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。

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。

“21·7”河南特大暴雨降水特征及极端性分析

利用国家气象信息中心提供的2373个国家气象观测站(以下简称国家站)和区域气象观测站(以下简称区域站)小时降水量资料,从累计降水量、降水强度和时间演变等角度,分析了“21·7”(2021年7月17—22日)河南特大暴雨的极端性特征。结果表明:此次暴雨过程具有持续时间长、累计降水量大、突发性强、暴雨落区集中等特点。6天累计降水量平均达到219.05 mm·站^(-1),有155个站超过600 mm。全省5.43万km^(2)累计过程降水量大于250 mm,超过“75·8”过程(1975年8月)的3.45万km^(2)。强降水主要出现在3个时段(18日15时至19日04时、19日09时至21日08时、21日09时至22日14时),最大降水时段发生在19—21日,落区集中在太行山东南侧、伏牛山东北侧的豫中北地区。有1514个站出现至少1个时次的短时强降水(≥20 mm·h^(-1)),大值中心分别位于郑州、新乡和鹤壁等地,部分区域短时强降水贡献率超过70%。强降水中心在20日中午至21日夜间由河南中部向河南北部移动,强度由强变弱再加强。此次持续性暴雨过程的极端性表现出明显的局地性特征,郑州国家站7月20日17时1 h降水量达201.9 mm,超过“75·8”过程的小时降水强度,并打破全国国家站历史纪录。3 h和6 h最大降水量均发生在郑州尖岗水库附近。郑州站7月总降水量高达902.0 mm,约是近70年历史平均值的6倍。

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。

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。

21世纪末华南汛期强降水变化分析

利用英国Hadley气候预测与研究中心的区域气候模式系统PRECIS，基于政府间气候变化专门委员会（IPCC）2000年“排放情景特别报告”（SRES）B2情景下对华南区域2071～2100年汛期（前汛期：4～6月；后汛期：7～9月）强降水的模拟结果进行分析。结果显示PRECIS对华南地区汛期强降水具有较好的模拟能力。相对1961～1990年（以下称气候基准时段），2071-2100年华南汛期的强降水比例有所增大，强降水日数变化百分数大值中心分布在广西中北部和福建省北部，后汛期大值中心主要分布在广东和福建省。对华南4省（区）除了海南岛外各省逐月变化百分数基本为正值，汛期极端降水的发生频率相比气候基准时段有明显增加。

福建省主要流域的暴雨洪涝特征

利用1989-1999年近11年的水文、气象资料分析了福建省6个主要流域主控站水位与降水量的关系和洪涝的时间变化规律,进而分析了暴雨致洪的特征,结果表明:(1)福建省6个主要流域洪峰水位与上游有关气象站前期平均总降水量相关显著,暴雨是福建省洪涝发生的主要原因;(2)根据闽江(竹歧站)、九龙江(浦南)、交溪(白塔)、木兰溪(濑溪)4个站的达警戒水位或危险水位的降水指标,可利用暴雨预报作为洪涝预警预测的依据。(3)上世纪80年代后,洪水的高低变化有增大的趋势,应进一步完善抗洪防洪预警系统,提高抗洪防洪的应变能力。

惠州高潭一次特大致洪暴雨过程分析

利用2013年8月16—17日CFSR的0.5°×0.5°网格资料以及自动监测站数据,分析了发生在惠州市惠东县高潭镇及其附近地区的特大致洪暴雨过程,结果得到:"尤特"登陆后残余环流长时间的少动维持,有利于西南(偏南)气流源源不断向高潭及其附近的暴雨区输送充沛的暖湿水汽;西南气流与偏南气流的交汇形成中尺度能量锋和露点锋,有利于暴雨的发生发展;强降水期间,高潭及其附近地区上空存在不稳定层结和较强的上升运动,以及低层辐合高层辐散的有利配置,另外,强降水区及其西侧的对流层中还存在着一个逆时针旋转的垂直风场;"U"型地形和喇叭口地形及近地面层的风场辐合,为白盆珠至高潭附近地区的暴雨起到非常重要的增幅作用。

