基于CORS网数据的河南“7·20”特大暴雨期间大气水汽分布特征分析

河南“7·20”特大暴雨导致了严重的城市内涝和多起地质灾害。大气水汽是发生极端降雨的主要驱动力之一,分析“7·20”特大暴雨期间大气水汽的时空变化,有助于提高对降雨-水汽区域性作用机制的认识。利用河南CORS网中8个GNSS测站的观测数据,反演了暴雨前后(7月17—24日)时间分辨率为5 min的PWV数据,在此基础上与基于ERA-5再分析数据通过积分求得的PWV值进行了对比,并结合实际降雨量分析了暴雨期间水汽的时空分布特征。结果表明:GNSS-PWV的偏差和均方根误差分别为0.4、2.3 mm;暴雨前3 d内PWV值呈现快速上升趋势,并在暴雨前3 h达到最大值,在7月22日后逐渐减少到正常范围;GNSS-PWV的变化趋势与实际降雨过程基本符合。研究结果可为基于GNSS观测数据的实时全天候气象预警工作提供一定的理论基础。

郑州“7·20”特大暴雨内涝成因及灾害防控

当前全球气候变化导致洪涝灾害频繁发生,尤其一些高强度、极端性的城市降水洪涝事件更是严重损害了人民群众的生命财产安全。郑州“7·20”特大暴雨内涝灾害是新中国成立以来最严重的城市内涝灾害,国内外专家学者对暴雨的特性及成因、内涝形成机理与防治途径等开展了大量研究。系统回顾郑州“7·20”特大暴雨城市内涝灾害,梳理了近年来城市内涝及郑州“7·20”特大暴雨内涝灾害的相关研究和主要成果,解析了郑州“7·20”特大暴雨的重现期、时空分布、形成机理等特性;分析了内涝形成机理与防治途径以及城市排水防涝基础设施、洪涝应急指挥、风险管理和城市规划中存在的主要问题。“7·20”特大暴雨具有极端性和难预测性的特点,其中单日和累积降水均超过历史极值。台风、地形以及“雨岛效应”的耦合影响造成了此次强降水天气过程。“7·20”特大暴雨城市内涝灾害暴露出郑州城区排水防涝基础设施、建设存在明显短板,河道防御体系存在瓶颈,应急设施和管理能力不足等问题。基于上述问题,应适当调整内涝防治标准,增强洪涝风险管理与规划建设管控措施,建设外洪内涝同防控的工程体系,加强城市洪涝智慧调度与应急指挥决策等方面的能力。

基于郑州“7·20”特大暴雨移置的山东省傅疃河流域洪水形势分析

在气候变化和快速城市化扩张的背景下,我国的极端暴雨洪涝灾害风险呈增加趋势。2021年,河南郑州市“7·20”特大暴雨造成了重大人员伤亡和财产损失,暴露出对特大灾害认识准备不足、防范组织不力、应急处置不当等诸多问题。以山东日照市傅疃河流域为研究对象,采用暴雨移置和洪水模拟的方式,拟定暴雨中心位于傅疃河上游三庄镇和下游日照街道两种方案,基于分布式水文模型和二维水动力模型分析了其在“7·20”特大暴雨情景下的洪水形势,并对比分析了两种方案的洪水过程影响。结果表明,两种方案下流域内的日照水库、马陵水库入库洪峰均超过其历史最大入库洪峰,下游社会经济区整体受灾范围分别为151.96 km2、166.02km2;暴雨中心位于城区时,下游区域平均淹没水深从0.46 m上涨至0.73 m,社会经济区受灾范围增加了9.3%。在现状工程条件下,山东日照市傅疃河流域在遭遇极端暴雨时,将有较大范围的居民聚集区、重要社会机构和基础设施受到洪水的侵袭,因而参考极端暴雨情景分析进行应急预案的编制和汛前演练尤为必要。

