云南普洱市思茅河流域“2022.6.7”暴雨洪水分析

2022年6月6—7日,云南普洱市思茅河流域普降暴雨,思茅河水文站出现2009年建站以来第一大洪水,洪水重现期为5 a,暴雨洪水造成普洱市中心城区大面积内涝。对思茅河“2022.6.7”暴雨洪水开展调查,分析思茅河流域暴雨洪水特性及成灾原因,提出开展河道清淤、市政管网雨洪分离及中小河流建设桥型选择等建议,为今后中小河流暴雨洪水灾害预防提供借鉴。

江淮梅雨期持续性暴雨和极端强降水事件的位涡比较分析

基于我国气象台站观测降水数据和欧洲中期天气预报中心(ECMWF)第五代大气再分析资料(ERA5),从位势涡度(位涡)强迫垂直运动的角度,揭示了江淮梅雨期持续性暴雨和极端强降水事件的动力学机制及差异。基于改进的两种事件定义方法,识别出1979—2020年梅雨区共发生了24次持续性暴雨事件及24次极端强降水事件。事件合成分析表明,持续性暴雨事件最强雨带主要位于长江及其以南地区,而极端强降水事件最强雨带则位于长江及其以北地区。持续性暴雨事件与热带大气低频振荡密切相关,其中南亚高压偏东、西北太平洋副热带高压偏西,因而高空偏南的西风急流附近具有高值位涡的干冷空气向南和向低空入侵,在中低层与西南暖湿气流辐合并形成梅雨锋区。极端强降水事件更大程度地取决于偏北的西风急流南侧的高空辐散及位涡强迫的强冷空气。对于极端强降水事件位涡收支的定量诊断表明,在强降水达到峰值及之前,高层负的位涡倾向主要由负的垂直位涡平流所导致,而中低层正的位涡倾向则主要取决于垂直非绝热加热的位涡制造和垂直位涡平流。结合典型个例的垂直速度分解,进一步证实梅雨区上空水平位涡平流随高度增加的垂直分布激发的上升运动分量在极端强降水事件起着重要作用。

面向气候韧性社区建设的北京东四社区暴雨内涝灾害风险研究

利用气候数据和社会经济数据,分析了北京市东四社区降水特征,评估了社区尺度的暴雨内涝灾害风险。研究表明,20世纪80年代以来,东四社区年降水量、极端日降水量、连续5日最大降水量和大雨日数均呈增加趋势,进一步分析暴雨内涝灾害风险空间分布情况,高风险区主要集中在东四社区西北区域,包括东四北大街沿线,东四九条、八条和七条的西段、月牙胡同的部分区域。研究方法和结果可为社区层面的气候韧性城市适应目标、具体规划建设的提出和实施提供参考。

北江流域“2022·6·22”暴雨洪水分析

2022年6月19日,北江流域发生“2022年第2号洪水”,为1915年以来最大的洪水。为提高对北江流域暴雨洪水特性的认识,采用定性与定量相结合的方法对该场洪水的雨水工情进行研究。分析暴雨中心、洪水量级、洪水传播时间等特征,并与历史暴雨洪水进行对比。借助种子蔓延算法比较“理想凑泄”和“经验控泄”调度方案的调控效果,同时考虑水库动库容效应进行调洪演算。结果表明:造成本次洪水灾害的主要原因是累计雨量大、降雨强度大以及暴雨区域集中;根据“理想凑泄”规则调度飞来峡水库取得了显著效果,但需要考虑水库动库容的影响。研究成果可为北江流域防洪减灾以及制定调度规则等提供支持。

一维管网与二维地表双向耦合的城市暴雨内涝模拟

为快速、准确模拟城市暴雨内涝演化过程,提出一种排水管网与上覆地表动态水力交互方法,构建了一维管网模型(SWMM)与二维水动力(LISFLOOD-FP)双向耦合的模型,解决了一维管网和二维地表的双向流量交换和时间同步难题。以上海外高桥地区为例,采用两次短历时降雨过程对耦合模型进行校准和验证,比较分析了单向、双向耦合的淹没范围与水深变化。结果表明:双向耦合模拟精度较高,在研究区具有良好的适用性;对于占比80%以上的轻度(<0.2m)积水区,单向、双向耦合的模拟积水面积比为1.21;对于中等(0.2~0.3 m)和重度(>0.3 m)积水区,单向耦合模拟结果趋于严重,该比值分别增至1.88和2.1。所构建的双向耦合模型能够揭示城区内涝积水、扩散及消退的全过程,可用于城市暴雨内涝推演,为内涝治理和灾害防御提供科学依据。