江西致洪暴雨天气特征分析与流域洪涝预报研究

在对1959～1990年的资料进行大量普查分析和统计的基础上,指出对流层中低层形势特征在江西致洪暴雨中的特殊重要性,分析了各个天气系统对形成致洪暴雨的作用,并根据中低层天气形势特征来分型建立致洪暴雨的预报模式。应用水文上降水产生流量过程线的变化原理,提出了仅用降水资料来推算流域洪涝指数,用量化指标来预报未来流域洪涝强度的研究思路和方法。该方法思路是利用流域内测站雨量计算出流域的有效综合面雨量(考虑了前一段时间内的逐日流域面雨量的不同贡献)。复核流量(或水位)等洪涝资料与流域有效综合面雨量的关系,最终确定出各级洪涝指数的流域有效综合面雨量的大小,确定洪涝等级。

淮河流域2007年雨季环流、影响系统及天气特征分析

利用NCEP再分析资料、常规气象资料分析淮河流域2007年雨季洪水期间大气环流及影响系统的时空分布,对雨季偏长及致洪暴雨气象成因进行了探讨。结果发现淮河流域雨季偏长与西太平洋副热带高压(副高)伸入大陆稳定脊线位置以及中高纬度建立稳定的阻塞高压有密切的关系;出现的持续性暴雨都与中纬度附近稳定的横槽或低压带有关;暴雨都是多个影响系统叠加的结果,与它们的位置有一定的对应关系。影响系统主要有低层切变线、西南涡和急流。2007年淮河雨季期间来自西北太平洋副热带高压西侧的东南气流和来自孟加拉湾的西南气流对淮河流域降水区水汽的输送起主要作用;低层辐合、高层辐散增强了上升运动,为持续强降雨提供了动力条件,并触发能量的释放。

1999年夏季中昆仑山北坡诸河冰雪大洪水及其成因分析

1999年盛夏中昆仑山北坡大多数河流出现了有正式水文记录以来的最大洪峰,各河流最大洪峰出现时间存在不一致性,洪峰变化复杂.应用主要河流出山口水文站的逐日流量和降水量,和田气象站的逐日0℃层高度,500 hPa气温以及NCEP/NCAR 500 hPa高度场资料,分析了1999年夏季中昆仑山北坡诸河出现的历史特大洪水特性及其气象成因.这次特大洪水是高空持续高温引起的冰雪融水与产流区出现的暴雨共同作用下的混合型洪水.洪水前期春季到初夏该区域山区降水偏多,高空气温和0℃层高度持续偏低,对高山区的积雪积累极为有利;7月底至8月初和田高空气温和0℃层高度迅速上升并维持数日,使冰雪快速消融,同时山区出现大降水是引发洪水的直接气象成因.在青藏高原东部柴达木盆地上空存在有500 hPa稳定高压,使中亚副热带大槽东移中昆仑山北坡是这次特大洪水发生的环流系统特点.

1730年夏季黄淮地区暴雨极端事件研究

1730年(清雍正八年)7—8月,我国黄淮地区连续暴雨17 d,引起黄河、大运河和淮河暴涨、决堤的大范围洪涝灾害。这是小冰期中相对温暖时段气候背景下的极端气候事件。本文依据历史文献记载复原了1730年夏季暴雨时段的天气实况,绘制了暴雨区域图显示强降雨中心移动动态和水灾地域分布图,概述当年气候特点,指出暴雨事件与台风活动的关联。1730年是太阳活动周极小年的前3年、有重大火山活动,是极强的厄尔尼诺事件后的第2年。这些天气特点和背景条件与现代罕见的1975年河南"75·8暴雨"相似。

西安市极端降水频数的变化特征及旱涝趋势

利用西安市1951—2006年的逐日降水资料和1992～2006年的逐时降水资料，采用数理统计、5年滑动平均等方法研究了西安市大降水和极端降水的年际、年内变化特征；并运用马尔可夫模型对未来5a旱涝状况进行了预测。结果表明：近56a来西安市大降水频数呈减少趋势；其月际变化呈双峰型，主要集中在7-9月，7月最多，1月和12月无大降水事件发生；旬际变化峰谷波动较多，主要集中在7月和9月上旬，7月上旬最多。而极端降水频数则呈现明显的增加趋势，主要集中在6—8月，7月最多；从日变化看，主要发生在7：00，其次为17：00；晚上偏多，且由多到少的时间排序为：后半夜→下午→前半夜→上午。该市2007年降水量“偏涝”的概率较大，2008～2011年处于“正常值”的概率较大。图3。表5．参17。