突发暴雨灾害应急协作网络研究——以郑州“7·20”特大暴雨为例

构建突发灾害应急协作网络,明确应急主体职能分工,是我国应急管理体制建设的重要组成部分。基于郑州市“7·20”特大暴雨灾害,运用社会网络分析法,构建整体网络二维分析框架,依据网络规模、网络凝聚力、网络密度、中心度及凝聚子群等指标进行测度,揭示突发暴雨灾害应急协作网络整体结构与主体角色特征。研究结果表明,郑州突发暴雨灾害应急协作网络类型为闭合紧密型,组织间联系紧密,但领导组织较多,导致应急主体职能交叉,应急效率降低。因此,在突发暴雨灾害应对过程中,应明确领导机构权责划分,加强权力与资源的下放,进一步发挥协作网络在应急管理中的优势。

以郑州“7·20”特大暴雨为例探讨城市气象灾害应急响应处置机制

随着城市化进程的加快,城市气象灾害对城市生产和生活的影响日益显著,城市气象灾害的防御和处置工作将更加重要。以2021年河南郑州“7·20”特大暴雨为例,详述了本次特大暴雨过程及气象预警服务和应急处置措施,剖析了当前我国城市气象灾害应急响应机制不健全、应急处置滞后等问题,提出了如何进一步完善城市气象灾害应急管理机制及处置预案等建议。

郑州“7·20”特大暴雨雨滴谱特征分析

暴雨的发生是多尺度条件和宏微观物理过程相互作用的结果,对暴雨降水微物理特征的分析是研究暴雨形成机制的重要一环。2021年7月20日15:25-17:27(北京时,下同)一强中尺度对流系统影响郑州,累积降水量312.1 mm,简称为极端暴雨降水。除极端暴雨降水时段,20日08:00-20:00其他时间累积降水量183.4 mm,简称为暴雨降水。本文利用郑州降水现象仪观测资料,对比分析了极端暴雨和暴雨降水的雨滴谱和积分参数特征,主要结论为:(1)暴雨对流降水不同雨强的平均雨滴谱随着雨强增大,直径D小于1.0 mm的小雨滴数密度增加得较少,中等(1.0<D≤3.0 mm)和大(D>3.0 mm)直径雨滴数密度增加得较快;极端暴雨不同雨强平均雨滴谱随着雨强增大,各直径档雨滴数密度都明显增大,同时平均雨滴谱粒子数密度之间的差异比较复杂,有时小雨滴数密度差别大,有时较大雨滴数密度差别大,不同雨强平均雨滴谱之间的差异导致参数随着雨强增大的变化特征有显著不同。暴雨参数D_(m)(lgN_(w))随着雨强增大而逐渐增大(稍微增大),表明粒子直径的增大是暴雨降水雨强增大的主要因素,粒子浓度的增加是次要因素。极端暴雨降水参数D_(m)(lgN_(w))随着雨强增大的变化趋势有不同的变化特征,指示极端暴雨降水不同雨强雨滴谱的形成机制可能存在不同。(2)参数lgN_(w)-D_(m)分布显示,暴雨和极端暴雨对流降水雨滴谱都是以大陆性对流降水为主,暴雨对流性降水雨滴谱形成机制主要是暖雨-冰相混合和少量冰相控制;而极端暴雨降水雨强小于100 mm·h^(-1)时雨滴谱形成机制主要是暖雨-冰相混合和冰相控制,雨强大于100 mm·h^(-1)时雨滴谱形成机制主要是暖雨-冰相混合。(3)暴雨降水中存在少量平衡雨滴谱(约占2.8%)和较大比例的过渡谱(约占60.5%)。极端暴雨降水中没有平衡谱,但过渡谱有极高比例(约占83.9%),表明雨滴破碎过程在极端暴雨降水中有更广泛的作用。

河南省西平县小洪河郑州“7·20”特大暴雨移置洪水响应分析

为提高河南省西平县小洪河流域防洪水平,通过暴雨移置法将郑州“7·20”特大暴雨移置到洪汝河流域,分析小洪河流域在“7·20”特大暴雨条件下的洪水过程。结果表明:在郑州“7·20”特大暴雨条件下,西平县小洪河流域水利工程(除石漫滩外)均超保证水位;水库大坝、河道堤防均有可能出现漫溢、溃坝、决堤险情;小洪河堤防险工处可能决口;滞洪区、行洪区需全部投入运用。提出了针对性改善建议:在防洪工程调度运用中对大中型水库工程防洪库容试行全部拦蓄原则;完善滞洪区、行洪区群众转移预案编制;变更小洪河桂李站保证水位为62.51 m,保证流量为420 m^(3)/s;建立小洪河洪水演进模型等。

