基于社交媒体数据的城市暴雨洪涝灾害风险评估——以郑州市“7·20”暴雨事件为例

近年来强降雨引发的城市洪涝灾害事件趋多,严重危害了人民的生命健康和财产安全,而客观、准确地开展城市暴雨洪涝灾害风险评估对于有效提升防灾减灾水平至关重要。但是,城市灾害点部分基础数据资料的缺失和滞后限制了城市暴雨洪涝灾害风险评估结果的准确性。随着移动互联技术的发展,民众在社交媒体上发布的相关灾害信息逐渐汇集成一种具有海量、时效性强和主题明确等特征的社交媒体数据资源,将其引入城市暴雨洪涝灾害风险评估工作对于准确刻画城市暴雨洪涝灾害的全貌无疑具有显著意义。以2021年郑州市“7·20”暴雨事件为例,首先从气象因素、基础地理信息、社会经济因素三方面选取了13个影响因子,然后基于爬虫技术获取微博数据中的内涝点信息,最后基于GBDT、XGB、RF和AdaB 4种机器学习模型对郑州市“7·20”暴雨洪涝灾害进行风险评估。结果表明:①基于上述模型得到的4组指标权重具有统计意义上的一致性,在各影响因子中,道路密度、植被覆盖指数、半小时最大降雨量和日最大降雨量在4组指标重要性排序中均位列前5,表明上述影响因子是本次暴雨洪涝灾害的主要致灾因素;②基于皮尔逊相关系数检验发现上述4种模型评估结果间的相关程度较高,所得出的极高风险区均集中在郑州市五大主城区的中心部分、中牟市东北部、新密市米村镇及城关镇、巩义市巩义站周边;③上述4种模型的AUC和ACC值均超过0.7,证实了机器学习模型在城市暴雨洪涝灾害风险评估中的有效性;相较于GBDT、XGB和RF模型,AdaB模型的评估结果精度最高,且得到的高风险与极高风险区的Rei值之和最大,表明其评估结果与实际情况相符。本研究通过将社交媒体数据引入城市暴雨洪涝灾害风险评估工作有效地提升了评估结果的准确性,可为郑州市及其他城市在类似强降水事件下的洪涝灾害风险预警和应急处置提供决策依据。

2022-05-29武宁大暴雨天气过程复盘

为了监测预警武宁大暴雨天气,文章利用MICAPS常规天气数据、地面自动气象站气象数据、雷达拼图回波数据等资料,采用天气学原理、雷达气象学原理等技术方法,对2022-05-29武宁一次大暴雨天气过程进行分析,对此次过程中的预报服务进行复盘,结果表明:2022-05-29武宁大暴雨,伴随≥30 mm/h的短时强降水;降水时空分布不均,大暴雨集中分布在武宁县中部一带,强降水主要出现在08:00—14:00,雨量量级与回波强度变化一致;大暴雨主要受高空槽、低层切变线和西南急流共同影响;强降水时段主要受短带回波上反复经过的强单体影响,回波强度为45~55 dBZ;强降水发生前风暴跟踪信息具有密集指向区平行于带状回波的特征,降水持续时间长,有利于发生短时强降水,对临近预报具有很好的指示意义。监测预警、预报服务和实况检验为今后类似天气的预报服务提供宝贵经验。