山西极端暴雨环流特征及水汽异常研究

研究山西极端暴雨发生规律对开展预报预警、灾害防御具有重要意义。本文利用常规观测资料和欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)第五代大气再分析资料(ERA5),采用标准化距平作为异常度,运用环流分析和物理量诊断等方法,研究1981—2018年6—9月山西17次极端暴雨的气候特征、环流影响系统和水汽异常特征。结果表明:山西极端暴雨主要出现在7—8月,暴雨区主要位于中南部,2010年以来极端暴雨明显多发;影响系统主要是700 h Pa低涡和台风系统,有偏南和偏东两支水汽通道。极端暴雨过程中,低层水汽含量明显偏高,从暴雨区平均比湿的过程最大值看,大部分过程850 h Pa超过14.2 g·kg^(-1),700 h Pa则可超过9.8 g·kg^(-1)、对应暴雨区平均异常度达1.6以上;水汽的极端性在低层水汽通量辐合中心表现突出,17次极端暴雨700、850 h Pa暴雨区水汽通量辐合中心过程最大值的异常度均值分别达-8、-6,其中台风减弱低压影响下的极端暴雨850 h Pa水汽通量辐合中心最大异常度达-12。根据以上环流和水汽特征建立极端暴雨概念模型,并给出极端暴雨低层水汽含量和水汽通量辐合强度预报参考指标。

甘肃陇南两次暴雨天气过程对比分析

2017年8月甘肃陇南出现暴雨天气,礼县、武都气象站24 h降水量突破历史极值,极端性和局地性突出。应用欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)第5代全球大气再分析产品ERA5、雷达资料及地面加密观测资料,对2017年8月6—7日、19—20日发生在甘肃省陇南地区的2次暴雨过程进行对比分析,重点讨论2次过程的环流背景以及强降水时段雷达反射率因子、径向速度、物理量特征。结果表明,2次暴雨过程均发生在西风槽偏北气流与中低层偏南暖湿气流交汇处,但是2次过程的主要影响系统及触发条件不同;雷达回波显示8月6—7日由冷式切变线引起的暴雨系统对流性较强,反射率因子值较高、中心高度较低,降水率较大,持续时间短;19—20日暖区降水的反射率因子值较低、中心高度较高,降水率较小,持续时间较长。

陕西三次强致灾性初夏区域性暴雨动力诊断对比分析

利用常规气象观测资料和0.25°×0.25°逐小时ERA5再分析资料,对综合评价强度指数300以上的三次陕西初夏区域性暴雨过程从水汽、动力垂直结构上进行对比分析。结果表明:①强致灾性初夏区域性暴雨发生前,中高层水汽输送来自西南气流,低层来自偏东气流,低层水汽辐合发展加强,动力强迫主要表现为700 hPa以下正涡度区发展加强并向高层延伸,对应200 hPa附近出现强负涡度中心;②暴雨开始后,低层偏东水汽输送在暴雨过程中会发生变化,水汽辐合持续加强并向高层持续输送,散度场出现低层强辐合、高层辐散的结构,而关中有双重辐合-辐散特殊结构,且正涡度区继续向高层延伸、动力抬升促使上升运动延伸至400 hPa及以上;③初夏暴雨陕南动力强迫相比关中较弱,但水汽输送、水汽含量比关中好,降水效率更高、降水总量更大。