重大自然灾害事件的网络舆情传播及网络表达——基于河南郑州“7·20”特大暴雨

随着网民在微博等社交媒体平台参与度不断提升,越来越多的网民开始关注热点事件,并不断发表个人言论。以2021年河南郑州“7·20”特大暴雨为研究个案,基于新浪微博2021年7月18日至8月6日的全量数据,分别从时间、发布主体、网民情绪演化和高频词四个视角探寻网民对该网络舆情事件发布主体情绪的类型、特征、强度和规律。研究发现:预警期“好”“恶”、应急期“好”“恶”、灾后期“好”“哀”等这几个类别平均情感强度较大,通过了解和把握发布主体的情绪呈现及其舆情特征,可为政府及其有关部门舆情监测和舆论引导提供新的思路。

郑州“7·20”特大暴雨降水特征及其内涝影响

基于郑州市自动气象观测站资料,对河南郑州2021年“7·20”特大暴雨的降水极端性、降水时段、小时降水变化等特征及其内涝影响进行分析,提出超标准降水条件下内涝防治的建议。分析表明:河南郑州“7·20”特大暴雨是一次极端强降水天气过程,可以分为5个明显的降水阶段,第三阶段和第四阶段呈现短时强降水频发、重发特征,特别是20日12—18时郑州市主城区连续出现80 mm以上的小时降水,是造成郑州市主城区严重城市内涝的主要原因。按照现有的内涝防治设计标准,郑州市主城区仍不足以防范此种强度的降水,但仍可以通过完善城市内涝防治的超标应急系统、提高城市易涝点内涝防治标准等措施减轻内涝灾害。

从全球气候变化角度看2021年河南“7·20”特大暴雨

2021年7月17-23日,河南多地发生极端强降水,这次特大暴雨过程累计雨量大、强降水范围广、降水极端性强、短时强降水时段集中、持续时间长。河南“7·20”特大暴雨是东亚大气环流异常协同作用的直接结果,也是全球气候变暖背景下极端强降水事件频发的具体表现。近年来全球暴雨洪涝、高温热浪、干旱、台风等气象灾害频发强发,极端事件对经济社会发展造成的影响趋于严重,我国应对极端天气气候事件需坚持综合应对、科学应对、有效应对,不断提升应对极端灾害的能力。

郑州主城区2021年“7·20”特大暴雨洪涝特征及应对策略

2021年7月17-23日,河南省遭遇历史罕见强降雨,形成了严重的洪涝灾害。郑州市受灾最为严重,因灾死亡失踪人数占全省的95.5%,主城区更是发生了地铁5号线亡人事件等造成重大人员伤亡和引发重大社会影响的灾害。在摸清郑州市主城区洪涝来源、防洪排涝现状的基础上,分析了“7·20”特大暴雨、洪水、内涝的特征。以“7·20”特大暴雨灾害暴露的问题为导向,针对郑州市主城区,提出了降低暴雨致灾力、提升工程防灾力、减小承灾体暴露度、增强城市承洪韧性等应对超标准暴雨洪涝的对策与建议。

郑州“7·20”特大暴雨河道堤防险情调查分析

2021年郑州“7·20”特大暴雨期间,郑州市域内河道堤防出现河道漫溢、堤防决口、岸坡坍塌及拦(跨)河建筑物损毁等险情。在现场查勘基础上,围绕河道堤防等工程治理、运行维护、应急处置等环节分析了河道堤防有关险情发生的原因,总结了经验教训,并对灾后重建提出了对策建议。

