多普勒雷达资料同化在“7.21”北京特大暴雨个例中的应用

基于WRF(Weather Research Forecast)模式和GSI(Gridpoint Statistical Interpolation)同化系统,研究了同化4部多普勒雷达探测资料对"7.21"北京特大暴雨过程中降水预报的改善作用。GSI系统直接同化径向风,而采用云分析的方式间接同化反射率。2012年7月20日21时—21日00时(世界时)雷达探测资料同化试验采用30 min循环同化径向风和反射率资料。结果表明,循环同化雷达探测资料改善了短时(0—6 h)和短期(0—24 h)降水预报,ETS评分提高了约0.2。同化反射率资料增加了初始场的水凝物,改善了温度场分布,直接影响了降水的形成,同时还使650—250 hPa位势高度的均方根误差平均降低了8 gpm。直接同化径向风资料对中尺度风场产生了一定影响。ETS评分结果表明:同化反射率资料的效果要优于同化径向风。

北京市“63·8”特大暴雨洪涝反演分析

随着全球气候变化加剧,极端天气事件的发生频率和强度都有所增加。为了深入了解极端天气事件对城市的影响,以“63·8”特大暴雨为研究对象,通过详细分析历史洪涝事件,结合当前北京市基础设施和水利工程条件,采用精细化洪涝模型,开展了“63·8”特大暴雨洪涝反演分析,模拟其在当前高度密集的人口和经济社会条件下可能造成的影响,以期为今后水旱灾害防御工作提供有益参考。结果表明:尽管近年来城市防洪排涝能力有所加强,但城市极端强降雨突发性增强,人口与社会经济条件密集程度高,同等降雨条件下社会经济损失会明显增加。提出了一系列的对策建议,包括完善城市防洪体系、治理行洪障碍物、增强公众的洪水防范意识和能力,以及推动传统防洪措施和现代科技结合的研究,以期更好地应对未来可能发生的洪水灾害。

北京“23·7”特大暴雨对密云水库上游河道水质影响研究

2023年7月,台风“杜苏芮”导致北京市及周边地区出现灾害性天气,密云水库上游流域普降大到暴雨。针对密云水库上游河道水体,选取北京“23·7”特大暴雨前后6个监测断面、9项指标作为研究对象,分析北京“23·7”特大暴雨对密云水库上游水体水质的影响。结果表明:北京“23·7”特大暴雨过程中,密云水库上游水体水质变化趋势显著。水库上游河道水体水温呈先下降后上升趋势;暴雨中期,pH下降趋势显著,浊度上升幅度较大。暴雨期间,水体理化环境发生改变,营养盐及有机综合指标浓度呈先上涨后渐趋于平稳态势。

北京市门头沟流域“23·7”特大暴雨洪水过程分析

2023年7月,京津冀地区发生历史罕见特大暴雨,造成北京门头沟区等地出现特大山洪和城市内涝灾害。门头沟流域面积仅37 km2,无常设水文监测站,给洪水分析和灾害复盘带来挑战。结合关键断面的洪水视频监控数据,通过灾后现场调查、测量,结合数字流域模型模拟等,推算得到门头沟流域7月31日最大洪峰流量为512.6 m3/s。洪峰通过期间,控制流域面积90%的中昂时代广场西北跨河桥三孔箱涵的过流能力为215.0~308.9 m3/s,远低于断面最大洪峰流量。建议下一步灾害重建时全面复核北京门头沟、房山等城区山洪沟跨沟桥梁的设计过流能力,考虑极端暴雨洪涝风险,适当提高跨沟桥涵的过流能力,避免因洪水溢流蔓延而造成严重损失。

北京房山区“23·7”特大暴雨灾害的成因及启示

受2305号台风“杜苏芮”影响,北京房山区“23·7”暴雨历时长、雨强大,累计降雨量达到627.1 mm。房山区河道在“23·7”特大暴雨灾害中全部行洪,其中拒马河、大石河超标准行洪,大石河最大洪峰超200年一遇。超标准洪水对河道防洪体系造成较大冲击,洪水破坏的主要特征是上冲下淹,上游以山洪灾害为主,洪水携带大量漂浮物,冲击力大;下游以洪涝灾害为主,淹没水深大、历时长、淤积厚度深。“23·7”特大暴雨灾害暴露出我国超标准洪水的防御存在明显短板,应在强化洪水灾害隐患排查的基础上,大力加强洪水预报预警能力建设,以数字孪生和预报、预警、预演、预案“四预”为抓手,提升洪水灾害的预测能力、预警能力、感知能力和处置能力。