利用DQCT实现2018年8月超历史极值暴雨的高质量模拟

构建较全面的双级质量控制技术(DQCT).利用中尺度天气预报模式(WRF)对2018年8月下旬华南地区一次超历史极值的暴雨过程进行高分辨率数值模拟,并用DQCT评判暴雨的模拟效果.结果表明,在暴雨形势背景场中用WRF成功模拟大尺度季风风场、西南暖湿气流与低压交汇过程,并准确复制了造成高潭镇极端降雨的中尺度对流系统.总降雨量中的中γ尺度极值暴雨中心模拟得较为准确.该模式在24 h降雨量模拟中成功复制了暴雨中心的演变过程;在6 h降雨量模拟中较好地再现了中γ尺度雨带的演变过程.在暴雨重灾区高潭镇1 h降雨量演变过程的模拟中,总体降雨趋势与实况吻合较好.定性分析结果同步得到定量指标的验证.

考虑暴雨灾害动态影响的城市应急车辆救援路径优化研究

近年来,极端天气事件发生频次不断增加,强度不断加大,其中,由暴雨引发的城市内涝导致交通应急事件发生概率进一步增大。为提升暴雨灾害下应急救援响应速度,本文开展应急车辆救援路径优化研究。以通行时间最短为目标,考虑路面积水对车辆通行速度的动态影响,构建应急车辆救援路径优化模型,提出动态最短路径优化算法求解模型。选取上海市长宁区东北部作为研究区域,根据SWMM(Storm Water Management Model)模拟得到的50年一遇暴雨条件下城市道路路面的积水情况,设定应急救援场景,求解应急救援路径。通过本文提出算法求解得到的路径与传统静态最短路径算法求解结果对比可知,通行用时同比减少了25.42%。同时,考虑应急物资储备情况分配应急救援任务,扩展了算法的应用场景,形成可靠和高效的应急响应方案,可为提升暴雨灾害下应急响应效率提供参考。

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。

城市新区极端雨洪汇流淹没特性与致灾机理调查研究——以郑州“7.20”特大暴雨(郑东新区)为例

近年来全球极端暴雨发生的可能性与不确定性提高,增加了城市遭遇特大洪涝灾害的风险。城市雨洪与河道洪水有显著差异,灾后雨洪信息快速采集与调研对认清雨洪特性与致灾机理尤显重要。本文以郑州2021年“7.20”特大暴雨为例,结合郑东新区地理与社会环境特点,采用野外调查测量、口述记录、多源数据分析、数值模拟对比相结合的方法开展了城市雨洪汇流淹没特性及致灾机理的调查研究。针对城市雨洪洪痕特征,拟定调查基本方法与适宜工作程序,根据调查区93处洪痕数据绘制了区域雨洪淹没分布图,分析了城市雨洪峰值水位分布特征及调查区汇流特性,探索了道路雨洪汇流流速及行洪道路阻力参数的确定方法。研究表明,城市雨洪地表主要泄流通道是街区道路,汇流方向受连续阻水、导水建筑与路网布局影响,雨洪淹没深度分布与下垫面条件和雨洪汇流特性有关。致灾机理研究分析表明,极端暴雨汇流远超城市排水管网泄流能力,雨洪选择阻力小的街道快速行洪,街道交汇处壅阻引起局部积水严重,这是极端暴雨致灾的直接诱因;而城市新区水系泄洪排涝关系不协调以及清障不力,导致城区河流行洪不畅,干支流异常高水位的顶托,严重降低了管网排涝功能,则是城市雨洪严重积涝致灾的深层原因。研究成果可为城市雨洪调查标准方法的建立与城市新区防洪排涝体系规划提供技术参考。