郑州中心城区2021年“7·20”特大暴雨洪涝复盘模拟分析

2021年7月17-23日,河南省发生历史罕见特大暴雨,全省遭受严重洪涝灾害,造成了重大的人员伤亡和财产损失,其中郑州市受灾尤为严重。为了支撑国务院郑州“7·20”特大暴雨灾害调查组的相关工作,采用洪水分析软件IFMS/Urban构建郑州中心城区暴雨洪涝模型,对中心城区积水情况进行了模拟,并分析了郑州市主要内河的水位情况,为揭示灾害成因和重构灾害情景提供依据及参考。

“全民看海”到“自救互救”:极端天气事件的社会化传播与救援实践——以郑州“7·20”特大暴雨灾害为例

近年来极端天气事件更加频繁、剧烈,成为社会化媒体中灾难议题的新面向。现以郑州“7·20”特大暴雨微博话题为研究对象,采用社会网络分析对社会化实时传播与救援实践展开研究。研究发现,多元主体在合奏中形成自由、互通、互达的传播网络;通过多重叙事建构此次事件,以官方界定为分界点,划分为在场化调侃和全民行动两个阶段。因此认为极端天气事件具有液态的自发性组织传播机制和“非正式”救援与“全民”救援并存的实践机制。

2021年郑州“7·20”特大暴雨洪水模拟与分析

2021年郑州“7·20”特大暴雨引发了严重的城市内涝、流域洪水等灾害,造成了重大人员伤亡和财产损失。为了全面反演分析郑州“7·20”特大暴雨及其引发的洪涝灾害过程,通过选定位于郑州市的典型流域贾鲁河流域为研究区,在结合实地调查基础上,构建了基于HEC-HMS模型的郑州市贾鲁河流域水文模型,对“7·20”特大暴雨引发的洪水过程进行了复盘,并分析了暴雨的分布情况及流域内各大支流的径流贡献量,此外采用水量平衡理论计算分析了城区积滞水量。结果表明,本次特大暴雨具有降雨量级大、持续时间长、分布范围广的特点,2021年7月19-22日流域累计降雨量9.98亿m^(3),面平均雨量达495.24 mm,暴雨中心位于二七区;索须河得益于水库联合调度,径流量较小(0.10亿m^(3)),金水河和潮河的径流量最大(0.21亿m^(3)和0.24亿m^(3));城区积滞水量约1.40亿m^(3),平均积滞水深度约为0.37 m。研究可为城市洪涝灾害应对措施的制定提供有益参考。

郑州“7·20”特大暴雨卫星云图和双偏振雷达特征分析

利用常规气象观测资料、1°×1°NCEP再分析资料、FY-2G静止卫星及郑州和洛阳CIN-RAD/SA雷达资料,结合探空和地面逐小时区域自动站资料,对“7·20”郑州特大暴雨的环流背景、卫星云图、双偏振雷达特征进行了分析。结果表明:中低层低涡、切变线和200 hPa强辐散的叠置,为郑州“7·20”特大暴雨提供了强劲的动力条件;副热带高压偏强偏北,致台风“烟花”和“查帕卡”外围的东南和偏东急流持续向郑州输送水汽,为“7·20”特大暴雨提供了充分的水汽和能量。卫星云图上,“7·20”特大暴雨主要由2个MαCS和1个MCC所致;在中低层低涡发展初始阶段,2个MβCS增强合并形成MαCS;随着低涡环流的增强,MαCS发展为“块”状和半封闭的螺旋弯曲云带,郑州特强降雨(≥100 mm/h)发生在弯曲云带内。雷达图上,风暴低层前部出现“V”型弱反射率回波缺口,入流速度达16~18 m/s,促使分散的积云回波聚集形成“团”状强风暴;风暴低层强入流的前方有ZDR≥3 dB的半圆弧,而ZDR弧内侧则对应KDP≥3.1°/km和反射率≥55 dBZ的强回波。极强入流促使大量水汽在郑州上空辐合抬升,形成高密度和大直径雨滴聚集区,是郑州极端雨强(201.9 mm/h)产生的直接原因。暴雨过程中,小时最大雨量≥40 mm时,对应区域KDP值为1.7~2.4°/km;小时最大雨量≥100 mm时,KDP≥3.1°/km的回波连成片,伸展高度超过2.2 km,并持续30 min以上。