北京“7.21”特大暴雨不同集合预报方案的对比试验

采用6套扰动方案(初值、多物理、3组随机物理和初值与随机物理的混合)对2012年7月21日("7.21")北京特大暴雨过程进行了集合降水预报试验,检验了不同方案的集合平均预报、集合区间预报和概率预报较控制预报改进的相对程度,分析了它们对该过程时空不确定性的预报能力、不同扰动方法的离散度贡献以及不同尺度扰动对预报误差的贡献等。结果表明:(1)所有集合方案特别是初值扰动、多物理和混合扰动的集合预报相对控制预报在暴雨强度和位置上都有较显著的改进,并为用户决策提供了包括预报不确定性在内的更多预报信息。(2)3组随机物理产生的集合预报离散度很相似,都远小于初值扰动和多物理方案产生的离散度,并且主要集中在强降水中心附近,因此在初值扰动的基础上加入随机扰动,可以提高强降水中心的离散度,但对强降水中心以外的地区作用甚微;尺度分析进一步表明随机物理产生的离散度贡献主要集中在较小尺度上(<320 km),在更小的尺度上(<160 km)它甚至可以与初值和多物理扰动的贡献相当,而初值扰动和多物理过程的贡献可以比随机物理过程多延伸400—500 km直到较大的尺度(如>1000 km),其中多物理过程在较小尺度上(<100 km)可比初值扰动贡献更大,并且能部分消除预报系统偏差。(3)所有集合扰动方案所产生的离散度尺度谱都与实际预报误差尺度谱分布一致,即随空间尺度增大而减小,但在幅度上都小于预报误差(离散度不够大),并且这种差异随着空间尺度的减小而加速增大,在小尺度上相差甚大。

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。

北京“7.21”特大暴雨过程暖区降水和锋面降水的时空分布特征

利用常规观测资料、地面加密自动站资料、FY-2E红外卫星云图、多普勒天气雷达产品以及NCEP/NCAR逐6 h再分析资料,对2012年7月21日北京特大暴雨过程暖区降水与锋面降水阶段进行了细致划分,并对其不同阶段降水的时空分布特征作了比较分析。结果表明:以锋面相对于该过程总降水量中心的锋面移动情况作为降水阶段划分的主要依据,降水可划分为三个阶段,第一阶段(21日08—16时)主要为锋前暖区降水,降水中心位于河北省拒马河流域,北京西南部为次大值降水中心;第二阶段(21日16—20时)主要为锋面过境降水,降水中心位于北京西南部的房山区;第三阶段(21日20时—22日03时),北京西南部有显著锋后降水,降水中心与过境锋面相对应,位于北京东南部与河北交界处。该过程暴雨中心降水由暖区降水、锋面过境降水和锋后降水构成,其分别约占总降水量的40%、46%、14%。北京西北部、东北部和东南部降水主要由锋面降水构成,暖区降水所占比例在15%以下。河北省拒马河流域洪涝灾害主要由暖区暴雨引起,北京西南部洪涝灾害既有暖区降水的作用,又有锋面过境降水的作用。

2012年北京7.21特大暴雨对地表水体分布的遥感研究

2012年7月21日,北京西南及河北北部发生特大暴雨,造成巨大财产损失和人员伤亡。利用暴雨前后的2012年05月、2012年10月、2013年10月3个时相的国产高分辨率卫星数据,分析特大暴雨与地表水体空间分布的关系、分析人类工程活动对水体分布的影响,对认识此次暴雨的成灾规律及制定有效的减灾措施有重要意义。研究发现:1)研究区的水体面积在暴雨后达67.59 km^2,是暴雨前的1.84倍,拒马河和大石河出山口河段的水体面积暴雨后较暴雨前分别增加2.36倍和2.45倍,水体的个数分别由暴雨前的122个和22个,增加到暴雨后的435个和88个,反映了暴雨前后地表水体的显著差异,但是灾后2013年与2012年相比,水体的数量和面积变化均较小;2)暴雨后地表积水规模与空间分布极不均衡,其发展变化与人类活动关系密切。研究表明,利用国产高分辨率卫星数据可以有效用于地表水体变化的动态研究中,可为这一地区的灾后规划与重建提供技术参考。