基于C-Vine-Copula函数的暴雨致灾危险性联合分布研究

近年来暴雨灾害带来的经济损失越来越严重,但并非每次暴雨过程都会造成灾害。以阳江地区为例,从暴雨灾害造成的损失出发,计算了阳江市2005-2016年32次暴雨灾情的人员损失和直接经济损失的灾损率指数,并结合暴雨事件过程持续时间、过程累计降水量和过程最强小时雨量3个特征变量指标,采用K-S法,选取阳江市内20个站点各要素的最优边缘分布函数,并引入Copula函数,分别构建了各个降雨指标与灾损之间的二维联合风险概率。然后利用Vine结构的pair-Copula函数分解方法,分步拟合阳江地区多维变量的联合概率分布,构建了基于灾损率指数的多元联合风险概率,从而随机计算致灾危险性的联合重现期,为防灾减灾服务提供依据。结果表明:C藤相对于D藤能更好地构建基于灾损指数的多元暴雨致灾危险性联合分布模型,广义极值分布能更好地反映阳江地区所有站点的暴雨灾损指标和暴雨特征指标及其分布特性,C-Vine-Copula函数结构更适用于构建基于灾损指数的多元暴雨致灾危险性联合分布模型,Gaussian Copula和Gumbel Copula能更好地反映阳江地区暴雨灾害的多元联合概率,不同情景下阳江暴雨联合致灾概率具有地区差异特征。

Characteristic Analysis of Short Time Heavy Rain in Yulin, China

National Centers for Environment Prediction (NCEP) reanalysis data, automatic observation data, FY-2E satellite data and Doppler radar data are used to analyze a short-time local heavy rain in Yulin city, Shaanxi, China on August 7, 2018. The result shows that the strong convective weather occurred in peripheral subtropical high over west pacific, being caused by short wave disturbance, and surface convergence lines with positive pressure variation are corresponding to areas of short-time heavy precipitation. The degree of temperature change in cold pool caused by thunderstorm may decide the intensity of a short-time rainfall, and local topography plays an important role in extreme precipitation. Local water vapour accumulation and water vapour flux convergence in the middle and lower layers support adequate moisture condition in the process. Moving direction and development direction of mesocale convective cloud are in a line to develop the train effect, leading to local short-time heavy rain in Yulin city, Shaanxi, China.

冷空气背景下湘北地区2次预报失误的暴雨个例分析

利用常规观测资料、FNL再分析资料、探空资料等,对2020年6月7—9日(以下简称“6·8”过程)和7月26—29日(以下简称“7·26”过程)2次冷空气背景下的暴雨预报失误案例进行对比分析。结果表明:(1)2次过程环流背景相似,均有冷空气、低涡、切变线配合,且2次过程均未形成强西南急流,但由于冷空气强度、影响时间、厚度不同,造成了暴雨的空报和漏报:“6·8”过程偏东风带动弱冷空气缓慢渗透南下,在迎风坡地形作用和暖倒槽向北强烈发展的背景下有利于局地暴雨的发生和维持;“7·26”过程冷空气影响时间过早,强度过强,导致地面辐合线位置偏南,实况雨带偏南;且冷空气阻碍了水汽向北输送,是导致湘北地区暴雨出现空报原因之一。(2)“6·8”过程大气环境场呈现不稳定状态,具备一定的水汽条件和抬升条件,预测灾害出现的位置和发生时间的潜势条件难以从现有观测资料中体现,使得预报难度加大。(3)“7·26”过程冷空气势力过强还表现在中层冷平流较强,存在一支下沉气流,不利于强对流天气的发生发展。在季节环境背景场下,预报员需根据临近冷空气的强度、路径和影响时间进行预报订正。

不同设计雨型对雨水管网数值模拟影响研究

为探讨不同设计雨型对雨水管网数值模拟结果的影响,利用Infoworks ICM软件,分别使用暴雨强度公式推求出的特定雨型和芝加哥雨型,模拟相同下垫面条件下雨水管网系统的排水能力。结果表明,芝加哥雨型对雨水管网系统的排水能力要求更高。因此在进行城市雨水管网系统设计时不应忽视降雨时程分配对雨水管网排水能力的影响,应根据当地的降雨情况对设计雨水管网系统进行校核,以达到顺利排出雨水、降低内涝几率的目的。