准组织化:“互联网+线上应急救援”的实践路径和现实困境——以河南郑州“7·20”特大暴雨灾害事件为例

为响应我国应急管理现代化和信息化建设需要,采用参与式观察、网络民族志和深度访谈方法,从准组织化集体行动视角切入,对河南郑州“7·20”特大暴雨灾害事件中救援模式相对成熟的“互联网+线上应急救援”实践路径和现实困境进行探讨。研究结果表明:线上应急救援实践路径涵盖聚合、运转、高效、离散4个阶段,且以持续不断的行动流呈现,具有准组织化集体行动特征;同时,线上救援形式面临“合法性”不确定、救援质量不稳定、风险评估主观性和政府正式沟通渠道有限性等现实困境,研究结果可为我国应急管理信息化建设提供参考。

基于GIS的城市暴雨洪涝模拟分析——以郑州市石佛镇“7·20”特大暴雨为例

针对极端暴雨洪涝灾害缺乏全流程系统性研究的问题,提出了基于GIS的城市暴雨洪涝模拟分析方法,在划分子流域的基础上,以降雨—径流—淹没为序,对河南省郑州市“7·20”特大暴雨灾害进行了推演模拟,并对试验区内的建筑及交通进行了受灾评估。将模型计算结果与卫星影像数据对比,表明其与洪涝的实际范围、深度基本吻合,可见本文所提模型能够在数据精度不高或缺失的应急情况下,快速地推演与模拟郑州市石佛镇大范围洪水淹没情况,为城市极端雨洪灾害模拟提供参考,具有实际应用价值。

2021年河南“7·20”特大暴雨灾害影响特征分析及建议

2021年河南“7·20”特大暴雨洪涝灾害造成严重人员伤亡和财产损失。从河南全省角度,对此次灾害事件灾情的极端性和灾害影响特点进行了分析。分析结果显示,河南此次灾害事件损失远超常年平均水平,灾情的复现概率值约为0.03;对县域的绝对和相对影响存在较为明显的空间分异;对新兴县域影响较重,反映出快速城市化进程和灾害防治能力的不匹配。梳理了此次灾害事件中暴露出的灾害防治体系的不足,通过与日、英、美等发达国家大型城市防灾减灾措施的对比,针对如何加强快速城镇化背景下我国城市暴雨洪涝灾害防范应对能力提出了意见建议。

基于遥感数据光流场的2021年郑州“7·20”特大暴雨动力条件和水凝物输送特征分析

本文针对2021年7月20日河南省郑州市发生的"7·20"特大暴雨天气过程,主要基于FY-4A静止气象卫星成像仪和地基天气雷达遥感数据,利用光流法分别计算遥感数据图像的光流场(Optical Flow Field)。经与FNL数据水平风和地面风速观测对比表明,气象卫星和雷达光流场可以近似反映大气和云系的高空和低空的运动特征。在此基础上,分析了与暴雨天气过程有关的动力条件和水凝物输送特征。结果显示,在20日午后,存在从华南经河南延伸至华北"西南—东北"走向的水汽和云水输送带,其中对流活动非常明显,并一直延伸至河南中北部的既有云系中,为河南郑州地区特大暴雨的形成提供了有利的水汽和云水输送条件。20日午后至16时(北京时)最强降水发生前,郑州地区低空由辐散转为强烈的气旋状辐合,并且高空的反气旋涡度增强,表明郑州地区整个降水系统上升运动增强。在最强降水发生前,从郑州地区南侧输入的水凝物急剧增加。这些结果表明,郑州地区不仅存在大量水汽输入,同时还有大量水凝物随强对流云输送进入到大范围降水系统的上升运动区,可能极大地加速了水汽转化为云水进而形成降水的微物理过程转化速率,这可能是此次郑州特大暴雨快速增强的主要成因。本文提出的基于遥感数据光流场的分析方法在暴雨短临预报和预警中有显著的应用潜力。