从北京“7.21”特大暴雨思考社会安全管理

特大暴雨及其引发的内涝、交通等一系列次生危机事件是困扰城市发展的重大问题。由于暴雨灾害具有突发性、紧急性、易引起公共社会安全的特征，事件处理水平的高低直接关系着社会的稳定和政府的公信力，因此如何有效应对及处置此类灾害事件，最大限度降低对城市生命线系统的损害，已成为摆在城市管理者面前的严峻课题。本研究以北京“7．21”特大暴雨为例，在全面分析雨情、灾情及暴雨应对措施的基础上，深入分析暴雨管理中所暴露的社会安全管理问题，并提出相应的政策建议，以供北京市制定城市暴雨应对措施和方案参考，提高应急响应及决策水平。

水科院科技服务北京房山7.21特大暴雨灾后复产

9月11日，中国水产科学研究院、北京市农业局和房山区人民政府在房山区琉璃河镇共同举办了“房山渔业灾后恢复生产科技服务行动”，通过开展现场咨询服务，向渔民赠送科技书籍、无公害渔药和水质测试剂盒等生产技术资料的方式，为房山区渔业灾后恢复生产提供有力科技支撑。中国水产科学研究院党组书记柳正、房山区人民政府副区长卢国懿等出席仪式并讲话。

非常气象 非常精神 “7.21”特大暴雨北京国企抢险救灾纪实

2012年7月21日，北京暴雨如注，降水量非常，灾害非常，损失非常，伤亡非常。就在这场史上罕见的非常考验面前，北京国企广大员工挺身而出、勇于担当，彰显出一种解救危难、舍我其谁的非常精神。

北京“7.21”暴雨雨团的发生和传播机理

基于京津冀5部新一代天气雷达、区域5min自动站和中尺度数值模式模拟资料,通过雷达资料快速更新循环四维变分同化技术和三维数值云模式对低层三维动力和热动力特征的模拟分析,为北京"7.21"特大暴雨中尺度对流系统(Mesoscale Convective System,MCS)的结构特征和传播机理的分析提供了佐证。结果表明:(1)低层动力场和地形强迫对MCS的触发、增强和维持起到关键作用。在MCS形成阶段,地形强迫有利于低空偏南气流带来的暖湿空气在山前的辐合上升。随着MCS的加强,强降水区域呈现与地形走向接近的"西南—东北"向带状分布,单体移动具有明显的"列车效应",而MCS整体则向东偏南缓慢传播。在MCS传播前沿(山前)形成强的出流风场,低层2 km以下均为深厚的辐合上升区且进一步加强,表明地形强迫和低层风辐合对偏南暖湿空气抬升起到重要作用,有利于MCS长时间"列车效应"的维持和MCS的发展。MCS出流风场与平原地区近地面偏南风交汇,使得在距MCS传播前沿约50 km的、已经存在的一个接近"西西南—东东北"走向的出流边界明显增强。在MCS传播前沿存在较为明显的0-3 km风垂直切变,由MCS出流与低层偏南风形成的风向切变以及地形强迫造成的风速切变构成,切变区域与地形走向及MCS伸展方向密切相关,切变强度达到中纬度低层强切变阈值范围。低层风垂直切变与MCS存在明显的正反馈效应,亦有利于MCS的长时间发展和维持。(2)低层热动力场为MCS的发展、传播提供了重要条件。在MCS传播前方的环境低层是明显的暖湿区,而在传播后方的低层则是由于地面冷锋及MCS降水造成的冷区,冷暖空气交汇对MCS的高度组织化和强降水的持续起到重要作用。低层的热力层结不稳定区域主要分布在MCS的南部到西南部地区,为MCS尾部风暴单体的不断新生和移动传播创造了良好的热力条件。最后,通过观测和模拟结果综合分析,初步得出了与此次强降水MCS发展演变密切相关的低层热、动力配置的概念模型,为MCS"列车效应"和后向传播特征的机制分析提供了依据。

北京“7·21”特大暴雨影响及其对策分析

2012年7月21日,北京市发生了罕见的特大暴雨,北京市及时采取应急措施,积极应对暴雨洪涝灾害,取得了明显成效,但也暴露出城市排水系统等若干方面存在不少薄弱环节。通过综合分析灾害成因,提出北京市应对暴雨灾害的对策建议。