衡水市某片区雨水径流及暴雨雨型研究

暴雨重现期及雨峰位置参数将显著地影响缺水型城市的雨水径流方式、雨水蓄排设计规划方式及蓄排系统运行预期。基于此,本文运用衡水市不同降雨重现期下的暴雨强度及芝加哥雨型分析方法,对衡水市某片区的暴雨强度及雨型变化进行研究,以分析雨水径流变化。研究结果表明:1)降雨强度随着降雨重现期的增加将得到明显地提高,且随着降雨历时的增加暴雨强度之间的比值稳定于2.99;2)随着雨峰参数(r)的提高,研究区域内的芝加哥雨型在降雨历时内暴雨强度分布发生了明显变化。研究结果为北方典型缺水城市——衡水市的海绵城市规划及片区排水系统工程设计提供基础的理论指导,并对衡水市的雨水蓄排系统的稳定运行提供一定的预期。

2109号台风“卢碧”复杂路径与强降水成因分析

利用加密自动气象观测站资料、台风实况路径资料、NECP再分析资料、FY-4A卫星TBB资料综合分析了2109号台风“卢碧”复杂路径与强降水成因。结果表明:7月下旬副热带高压偏强以及华南沿海强盛的季风辐合带为台风在近海生成与发展提供了良好的能量和水汽条件;台风移动缓慢,海水上翻冷却作用加强,环境垂直风切变增大以及高层辐散条件趋弱导致台风“卢碧”无法近海快速加强;副热带高压脊线东退后快速南落、深层引导气流的变化和双台风的互旋作用使得“卢碧”走出了一条不同寻常的“S”路径;强盛的西南季风水汽输送,低空急流和台风倒槽的影响,以及台风本体结构的不对称性是造成漳州市强降水和落区分布不均匀的主要原因。

1998年7月21日武汉暴雨小尺度动力特征的数值模拟研究

利用三维完全弹性积云数值模式,模拟了1998年7月21日武汉暴雨期间强降水积云的发生、发展过程。着重分析了积云动力学特征以及近地层散度场、水汽通量等对积云降水的发展、维持的贡献。结果表明,特殊的温、湿层结配置是这次强降水对流云发生的主要原因,而近地层高温、高湿气体源源不断地向云体输送,是强降水积云长时间维持的能量来源。合适的上下层风切变,特别是近地层逆向云体风速的存在,使得云体移动前方下层高温、高湿气体向云内输送,云后部伴随降雨而出现的干冷出流迅速流出,上层高空急流的存在,为积云顶部出流在更大范围扩散提供了条件。散度场、水汽通量场的分布及演变,也进一步证明了上述结论。

非地转湿Q矢量分解在暴雨分析中的应用

利用非地转湿Q矢量对山东省春秋季两次罕见的暴雨天气进行了诊断分析。分析结果表明:暴雨期间都有较强的非地转湿Q矢量辐合,产生上升运动,形成暴雨。这一结果也表明凝结潜热加热对暴雨的产生有着重要的作用。本文进一步把非地转湿Q矢量分解为平行于等位温线和垂直于等位温线两部分。揭示在这两场暴雨过程中,虽然都有中尺度和大尺度辐合上升运动作用的叠加,但在春季暴雨的个例中,垂直于等位温线的非地转湿Q矢量的辐合与总的非地转湿Q矢量的辐合相接近,暴雨以中尺度上升运动为主。而在秋季暴雨的个例中,平行于等位温线的非地转湿Q矢量的辐合与总的非地转湿Q矢量的辐合在形状上相似,在强度上偏强,暴雨的上升运动以大尺度为主,中间夹杂着中小尺度的上升运动,降水以混合型为主。

不同降雨侵蚀力条件下紫色土坡耕地的养分流失

通过对川中丘陵区几次暴雨过程氮、磷流失的观测与分析,研究了不同降雨侵蚀力条件下的紫色土坡耕地的养分流失特征。结果表明在产流初始阶段,氮、磷流失严重,径流中养分输出浓度比较高,总氮最大可达8.0 mg/L左右,总磷在1.9 mg/L左右;坡耕地养分流失与土壤侵蚀的关系密切,氮、磷迁移以泥沙吸附态迁移为主,径流中的颗粒态氮、磷含量随降雨侵蚀力增大而增大,而溶解态氮、磷含量与降雨侵蚀力无明显相关。

