用气候统计和天气分析方法,结合气象和水文资料,对2011年9月华西秋雨的时空分布特点、大尺度环流形势及相关流域的洪水与秋雨关系进行了分析。结果显示,2011年华西秋雨主雨区位于渭河、汉江上游及渠江流域,雨区集中和强降水时段集中是2011年华西秋雨的主要特点。分析大尺度环流表明,欧亚中高纬度地区位势高度距平场从西北到东南呈现"+-+"的典型波列分布,副热带高压的东西摆动和稳定维持直接影响雨带位置变化,西风槽与高原槽的叠加导致了大范围的强降水。渭河和汉江上游流域水位变化与流域强降水过程有很好的对应关系。与秋汛期历年洪涝年比较,2011年渭河和汉江上游流域秋汛期总降水量低于2003年,但暴雨过程集中、强度大导致该流域出现自1983年以来最大洪水。

湖北省2008年7月20—23日暴雨洪涝特征及灾害影响

采用空间定位、距平百分率、历史对比、极大值推算、灾害影响分析等多种方法对2008年7月20—23日湖北省出现的一次大范围的强降水过程进行综合评估。结果表明:此次过程的强降水区主要位于湖北省北部、西部,即襄樊、恩施、宜昌、荆门、随州等地;全省76个气象台站中,共有13站过程雨量≥150.0 mm,35站次暴雨,10站次大暴雨,襄樊22日降水量达293.9 mm,为超过100年一遇的特大暴雨;强降水造成较大范围的渍涝或洪涝,其中4县市为严重洪涝,7县市为较重洪涝,12县市为一般洪涝,9县市出现了渍涝;部分河流超警戒或汛限水位;最后给出了灾害损失、城市渍涝、山洪、地质灾害和雷击事件的统计数据及暴雨对农业、交通、江河湖库水位的影响。

1958—2012年河北省汛期暴雨气候变化特征分析

利用1958—2012年河北省21个基准站和基本站逐日降水观测资料,分析了河北省汛期暴雨的气候变化特征及年际、年代际和趋势变化特征。结果表明:河北省汛期暴雨分布呈东部和南部向西北部递减的特征。汛期最大暴雨量中心位于河北省东部、燕山南麓的唐山和秦皇岛地区。从年际和年代际尺度变化来看,河北省暴雨量、暴雨频次和暴雨强度均存在2—3 a的年际变化周期信号,暴雨量和暴雨频次在20世纪80年代后存在15—20 a的年代际周期信号。汛期暴雨量和暴雨频次时间序列整体呈下降的趋势,特别是21世纪初,河北省汛期暴雨量和暴雨频次下降趋势更明显,近50 a暴雨强度变化幅度较小。在空间分布上,暴雨量、暴雨频次和暴雨强度3个特征量在年代际变化中整体均呈东退南缩的特征。从趋势分析来看,大部分站点汛期暴雨量、暴雨频次和暴雨强度均呈下降趋势。

2003年淮河流域致洪暴雨的环流背景及其与大气热源的关系

利用NCAR/NCEP的逐日再分析资料和降水资料,分析了2003年夏季淮河流域致洪暴雨的环流背景及其与大气热源的关系。结果表明,2002—2003年的ElNino事件是本次暴雨的前期背景;南海地区的视热源和视水汽汇异常可能是副高偏南维持的重要原因之一。与2003年夏季相比较,6月21日—7月22日淮河流域为正的异常视热源和视水汽汇,并且二者的高值中心与该时段雨量中心位置基本一致。孟加拉湾地区的异常加热源在其西北侧强迫出的高层反气旋性环流有利于南亚高压在青藏高原、江南、华南地区维持,从而使得淮河流域位于高压北侧高空西风急流入口区南侧的上升运动区,有利于淮河流域强降水发生和维持,形成该流域洪涝。

2005年汉江秋汛气象水文特征分析

利用气象卫星、常规气象观测资料和水文部门提供的中尺度水情观测资料对2005年汉江秋汛进行气象水文特征分析。得出如下结论:汉江秋汛与西太平洋副热带高压的位置、强弱密切相关;在汉江上游整个流域累计面雨量达到100mm以上,如果汉江上游地区再出现一场强暴雨,将造成汉江流域发生较大的洪水;汉江上游强降水是由中尺度系统造成的,中β暴雨云团存在合并-加强-分裂的过程,其合并加强的方式有气旋式和追赶式两种;2005年汉江秋汛是仅次于1983年的大洪水,洪水的形成与降水和地质条件密切相关;汉江上游洪水的流量差与区域降水的累积值有很好的相关,洪峰由区域性的强降水造成;汉江上游洪水传播的时间具有一定的规律,由石泉到丹江口水库洪水传播的时间为36～48h,其中石泉到白河平均传播时间为24 h,白河到丹江口传播时间为12～18 h;根据降水预报,运用库容和水位的统计关系,按照一定的算法可以预测水库水位。

湖北省暴雨洪涝致灾指标研究

利用湖北省76站逐日降水量资料,采用耿贝尔极值Ⅰ型分布和百分位方法,分别对日最大降水量和过程最大降水量计算湖北省暴雨洪涝各等级的阈值,并统计洪涝历史发生次数,与实际灾害次数进行对比分析。结果表明:(1)虽然强度较大的日降水量也能导致灾害发生,但过程降水量则能更好地反映持续性降水累积效应的致灾作用;(2)百分位法中"分区域指标"和"全省统一指标"的渍涝次数两者接近,但是轻涝和一般洪涝在三峡河谷地区"全省统一指标"的次数明显小于"分区域指标"的次数,较重洪涝和严重洪涝次数在鄂西北和鄂西南地区"全省统一指标"统计结果明显偏少;(3)与实际洪涝灾害个例对比分析表明,百分位方法中"分区域指标"统计的洪涝灾害次数与各区域代表站的实际灾害次数更为接近。