宁夏一次极端暴雨的中尺度分析

利用多普勒雷达、卫星云图、加密气象站等高分辨率的探测资料及NCEP再分析资料，分析了引发宁夏2012年7月29～30日极端暴雨过程的成因及中尺度系统特征。结果表明，深厚湿层的存在对暴雨的持续及强度有重要影响；地面辐合线长时间的存在是引发强降水持续的动力抬升条件，辐合线表现为风向或风速辐合，其强度与降水强度密切相关，且与强降雨带走向较一致，多发生在其略偏北一侧；此次大暴雨是M8cS发展并较长时间维持少动的结果；MβCS最成熟时，TBB强梯度区偏向冷云中心区一侧与未来1～2h暴雨落区有较好的对应关系。

黄河“96.8”致洪暴雨过程和数值模式预报分析

黄河“96.8”洪水是一次重要的强降水过程引起的。黄河流域地形复杂 ,而且降水时间分布极不均匀 ,预报难度较大。应用中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室 REM模式 (简称 LASGREM)对这次洪水暴雨过程进行了模拟预报。同时应用 L ASGREM的输出产品对该过程进行了分析。结果表明 ,该模式对黄河“96.8”致洪暴雨的模拟预报能力较强 ,适合于黄河水文气象业务预报。

“98.8”清江典型致洪暴雨分析

针对 1 998年 8月上、中旬清江流域的典型致洪暴雨过程 ,就雨洪关系、环流形势、中尺度系统等方面进行了剖析。结果表明 ,清江流域洪峰直接由致洪暴雨形成 ,而雨团总时次与暴雨过程累积面雨量紧密相关。致洪暴雨的产生与 5 0 0 h Pa副热带高压位置 ,高、中、低各层中尺度环流系统及其配置和演变密切相关。

韶关地区一次致涝暴雨过程的诊断分析

利用常规地面高空观测、中尺度自动气象站、双偏振雷达资料以及NCEP的1°×1°再分析资料,对2017年7月2—3日韶关市区引起内涝的一次大暴雨过程进行分析。结果表明:(1)高层强辐散、高空槽东移缓慢、低层切变线、低空急流以及有利的水汽条件,为该次暴雨的发生提供了有利的大尺度环流背景和天气系统配置。(2)低层强辐合触发了不稳定能量,而高层强辐散,为低层大气有抽气作用,加剧了气流的垂直上升运动,引起了短时强降水的发生。(3)双偏振雷达增加了3个基本量,对暴雨发生时间和位置的判断有了很大的提高:协相关系数CC的各层组合和剖面显示,0℃层高度下方均为0.99以上的单一相态降水,移入韶关的回波属于暖云降水;由差分反射率(Z_(dr))的分层显示看出,在1.5~3.0 km高度附近降水粒子大部分为0.8~1.5 dB,在小时降水达到大值时大部分处于1.0~2.0 dB,说明该次天气过程大多为中小降水粒子;差分相移率(K_(dp))是空中水含量的直接反映,通过K_(dp)与Z_(dr)相同仰角的显示分析,其大值区更应参考K_(dp)的表现,故分析应用时需综合判断。

山洪灾害预警研究

以恩施市区松树坪村道堰湾"20160712"山洪灾害为例.通过暴雨、洪水设计计算进行山洪灾害成因评价,对暴雨、洪水特性分析研究,为山洪灾害预警、防治提供科学依据.

洪水成因及减灾措施探讨

通过描述"7·21"洪水,简要分析了引起洪水灾害的因素,针对大清河系特点提出防治对策,以期达到有效地防御和最大限度地减轻洪水灾害损失的目的。

极端天气情况发生与应对措施探讨

2021年7月18日18时至21日0时,河南郑州出现罕见持续强降水天气过程,全市普降大暴雨、特大暴雨,累积平均降水量449毫米。73站(占比约38%)累积降水量超过500毫米,最大新密白寨875毫米,郑州市的郑州、登封、新密、荥阳、巩义五站日降水量超过有气象记录以来极值。20日16-17时郑州本站降雨量达201.9毫米,超过我国陆地小时降雨量极值。本文以郑州“7·20”特大暴雨为例,对照淄博市现状,分析预测应对措施及演变过程,为淄博市应对可能发生的超标准洪水提供参考。