长江下游地区汛期暴雨气候特征分析

IPCC(1995)第二次科学评估报告指出了极端气象事件变化研究的重要意义[1]。长江下游地区地势低平,往往是我国暴雨洪涝的多发区域,造成严重灾害,因此,研究长江下游地区暴雨的规律具有极其重要的意义。选取了长江下游地区52站1960～2003年逐日降水资料,运用EOF分析将其分为3个分区,采用小波分析,Mann-kendall非参数检验法及趋势系数法等分析方法研究各分区汛期暴雨降水的气候统计特征。结果表明:虽然汛期同为暴雨降水的集中时期,但各分区暴雨降水在汛期降水中所占比重略有差异,暴雨降水量、频次所占比例的空间分布为西区较大、东区和北区略小,暴雨平均强度则西区和北区东部强、其他区域小。同一区域中降水量与频次具有显著的正相关,不同区域间仅暴雨降水量的相关性较好。暴雨降水量44 a中呈现了增加的趋势。各区汛期暴雨具有多重时间尺度的周期变化,暴雨降水量和频次的周期在西区与全区的较为一致,主要是6～9 a的周期振荡。东区和北区有着不同尺度的振荡周期。各区的暴雨降水强度都不同程度地存在着3 a的周期振荡。长江下游地区汛期暴雨降水量除北区外,全区及其他分区的突变时刻均发生在1980年代末～1990年代初这一时期,暴雨降水量在1980年代中期～20世纪末出现了一个增长的过程,北区趋势并不显著。全区暴雨平均强度在突变时刻之后有一个减弱的过程,而西区和北区的暴雨平均强度变化并不显著。

湖南地区暴雨的分类及回波特征分析

利用2002—2004年5—7月15次伴有低空急流暴雨天气过程的常规观测资料,分析了湖南汛期伴有低空急流的西风带暴雨过程。结果表明,湖南汛期暴雨可以分成低槽暴雨和切变线暴雨两类,切变线暴雨又可分为冷式切变线暴雨和暖式切变线暴雨;不同类型暴雨的雷达回波结构和特征具有明显的区别。

我国东北地区夏季暴雨的气候学特征

利用东北三省和内蒙古东部200个测站1961～2005年的逐日降水资料,分析了东北地区夏季暴雨的空间分布特征和时间演变规律,以及各类暴雨与各种影响天气系统之间的气候统计关系。结果表明,在空间分布上,暴雨由东北地区的东南部向西北部递减的地域特征十分明显,绝大多数大范围和区域性暴雨一般都集中出现在东北地区的南部和中部,而局地暴雨的分布范围相对较广,地域差别也较小。在时间分布上,几十年来东北地区暴雨的阶段性变化特征十分明显,多暴雨和少暴雨的出现具有11～12年左右的低频变化周期。20世纪80年代初以来,暴雨日出现的年际变率有明显增加的趋势,特别是20世纪90年代中期以后,东北地区暴雨发生的次数虽然明显减少,但平均每个暴雨日的暴雨量却有所增加。在东北地区出现的局地暴雨中,以北方天气系统的影响贡献最大,而在区域性暴雨和大范围暴雨中,南方天气系统影响的比例明显增加。

一次多种强对流天气过程的雷达回波特征分析

利用桂林的CINRAD-SB雷达资料和NCEP资料对2004年11月9—11日桂林市中北部连续性暴雨、大暴雨,南部连续局地冰雹龙卷过程进行了分析。结果表明:一强降水超级单体演变成弓形回波导致了10日桂林市短时暴洪;一系列线型波动(LEWP)的列车效应造成了9—11日桂林北部的暴雨。弓形回波和线形波动前侧都有V型缺口,表明有强的西南气流进入上升气流,同时都有后侧V型缺口,表明具有强的下沉气流和后侧偏北气流。可用弓形回波提前20～33分钟预警短时暴洪。而造成南部恭城附近连续两日的冰雹和龙卷风天气都是由孤立的右移型γ尺度超级单体造成,有三体散射长钉(TBSS)回波特征,可用于提前15～22分钟预警大冰雹。对流单体发展成为龙卷单体伴随有下击暴流的气旋性辐散特征,非常临近地面大风出现时间。