近62 a三峡地区区域性暴雨过程气候特征及长期变化规律

【目的】充分认识三峡地区区域暴雨过程的气候特征及长期变化规律对于科学防汛以及合理利用水资源具有重要意义。【方法】基于三峡地区33个国家级气象观测站1961—2022年逐日降水量资料和目前重庆市气候中心业务采用的区域性暴雨过程监测指标,对三峡地区区域性暴雨过程进行客观识别,并利用多种数理统计方法分析区域性暴雨过程的气候特征和长期变化规律。【结果】结果表明:(1)三峡地区近三分之二的暴雨以区域性过程形式出现,平均每年区域性暴雨过程有8.4次,主要出现在5—9月,尤以6—7月为集中发生时段。区域性暴雨过程首次开始日期多年平均为5月8日,末次结束日期为9月17日。平均每次过程的暴雨覆盖范围为8.6站,持续时间1.3 d,平均暴雨强度为74.7 mm/d。(2)三峡地区区域性暴雨过程年频次存在2~3 a和8 a左右的变化周期,年平均区域性暴雨过程覆盖范围存在4~6 a和8~11 a周期变化。(3)近62 a三峡地区区域性暴雨过程的首次开始日期显著提前,末次结束日期无明显变化,发生期显著变长;发生频次没有明显变化趋势、平均持续时间、平均覆盖范围、平均综合强度也均没有明显变化趋势,但平均暴雨强度呈增强趋势。(4)近62 a,三峡地区区域性暴雨过程的各项指标均未发生突变现象。【结论】研究成果为三峡地区防汛减灾、水资源管理以及回应三峡工程对局地气候影响的社会关切等提供科学支撑。

多场次模拟暴雨下3种草坪坡地微塑料迁移特征

[目的]探明降雨径流和水分入渗下的微塑料在坡地草坪内的迁移特征,为草坪截存微塑料估算及城市草坪选择提供依据。[方法]通过人工模拟多场暴雨,在径流小区上研究了3种坡地草坪微塑料的径流迁移和土内垂直迁移特征。[结果]绝大多数微塑料保留在草地内;微塑料迁移量随着径流的增加和消减阶段而相应变化,但径流稳定阶段微塑料迁移量呈波动式下降趋势;随着降雨场次的增加,微塑料迁移量及其波动显著降低;微塑料粒径减小其径流迁移量增大,但小于0.5 mm后微塑料迁移量无差异。微塑料向土内最大迁移深度集中在15 cm内;随着降雨场次增加,迁移深度无明显增加;迁移粒径主要是<0.25 mm的微塑料,但其10 cm以下迁移量不足0—5 cm的1%,0—5 cm土壤内微塑料在上坡位淋失,在下坡位富集。[结论]微塑料迁移与径流过程和水分入渗规律并不完全一致,且短期降雨引起的微塑料水平和垂直迁移比较少,白三叶草地微塑料的迁移量最少,黑麦草草地最多,狗牙根的水平迁移和垂直迁移量居中。

典型多水源平原区暴雨洪水特征及相关性分析

新沭河下游区域有蔷薇河、范河、石安河等洪水来源,同时接纳沂沭河闸坝调控分洪洪水,为典型多水源平原区,所纳洪水均通过三洋港闸泄洪入海。本文对新沭河下游区域洪水来源分为7个区域,对近10年发生的8场暴雨洪水过程特征进行分析,建立暴雨洪水数据集,计算各洪水来源区的暴雨洪水关系。沂沭区暴雨与三洋港闸上游水位具有较好的正相关,沂沭区暴雨对新沭河下游洪水具有控制性作用,三洋港闸调度运行应密切关注沂沭区暴雨状况。该数据集构建方法可作为雨洪大数据分析模拟计算研究的技术基础。

上海城区动态洪水风险图应用系统及典型暴雨内涝分析

【目的】为了提高沿海超大城市对洪涝灾害的先知先觉能力,快速预测分析洪涝潮组合影响下的淹没风险时空分布,【方法】以水文-水动力暴雨洪水分析模型为核心模块,通过与外部的气象精细化降雨预报数据库、自动雨量站实时监测数据库及实时水情、闸泵运行数据库相关联,研发了上海城区动态洪水风险图应用系统。采用由雨量站点到气象格网和水力网格的降雨二级空间融合技术,实现了模型与气象预报降雨数据的有效耦合。利用数据挖掘提取和GIS空间分析技术构建了包含10项洪水风险要素要点的城市内涝预报专报自动生成方法,实现了对内涝风险的快速一站式概览。利用系统可以对城市暴雨、河道洪水和风暴潮等单一发生或遭遇组合引起的淹没分布进行快速实时预报计算,模拟和预测城市洪涝潮灾害的有关淹没特征数据和淹没动态过程。【结果】利用系统分析了2023年6月23—24日暴雨的内涝风险分布,将模型模拟的积水区域与积水监测站、灾情直报和热线灾报的积水点进行对比,结果显示在150处对比积水点中,有129处误差不超过20 cm,占86%。模型模拟的积水空间分布与实际情况基本接近。【结论】结果表明:系统满足汛期常态化、业务化运行需求,能够为城市洪涝风险的实时动态分析和防汛指挥决策提供重要工具。