北京平原区单次降水对地下水位影响的初步认识——以北京“7·21”特大暴雨为例

通过对北京市平原区600余眼监测井水位动态资料的分析,2012年北京"7·21"特大暴雨后水位有明显响应的监测井仅有34处,约占总数的6%左右,比例较低,同时范围较为集中,且基本全为较浅的潜水井。反映出本次大暴雨对本区地下水位的直接影响总体程度不深。通过对这些监测点的分布规律加以分析,它们主要集中分布在各大河的上游河道沿线区域,地层渗透性较好。并认为发生大面积的漫水,即来水量较大是使得地下水位响应明显的另一重要条件。并对单次降水对水位影响较小的原因进行了分析,认为主要是由于粘土类地层的阻隔、地表人为硬化及地层的沉积压实,尤其是差异性压实,都会影响流场的畅通性,阻碍地下水的垂向入渗及水平方向的补给,从而会导致降水对地下水位的影响程度被大大减弱。

森林植物对北京特大暴雨截留特征研究

针对2012年7月21日北京特大暴雨，分析了北京西山4种典型森林植被对降雨的截留作用．结果表明：北京特大暴雨历时16h多，累积降雨量164．4mm，存在3个高峰期，70％的雨量集中在21日11：00～18：00；各林分内穿透雨的波动趋势与林外降雨基本一致，林内的最大雨强均小于林外最大雨强，可见森林植被对于降雨具有削弱作用；各林分内穿透雨的起始时间均晚于林外降雨，结束时间相较于林外降雨也有推迟，说明森林植被对于降雨具有延滞作用；各林分树干茎流截留率范围为1.4％～2．1％，林冠截留率为19．8％～29．5％。

北京市“2016.7.20”特大暴雨防范应对工作启示

北京市在应对"2016.7.20"特大暴雨中,调度有方、行动有力,充分发挥基础水利工程建设效益,重点防范山区次生衍生灾害,科学规划和实施城市内涝治理,有效缓解城市内涝积水,中心城区降雨量比"2012.7.21"降雨量多了27%,而主要道路积水断路却减少了81%。总结了加强技术保障、加密监测预警、科学分析研判,积极开展社会化动员,市民参与是城市内涝防范的关键,提出了完善城市排水管网、推动防汛工作由应急管理向风险管理转变、加强社会公众在避灾和公共安全的宣传教育以及运用大数据推动防汛信息化建设等工作建议,从而提升防汛抗灾能力。

从北京“7·21”特大暴雨看NGO在城市暴雨灾害救助中的作用

在城市暴雨灾害的救助工作中．来自民间的非政府组织日益成为一支重要力量．大多数学者同意将非政府组织（NGO．Non—GovemmentalOr．ganization）界定为由志愿者组成．不以营利为目的．致力于公益价值目标实现，独立于政府、企业等组织之外的社会性组织。很多学者已经就NGO在自然灾害防治、传染疾病控制、环境保护、弱势群体保护等方面进行了不少有益的探索．但对NGO在城市灾害,

城市应急管理体系如何应对突发大暴雨——以7·21北京特大暴雨为例

随行国家一系列宏观政策的出台以及经济和社会的不断发展，我国进入城镇化高速发展的时期，然而快速城市化过程中也暴露出不少问题。

北京两次特大暴雨过程观测对比

本文针对2012年("7·21")和2016年("7·20")北京两次特大暴雨过程,利用多源观测和再分析数据,结合多种分析方法,从多个角度,较为系统地对比揭示了两次特大暴雨过程的差异,结果指出:两次过程降水总量相近,但降水历时和小时雨强不同,"7·21"历时更短、雨势更强;两次过程主导天气系统和演变、对流系统演变以及局地探空条件明显不同,"7·21"主降水时段对流有效位能显著,暖区对流性强降水主导,而"7·20"主降水时段对流有效位能小,以低涡系统性降水为主;两次过程小时雨强和短历时降水事件统计差异显著,"7·20"中等强度小时雨量站点数占比显著,而"7·21"短时强降水站点数占比明显,两次过程短历时降水事件累积雨量、持续时间、5分钟和1小时最大雨量差异明显,"7·21"短历时强降水事件占比达一半以上(小时雨量50 mm以上的短历时极强降水事件占比明显),最大5分钟和1小时降水量分别高达20.4 mm和103.6 mm,极端性显著,而"7·20"短历时中等强度降水事件占比最大,最大5分钟和1小时降水量仅为10.7和59.3 mm,"7·21"降水极端性更强、致灾性更大;两次过程水汽来源和源区定量贡献差异明显,来自中国中东部及沿海地区的水汽贡献在两次过程中均最大,但"7·21"过程上述水汽源区的贡献最突出,而"7·20"过程中,印度半岛—孟加拉湾—中南半岛、中国南海和西北太平洋及日本海等区域的贡献也较为明显。上述结论有助于深入理解和认识两次特大暴雨过程致灾程度不同的原因。