“5.24”华南中尺度暴雨系统结构的数值模拟分析

对华南暴雨试验期一次造成华南沿海特大暴雨的锋面过程进行了高分辨数值模拟,并从不同侧面分析了该中尺度系统的结构特征和成因。本文的模拟分析表明,此次中-b尺度暴雨云团系统发生在锋面中尺度切变线附近,水平尺度小于100 km,是华南锋面暴雨的一种典型结构。系统发生在地面锋线区域,近地层有中尺度辐合扰动,高层200 hPa附近有强的中尺度辐散,中间各层为准无辐散。200 hPa以下各层有深厚的强上升运动,最强在中层,其中在700 hPa附近有明显的补偿下沉运动。中-b尺度的强上升运动使云系发展至200 hPa以上。系统有一定的暖心结构,有别于中纬系统,也有利于层结呈准中性。湿位涡分析表明系统发展的因子是:① 切变线扰动附近层结呈近中性;② 近地层能量锋特征明显;③ 扰动附近中低层有强的风垂直切变。这三个因子的正效应相迭加,导致了本中-b尺度系统的发展。

云南一次持续性暴雨过程的非地转湿Q矢量分析

应用非地转湿 Q矢量 (Q* )理论 ,对 2 0 0 1年 5月 3 1日至 6月 2日发生在云南的持续性暴雨天气过程进行诊断分析。结果表明 ,非地转湿 Q矢量辐合区是暴雨发生的有利区域 ;非地转湿 Q矢量的垂直分布反映了次级环流的方向和强弱 。

神经网络与暴雨泥石流灾害预报

建立了用于暴雨泥石流适时预报的人工神经网络模型 ,在荒溪分类和危险区划分基础上 ,结合北京山区暴雨泥石流例子 ,验证模型判别结果与实际情况相符 。

长江下游梅雨期低涡统计分析

应用1998—2005年长江下游地区常规观测资料,结合卫星云图和中尺度数值模拟结果,对该时段发生在长江下游的局地生成中尺度低涡活动进行统计,并对低涡生成大尺度环境场及物理量参数进行合成诊断分析,为长江中下游地区梅雨期暴雨预报提供实际参考。结果表明:长江下游地区中尺度低涡主要形成于大别山山脉及山脉两侧的高能高湿的环境条件中,槽前的正涡度平流输送是低涡形成的必要条件之一。长江下游地区中尺度低涡一般存在于700 hPa以下的对流层低层,水平尺度普遍在400 km之内,形成后沿东北方向移动,在山东北部沿海入海,或沿东南方向移动在江苏南部到浙江北部沿海入海,在陆地上的生命期一般小于48 h,但70%以上的低涡都在长江下游地区触发中尺度对流系统发展而产生暴雨。暴雨区主要发生在低涡的南侧或东南侧,高低层急流配置、低层水汽输送和地形条件对低涡暴雨的触发具有重要作用。

南渡江流域暴雨洪涝致灾临界面雨量的确定

基于海南省南渡江流域龙塘水文站1976-1987年和2009-2010年的逐日气象水文资料,采用HBV-D水文模型,通过对模型参数率定和验证,确定了适合南渡江流域的HBV-D水文模型最优化参数。结果表明:该模型在1976-1981年率定期、1982-1987年验证期和2009-2010年验证期的Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.891,0.831,0.953,相关系数分别为0.944,0.912,0.977,达到了0.01显著性水平。通过建立的南渡江流域HBV-D水文模型进行模型反演,确定了不同前期水位(7 m,8 m,9 m,10 m,11 m)的面雨量和水位关系,根据龙塘水文站的警戒水位、10年重现期水位、30年重现期水位、50年重现期水位作为不同等级预警的临界判别条件,最终确定了不同前期水位的致灾临界面雨量指标。