吕梁山两次夜间暴雨的边界层特征及能量来源与转换

利用常规观测、NCEP/NCAR 1°×1°再分析、FY-2E卫星数据等资料,对分别由β-中尺度持续拉长状对流系统(MβECS)和中尺度对流复合体(MCC)造成的两次吕梁山夜间暴雨过程进行数值模拟和粒子后向轨迹追踪,结果表明:过程1受边界层南风急流和西南气流影响,山西西部低空急流偏西分量和晋中盆地边界层西南气流的增强是对流不稳定能量重建的重要因子。过程2则受边界层南风和东风急流作用,南风急流被显著抬升到对流层中高层,形成含有冰晶层的中高层云系,东风急流则供应低空水汽。两次过程边界层(0.8-1.2 km)粒子携带的水汽均明显超过低层(1.5-3 km),是夜间短时强降水所需水汽的最大贡献者。700 hPa及以上非绝热作用产生扰动有效位能,之后向扰动动能的转化是两次过程中短时强降水发生所需能量的主要来源。

基于GIS的钦州市暴雨洪涝灾害风险区划研究

随着全球气候变暖,气象灾害日益突出,暴雨洪涝灾害已成为影响人们生产和生活最严重的气象灾害之一。根据钦州市2000—2020年逐日降水数据及对应年份的社会经济数据,利用熵权法和加权综合评价法,从危险性、敏感性、易损性及防灾减灾能力4个方面对钦州市暴雨洪涝灾害风险进行分析,并建立相应评估模型,借助GIS技术开展钦州市暴雨洪涝灾害风险区划研究。研究可为钦州市防灾减灾工作决策提供有益参考,以提高钦州市暴雨洪涝灾害防预能力。

基于GIS和SWMM的城市道路暴雨积水模拟

针对暴雨导致的城市道路积水模拟问题,采用GIS(Geographic Information System,地理信息系统)技术耦合SWMM(Storm Water Management Model,暴雨洪水管理)模型,提出积水扩散算法,以实现对城市道路积水范围和积水深度的模拟。首先利用GIS技术耦合SWMM构建城市雨洪模型;然后提出积水扩散算法,解决了特殊地形的积水扩散处理问题,并提出确定积水区范围问题的算法,解决搜索过程中因重复遍历而进入死循环的问题;最后以成都市某区域为例,进行不同重现期降雨情景下的模型计算。结果表明,积水扩散算法设计合理,计算结果准确,能直观表示城市道路积水范围,且计算速度较其他算法更快,在城市道路雨洪管理和灾后损失评估等方面具有一定的应用价值。

1961-2021年陕西省区域性暴雨过程特征及其变化

利用1961—2021年陕西省99个国家级气象观测站逐日降水数据,给出了陕西省区域性暴雨过程识别方法;以暴雨过程平均强度、平均影响范围和持续时间为指标,建立了区域性暴雨过程综合强度评估模型,在此基础上分析了陕西省区域性暴雨过程特征及其变化。结果表明:(1)陕西区域性暴雨在4—11月均有出现,主要在6—9月;区域性暴雨一般持续1~2 d,平均1.2 d。(2)陕西区域性暴雨过程年均7.8次,年际变化较大;从长期变化来看,一般等级的暴雨过程趋于减少,而偏强等级的暴雨过程在明显增多。(3)首次区域性暴雨出现日期平均为5月31日,末次出现日期平均为9月20日;首次和末次出现日期的年际变化较大,且首次过程出现日期呈提前趋势,特别是近20 a明显提前,而末次过程出现日期没有明显的趋势变化。(4)陕西区域性暴雨可分为东南部型、中南部型、偏西型和偏北型4种空间型,其中中南部型的降水强度较其他分布型更强,强降水范围也更大。